Die Turck duotec GmbH, Quantum Technologies UG und Elmos Semiconductor SE forschen gemeinsam mit der FH Münster und der Universität Leipzig an einer quantenbasierten Sensorlösung für ein effizientes Batteriemanagement in der E-Mobilität. Das Forschungsprojekt RaQuEl, vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (vertreten durch VDI/VDE) mit 4,4 Millionen Euro unterstützt, verfolgt die Entwicklung innovativer Stromsensoren für Elektrofahrzeuge, aber auch für die Energie- und Medizintechnik.
Eine neue Dimension des Messens
Die Elektromobilität erlebt eine rasanten Aufschwung. Gemäß einer Deloitte-Studie aus dem Jahr 2020 werden im Jahr 2030 mehr als eine Million E-Autos über deutsche Straßen rollen. Ein präzises Batteriemanagement erleichtert den Fahrern eine Überprüfung des Ladezustands und ermöglicht die exakte Reichweitenermittlung, kontrolliert den Ladevorgang und sorgt für eine effiziente Motorsteuerung. Auf diese Weise wird die Lebensdauer des Energiespeichers verlängert. Der dazu erforderliche Messbereich reicht von 10 tausendstel Ampere bis über tausend Ampere.
Das RaQueEl-Projekt beschäftigt sich mit der Erforschung eines neuartigen und innovativen Stromsensors, der sich quantenphysikalischer Effekte bedient. Damit eröffnet sich eine völlig neue Dimension der Messtechnik – insbesondere hinsichtlich Genauigkeit und Geschwindigkeit bei gleichzeitig hoher Isolation. Selbst niedrige elektrische Ströme lassen sich zuverlässig und schnell messen und geben zu jeder Zeit Auskunft über den Lade- und Alterungszustand der Batterie. Entscheidend sind auch die Einfachheit des Einbaus und die galvanische Trennung des Quantensensors von den stromführenden Bauteilen. Damit ist die Messung direkt in der Batterie möglich.
Klein, zuverlässig und langlebig
Bisherige Lösungen im Batteriemanagement sind kompliziert, teuer im Aufbau und nicht universell für alle Bordnetzspannungen einsetzbar. Der gemeinsam von Turck duotec und Quantum Technologies zu entwickelnde Quantensensor nutzt Stickstofffehlstellen in Diamanten (High Density NV-Diamanten) zur Ermittlung von Magnetfeldern bzw. Strömen. Er misst mikrowellenfrei und lässt sich sehr kompakt aufbauen. Aufgrund der quantenmechanischen Eigenschaften ist die Technik weitgehend temperatur- und druckunabhängig und weist keinerlei Alterungserscheinungen auf. Die Nutzung von Quanteneffekten im neuen Batteriesensor ermöglicht außerdem einen universellen Einsatz in Elektrofahrzeugen mit typischen Spannungen von 12 bis > 800 Volt. Die hergestellten Labormuster werden in beispielhaften Anwendungen weiter erprobt. Zudem wird die Übertragung der Anwendbarkeit in andere Industriebereiche überprüft.
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