optimierte Lithium-Batteriesysteme

Längere Lebensdauer
für Lithium-Batteriesysteme

BMS mit ETA-Leveling

Beim η-Leveling handelt es sich um ein vom Zellwirkungsgrad gesteuertes Verfahren. Durch eine gezielte Wirkungsgradkorrektur werden alle Zellen in einer Reihenschaltung aneinander angeglichen, so dass alle im System befindlichen Zellen den identischen resultierenden Gesamtwirkungsgrad aufweisen und folglich immer zum selben Zeitpunkt die Ladeschlussspannung erreichen.

Vorteile eines BMS mit η-Leveling

Längere Lebensdauer der Batterien
Mehr Energieumsatz innerhalb eines Systems über die Lebensdauer
Kostenreduktion durch verlässliche Planung der Lebensdauer (ROI)
Kostenreduktion durch weniger Service/geringeren Wartungsaufwand
Kürzere Ladezeiten
Gleichmäßigere Alterung der Einzelzellen in einem System
Alterungsmechanismen aufgrund hoher Zellspannungen werden verhindert

ETA-Leveling Algorithmus im Fokus

Haben Sie sich nicht auch schon gefragt, warum die Kapazität von Batterien mit der Zeit abnimmt, obwohl diese doch mittels BMS anscheinend optimal betrieben werden?

In diesem Video gehen wir auf die entscheidenden Ursachen dieses Phänomens ein. Wir zeigen anhand von Beispielen, Auswertungen und Animationen anschaulich auf, wie ETA-Leveling durch kontinuierliches Wirkungsgrad-Leveling auf jede einzelne Zelle in einer Batterie einwirkt und erreicht, dass sich alle Zellen innerhalb des Batteriesystemes wie Zwillinge verhalten. Was dazu führt, dass das bislang undenkbare wahr wird: Systembedingte Kapazitätsverluste können um mehr als 50 % reduziert werden!

Simulation

Nachfolgend werden die Ergebnisse einer Simulation zu den Unterschieden zwischen einem Batterieblock mit herkömmlichem BMS und unserem BMS mit η-Leveling gezeigt.

Ihr Ergebnis zeigt die Auswirkungen, die das eingesetzte Batteriemanagementsystem auf die Alterung der Einzelzellen hat.

Bekanntermaßen wird die Zellalterung beschleunigt durch:

• Ein langes Verweilen bei hohen Zellspannungen
• Eine hohe Entladetiefe, also eine tiefe Entladung
• Hohe Temperaturen

Das eingesetzte BMS sollte diesen Kenntnissen Rechnung tragen.

Konzept der Simulation

Im Rahmen der Simulation wurde der Vergleich zwischen zwei Batteriesystemen durchgeführt. Während eines mit einem marktüblichen klassischen BMS ausgestattet war, verfügte das andere über ein BMS mit η-Leveling.

Aufbau der Systeme

• Drei in Reihe geschaltete LFP-Zellen (Pack)
• Kapazität: 200 Ah
• Innenwiderstand: 0,8 mΩ
• Variation der Selbstentladung: 8, 10, 12 mA
• Ladung/Entladung: CC mit 50 A

Testablauf

1. Entladung bis 80 % DoD oder bis die erste Zelle die Entladeschlussspannung erreicht
2. Zehn Minuten Pause
3. Ladung bis die erste Zelle die Ladeschlussspannung erreicht
4. Balancing (wenn erforderlich)
5. Zehn Minuten Pause

(Wiederholend bis entweder 10.000 Zyklen oder 40 % SoH erreicht werden.)

Kumulierte entladene Pack-Kapazität

Vorteile:

• Längere Lebensdauer
• Mehr als doppelt so viele Ladezyklen möglich
• Ca. dreimal mehr nutzbare Energie

Kumulierte Einschaltdauer der Balancingwiderstände

Vorteile:

• Signifikant schnellere Ladezeiten, da das BMS mit η-Leveling während des gesamten Ladevorgangs die Zellen nivelliert

Zunahme des Innenwiderstandes

Vorteile:

• Deutlich langsamere Zellalterung, geringerer Anstieg der Zelleninnenwiderstände
• Geringere Spreizung der Zelleninnenwiderstände innerhalb eines Packs
• Nach 10.000 Zyklen wurde das End of Life des Packs noch nicht erreicht

Kumulierte entladene Pack-Kapazität

Vorteile:

• Längere Lebensdauer
• Mehr als doppelt so viele Ladezyklen möglich
• Ca. dreimal mehr nutzbare Energie

Kumulierte Einschaltdauer der Balancingwiderstände

Vorteile:

