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Energiespeicher 30 bis 40 Prozent höhere Lebensdauer bei Batterien

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Autarc Tech hat ein industrietaugliches Batterie-Management-System (BMS) auf Basis eines aktiven Balancers entwickelt, das durch die Baugruppe Li-Connect keine Energie verschwendet, sondern diese zwischen den Zellen aufteilt – und zwar permanent, also auch beim Entladen. Dadurch werden pro Tag zirka 40 W pro 5,6 kWh-Batterie eingespart. Ein Batterieaustausch ist dadurch erst nach 20 Jahren erforderlich.

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Die Baugruppe Li-Connect basiert auf einem aktiven Balancer, der für eine intelligente Energieverteilung zwischen den Zellen einer Batterie sorgt. Durch die Energieeinsparung muss die Batterie auf diese Weise erst nach 20 Jahren ausgetauscht werden.
Die Baugruppe Li-Connect basiert auf einem aktiven Balancer, der für eine intelligente Energieverteilung zwischen den Zellen einer Batterie sorgt. Durch die Energieeinsparung muss die Batterie auf diese Weise erst nach 20 Jahren ausgetauscht werden.
(Bild: Autarc Tech)

„Generell verfügen Batterie-Management-Systeme über sogenannte passive Balancer, die über Widerstände parallel zu den Zellen Energie von diesen ableiten und quasi verheizen“, erklärt Werner Zenke, Geschäftsführer der Autarc Tech GmbH. „Dieses Prinzip, das relativ viel Energie verschwendet, funktioniert aber nur beim Laden, nicht beim Entladen, sodass nach einiger Zeit die Kapazitäten der Zellen mehr und mehr voneinander abweichen.“ Herkömmliche Batterien gelten zudem bei einer Restkapazität von 30 bis 40 % als leer. Da jeder Hersteller von Lithium-Batterien jedoch ein BMS benötigt, das gegen Über- oder Tiefentladen schützt und Spannung sowie Temperatur überwacht, und Baugruppen auf dem Markt in dieser Form nicht verfügbar sind, mussten bisher diverse Komponenten wie Zellbalancer, Hauptprozessor, Board, Relais, Sicherungen und Schaltausgänge einzeln zusammengestellt werden, wodurch sie nicht immer optimal aufeinander abgestimmt werden konnten. Oft fehlten Schnittstellen zu Batterie-Wechselrichtern, die gezielt für eine gesteuerte Ladung und Entladung sorgen oder die Montierbarkeit war durch unpassende Verbindungen nur schwer möglich.

100 Prozent Kapazitätsentnahme möglich

Um Batterieherstellern die Möglichkeit zu bieten, ohne den Zeitaufwand und die Kosten, die die eigene Entwicklung eines BMS mit sich bringen würde, in den Markt einzutreten und gleichzeitig eine umweltschonende Lösung anzubieten, hat Autarc Tech mit Unterstützung des Elektroniklabors Mikrolab – Entwicklungsgesellschaft für Elektroniksysteme mbH die Baugruppe Li-Connect entwickelt. „Statt der üblichen 70 % Kapazitätsentnahme sind jetzt bis zu 100 % möglich. Durch das Ausbalancieren der Zellen durch Energieübertragung der stärkeren zu den schwächeren Zellen steigt die Lebensdauer der Batterie um etwa 30 bis 40 %“, berichtet Zenke. Dadurch erhöht sich auch der Wirkungsgrad des Balancers von 0 bei der passiven Variante auf über 95 % beim aktiven induktiven Balancer: Herkömmliche Modelle können nur die Energie voller Zellen verbrennen, also in Wärme umwandeln, um eine Überladung der Zelle zu vermeiden. Ein Ausgleich zwischen vollen und entleerten Zellen ist nicht möglich. Die Effizienz dieser Vorgehensweise liegt demnach bei 0 %.

Wie verschiedene Doktorarbeiten zum aktiven Balancing bestätigen, sind bei der neuen, aktiven Methode Kostenersparnisse über die gesamte Lebensdauer von rund 1500 Euro bei einem 5,6-kWh-Speicher oder bis zu 11.000 Euro bei einem 56-kWh-Speicher möglich. Als Kompetenzzentrum Batterie hat sich die Hochschule Ansbach, mit der Autarc Tech bereits seit 2011 kooperiert, etabliert. Dort werden vor allem langwierige Untersuchungen wie Zyklustests oder die Optimierung der Balancer durchgeführt.

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