Ein Forscherteam der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) hat ein neuartiges Kommunikationssystem für Batterien entwickelt. Dieses übermittelt Messwerte aus dem Inneren der Batterie nach außen. Batterien könnten so künftig selbst »Bescheid sagen«, wenn sich ihre inneren Bedingungen verändern, beispielsweise wenn die Temperatur steigt oder Gase entstehen. Das System kommt ohne zusätzliche Datenleitungen aus, da es die bereits vorhandenen Stromleitungen sowie die Elektronik, die den Lade- und Entladevorgang der Batterie steuert, nutzt. Die »Talkative Power Conversion (TPC)«, wie die Technologie in Fachkreisen genannt wird, ist eine interdisziplinäre Technologie, die Leistungselektronik und digitale Kommunikation vereint, um Energie und Daten gleichzeitig über dieselbe physische Leitung zu übertragen. Im Unterschied zu klassischen Methoden benötigt TPC auf der Senderseite meist keine zusätzliche Hardware, da die Datenübertragung direkt durch eine Software-Modulation der bereits vorhandenen Leistungsschalter erfolgt.
An der CAU haben die Forscher ihrer »sprechenden Batterie« hierzu einen kleinen elektronischen Schaltkreis in die Batteriezelle eingebaut. Dieser benötigt kaum Platz und wandelt die Messwerte des Temperatursensors in ein digitales Signal um. Dieses Signal gelangt dann über dieselben Anschlüsse, über die die Batterie ohnehin geladen und entladen wird, nach außen. Zusätzliche Leitungen sind somit nicht nötig.
»Unsere Arbeit ist ein erster Schritt hin zu intelligenten Batterien, die ihren Zustand kontinuierlich überwachen und melden«, sagt Hamzeh Beiranvand vom Lehrstuhl für Leistungselektronik. »Das würde Batteriesysteme sicherer und wirtschaftlicher machen.« Dazu trage auch bei, dass das neue Kommunikationsprinzip vorhandene Komponenten doppelt nutzt. Nach einer ersten Kostenabschätzung des Teams könnte das System rund 35 Prozent günstiger sein als herkömmliche Lösungen mit separaten Sensorleitungen.
Der Schaltkreis ließe sich, nach Einschätzung des Teams, zukünftig noch weiter verkleinern oder sogar direkt in neue Batteriematerialien integrieren. Da die Sensoren Vorgänge im Zellinneren direkt erfassen, können sie außerdem dazu beitragen neue Batteriematerialien besser zu verstehen und gezielt weiterzuentwickeln. »Das Prinzip funktioniert theoretisch nicht nur mit Temperatursensoren«, sagt Johannes Diers, Doktorand in der Arbeitsgruppe Leistungselektronik und Erstautor der Studie. »Auch Druck-, Gas- oder andere Sensoren könnten auf die gleiche Weise Informationen aus der Batterie nach außen übertragen.« Langfristig könnte das Verfahren in allen Anwendungen mit leistungsfähigen Batteriesystemen zum Einsatz kommen – von Elektroautos über Wind- und Solarenergie- bis hin zu Heimspeichern.
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