• Signifikant schnellere Ladezeiten, da das BMS mit η-Leveling während des gesamten Ladevorgangs die Zellen nivelliert

Zunahme des Innenwiderstandes

Vorteile:

Zusammenfassung der festgestellten Fakten

Im Vergleich zu einem Batteriesystem mit herkömmlichen BMS wird durch die Ausstattung mit einem BMS, das über η-Leveling verfügt:

• Eine wesentlich langsamere Alterung erzielt
• Mehr als die doppelte Nutzkapazität erreicht
• Einen fünffach höherer Balancingwirkungsgrad festgestellt

Zusätzlich sind BMS mit η-Leveling

• In der Herstellung nicht teurer als klassische BMS Systeme
• Mit bereits bestehenden Hardwarekonzepten kompatibel

Für alle bestehenden BMS der uns bekannten Hersteller ist aktuell ein η-Leveling-Upgrade möglich.

Möglichkeiten der Zusammenarbeit

Es gibt mehrere Wege, wie auch Sie die von uns entwickelten Verfahren nutzen können. Zum Beispiel als:

Nutzung in Lizenz

Wenn Sie auf Ihre eigenen Entwicklungsressourcen zurückgreifen möchten, dann können wir Ihnen während der Entwicklungsphase beratend zur Seite stehen. Entweder nur punktuell während einzelner Phasen der Implementierung des Verfahrens oder über den gesamten Entwicklungszeitraum in regelmäßigen Workshops. Die Nutzung der verfahrensbezogenen Algorithmen wird dann auf Grundlage eines Lizenzvertrages erfolgen.

Kontakt

Upgrade Ihres bestehenden Systems

Verwenden Sie bereits eine zukunftsweisende Systemarchitektur für Ihr Batteriemanagement? Dann kann Ihr bestehendes BMS vermutlich über eine Korrektur der Steuerungsalgorithmen um das η-Leveling erweitert werden. In diesem günstigen Fall erfolgt die Nutzung des Verfahrens lizenzbasiert.

Kontakt

Entwicklungsauftrag

Möchten Sie die Entwicklung des Batteriemanagementsystems an uns übergeben? Dann können wir Ihnen ein Angebot zur Entwicklung eines maßgeschneiderten BMS inklusive η-Leveling erstellen.
Von der Erstellung des Konzeptes über die Entwicklung der Elektronikbauteile bis zur Zertifizierung des fertigen Produktes übernehmen wir alle Aufgaben für Sie, beispielsweise auch hinsichtlich der Funktionalen Sicherheit.
Auf Wunsch kümmern wir uns anschließend auch um die Serienproduktion der Elektronik. In diesem Fall kann eine Nutzungslizenz des Verfahrens bereits in den Preis der Hardware einkalkuliert werden.

Kontakt

Sie möchten Ihre eigenen Ideen verwirklichen

Haben Sie eigene Ideen, wie Sie vom Potenzial unserer Verfahren profitieren könnten? Dann lassen Sie es uns wissen, unabhängig davon, ob Sie ein komplett neues Produkt entwickeln oder sich die Exklusivrechte für den Einsatz in einer bestimmten Branche sichern möchten.

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Nutzung in Lizenz

Entwicklungsauftrag

Auf Wunsch kümmern wir uns anschließend auch um die Serienproduktion der Elektronik. In diesem Fall kann eine Nutzungslizenz des Verfahrens bereits in den Preis der Hardware einkalkuliert werden.

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Sie möchten Ihre eigenen Ideen verwirklichen

Viele Wege - ein Ziel

Wie Sie sehen, gibt es viele Wege, wie wir gemeinsam Ihre Ziele erreichen können. Allen ist jedoch eins gemeinsam: Durch den bestehenden Patentschutz können Sie sich in jedem Fall einen exklusiven Vorteil und technologischen Vorsprung gegenüber Ihren Mitbewerbern sichern, den Ihnen so schnell niemand nehmen kann.

Frederik Fuchs

Geschäftsführer BENNING CMS Technology

Frederik Fuchs

Geschäftsführer BENNING CMS Technology

BENNING CMS Technology GmbH

BENNING CMS Technology GmbH wurde im Jahr 2017 gegründet und ist ein Unternehmen, das sich auf die Neuentwicklung von Batterie-Management-Systemen (BMS) und deren technische Umsetzung für Lithium-Batteriesysteme spezialisiert hat.

Inzwischen haben wir zwei revolutionäre Verfahren zum schonenderen, effizienteren und wirtschaftlicheren Betrieb von Lithium-Batteriesystemen patentiert. Für weitere Ideen sind die Anträge auf Patenterteilung gestellt.