Tue Jun 18 2019

06 18

Batterijen met ingebouwde sensor

26/07/2017

Door Ad Spijkers

In het gezamenlijke project SEEDs bouwen drie Fraunhofer-instituten aan een onderzoeks- en demonstratieplatform voor lokale intelligente energiesystemen.


     

Hoger rendement, economischer en de best mogelijke continuïteit van de voeding zijn de hoofdtaken van duurzame energievoorziening. Het project moet de verschillende technologieën en energievormen (stroom, warmte, koude en waterstof) in één geoptimaliseerd gemeenschappelijk systeem combineren. De focus ligt daarbij op duurzame energieën.

Bij het project zijn drie verschillende instituten betrokken: für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie (IISB), für Integrierte Schaltungen (IIS) en für Silicatforschung (ISC). Behalve de ontwikkeling, omzetting en validering van de demonstratoren vormen vier thema's het zwaartepunt bij het onderzoek in het project SEEDs. Dat zijn gelijkstroomnetten en elektrische opslagmedia, simulatoren voor het voedingsnet, gas-stroom-koppeling en koudesystemen.

'Intelligente' cellen

Met meer dan twintig jaar ervaring in de materiaal- en componentenontwikkeling voor elektrochemische opslagmedia levert Fraunhofer ISC daarvoor niet alleen een nieuw prototype van een batterij, maar ook de omvangrijke kennis met betrekking tot karakterisering en analyse van opslagmodules en -systemen.

Tot nu toe was er in het onderzoek echter nog geen omvangrijke kennis over de exacte samenhang tussen de spanningen (hoe en met welke gedefinieerde kracht worden de elektroden in de batterijcel belast) en hun levensduur. Het Fraunhofer Forschungs- und Entwicklunszentrum für Elektromobilität Bayern, onderdeel van ISC, onderzoekt daarom aan de hand van demonstratorcellen hoe (eventueel inhomogene) moduleversterkingen, druk, temperatuur en elektrodepotentiaal uitweken op de levensduur en de prestaties van een batterij. Daartoe ontwikkelen de wetenschappers 'intelligente' cellen die deze invloedfactoren lokaal tijdens het bedrijf kunnen meten.

Druksensoren

De sensoren worden direct in de lithium-ion cellen geïntegreerd. Ze bepalen continu de toestand van het totale celsamenstelling met betrekking tot het laad- en verouderingsgedrag. De sensoren geven uitsluitsel over hoe verschillende bedrijfscondities uitwerken op de cellen. Als drukmeters worden sensoren gebruikt die door hun geringe hoogte ideaal zijn voor de inbouw in celmodules en druk- of krachtinwerking meten door vervorming.

Voor de productie van de intelligente cellen beschikt Fraunhofer ISC over halfautomatische productieprocessen onder gedefinieerde kilmaatcondities. De elektroden worden ter plaats continu via een rol-op-rol-installatie in een clean room gecoat (foto). Ter vergelijking worden batterijmodules uit commercieel verkrijgbare cellen opgebouwd en tijdens feitelijk gebruik getest. Vervolgens moet een omvangrijke post mortem analyse bijvoorbeeld met de constructie samenhangende lokale spanningen identificeren.

Aan de hand van de resultaten van het onderzoek met in de cel geïntegreerde sensoren en de post mortem analyse worden aanbevelingen ontwikkeld voor het ontwerp en de constructie van cellen en batterijsystemen.