Condition monitoring of Lithium-Ion Batteries for electric and hybrid electric vehicles

  • M. Sternad
  • M. Cifrain
  • D. Watzenig
  • G. Brasseur
  • M. Winter
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Summary

Since the early 1990s Lithium-Ion Batteries have stated a key technology in rechargeable batteries due to their high volumetric and gravimetric energy densities and were first introduced in personal devices like camcorders, cellular phones and mobile computers ("3-C applications"). Ongoing evolutionary advances release at present a new spate of research activities to extend the operational area of small-sized batteries with the final aim to achieve reliable energy storage in automotive environments (e.g. hybrid vehicles). High absolute energy amounts of large-scale Lithium-Ion Batteries raise safety and lifetime issues and set demands for methods to monitor the health conditions of batteries for automotive applications. By observing significant system variables, imminent failures of single cells or battery packs are in many cases predictable and suitable counteractions can be initiated. The paper gives a brief introduction to the state-of-the-art of advanced batteries for electric and hybrid electric vehicles. Special focus is put on the monitoring of safety-relevant system parameters like cell-voltage, system temperature and headspace-pressure, their significance on the battery's state-of-health (SOH) and possible cell-failures. Different in-situ, ex-situ and onboard measurement techniques are addressed.

Keywords

Automotive batteries Lithium-Ion Batteries Hybrid vehicles Electric vehicles Condition monitoring 

Zustandsüberwachung von Lithium-Ionen-Batterien in Elektro- und Hybridfahrzeugen

Zusammenfassung

Seit den frühen 1990ern stellen Lithium-Ionen-Batterien aufgrund ihrer hohen volumetrischen und gravimetrischen Energiedichten eine Schlüsseltechnologie im Bereich der wiederaufladbaren Batterien dar und wurden in Videokameras, Mobiltelefonen und Notebooks ("3-C-Anwendungen") verwendet. Laufende Verbesserungen haben zurzeit eine neue Welle von Forschungsaktivitäten ausgelöst, um das Anwendungsgebiet von kleinen Batterien mit dem Ziel zu erweitern, zuverlässige Energiespeicher für Fahrzeuganwendungen, z. B. für Hybridfahrzeuge, zu erhalten. Die hohen Energiemengen der großen Lithium-Ionen-Batterien werfen neue Fragestellungen zu den Problemkreisen Sicherheit und Lebensdauer auf und machen Methoden zur Überwachung des Alterungszustandes von Fahrzeugbatterien notwendig. Durch die Beobachtung signifikanter Systemvariablen können in vielen Fällen bevorstehendes Versagen von Einzelzellen oder Batteriepaketen vorhergesagt und entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Dieser Beitrag gibt eine kurze Übersicht über den aktuellen Stand der Entwicklung von Hochleistungsbatterien für Hybrid- und Elektrofahrzeuge. Einen Schwerpunkt stellt die Überwachung der sicherheitsrelevanten Systemparameter wie Zellspannung, Systemtemperatur und Gasdruck sowie deren Einfluss auf den Alterungszustand (SOH) der Batterie und der Möglichkeit von Zellversagen. Dabei werden unterschiedliche In-situ-, Ex-situ- und Onboard-Messtechniken erörtert.

Schlüsselwörter

Fahrzeugbatterien Lithium-Ionen-Batterien Hybridfahrzeug Elektrofahrzeug Zustandsüberwachung 
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Copyright information

© Springer-Verlag 2009

Authors and Affiliations

  • M. Sternad
    • 1
  • M. Cifrain
    • 2
  • D. Watzenig
    • 3
    • 4
  • G. Brasseur
    • 5
  • M. Winter
    • 6
  1. 1.Institute for Chemistry and Technology of MaterialsGraz University of TechnologyGrazAustria
  2. 2.The Virtual Vehicle Competence Center (ViF)GrazAustria
  3. 3.The Virtual Vehicle Competence Center (ViF)GrazAustria
  4. 4.Institute of Electrical Measurement and Measurement Signal ProcessingGraz University of TechnologyGrazAustria
  5. 5.Institute of Electrical Measurement and Measurement Signal ProcessingGraz University of TechnologyGrazAustria
  6. 6.Institute of Physical ChemistryWestfälische Wilhelms University MünsterMünsterGermany

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