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20 Trend Guide Stromversorgung & Power Management 2020 www markttechnik de Power Management Batteriemanagementsystem 2 Wohin die Reise geht Die Entwicklungen die die Halbleiterhersteller im Bereich des Batteriemanagementsystems erwarten sind vielfältig denn es gibt viele Stellschrauben an denen gedreht werden kann Ein Bereich in den viel Forschungsund Entwicklungsarbeit gesteckt wird ist die Batterie Denn trotz der derzeitig unbestrittenen Vorteile hat die Lithium-Ionen-Technologie auch Nachteile Dr Clemens Müller Director Application Management in der Automotive Division von Infineon Technologies weist beispielsweise auf den flüssigen Elektrolyt hin der die Stabilität des Systems beeinträchtigt Dementsprechend werde im Bereich der Zellchemie an neuen Lösungen geforscht um eine weitere Verbesserung des Batteriesystems hinsichtlich Energiedichte Stabilität und Anzahl der Ladezyklen zu ermöglichen Als möglichen Ansatz nennt er Festkörperbatterien Daran arbeitet unter anderem das Forschungszentrum Jülich das mit folgendem Statement die Vorund Nachteile beschreibt »Festkörperbatterien vereinen gegenüber aktuellen Lithium-Ionen-Batterien mit flüssigem Elektrolyt mehrere Vorteile Sie können weder auslaufen noch in Brand geraten und gelten daher als naturgemäß sicher und unempfindlich Auch wird weniger Technik benötigt um die Zellen vor Stößen zu schützen und für stabile Temperaturen zu sorgen was zusätzlich dabei hilft Gewicht und Kosten einzusparen Da Festkörperbatterien zudem sehr hohe Energiedichten erreichen können wird weltweit intensiv daran geforscht Doch trotz aller Anstrengungen sind reine Festkörperbatterien die keine flüssigen oder soften polymerartigen Schichten mehr enthalten von der Marktreife noch weit entfernt Insbesondere die Verbindung von Elektrode und Elektrolyt gilt als problematisch « Ein Problem an dem intensiv gearbeitet wird und auf Forschungsebene auch schon erste Erfolgsmeldungen zu verzeichnen sind Carlo M Ciaramelletti Executive Business Manager für Battery Management Systems in der Automotive Business Unit von Maxim weist auf das Brandrisiko von Li-Ionen-Batterien hin Dieses Problem stößt diverse Wellen an intensiver Forschungsarbeit und Entwicklung an um die Sicherheit der Batterien zu verbessern von der Erhöhung der Energiedichte mal ganz abgesehen Die meisten neuen Entwicklungen in der Li-Ionen-Technologie drehen sich seiner Aussage nach um das Material das für die Kathode verwendet wird Derzeit sind zwei Kathoden in der Diskussion NMC Nickel-Mangan-Kobalt und LFP Lithium-Eisen-Phosphat NMC-Batterien sind die derzeit am häufigsten genutzten Akkus »Sie zeichnen sich durch eine hohe Energiedichte und eine lange Lebensdauer aber Aber einige Batteriehersteller wollen weg von den NMCKathoden und zwar aufgrund der hohen Kobaltkosten« so Ciaramelletti Und damit kommt LFP ins Spiel Die Hauptvorteile der LFP-Batterien liegen seiner Aussage nach in einer hohen Strombelastbarkeit einer langen Lebensdauer einer guten thermischen Stabilität einer verbesserten Sicherheit im Sinne von Safety und einer größeren Toleranz gegenüber einer falschen Behandlung der Batterie Kurzschluss Überladen NMC-Batterien haben eine Nennspannung von 3 7 Vwährend LFP-Batterien eine Nennspannung von 3 3 Vhaben Ciaramelletti »Dies könnte dazu führen dass mehr Zellen für 400-und 800-VSysteme gestapelt werden müssen « Lebenszyklusmanagement Niall Lyne Vice President of Automotive Power & Video Business Division von Renesas Electronics merkt an dass es bei den Weiterentwicklungen natürlich auch immer darum geht die Systemkosten zu senken In diesem Zusammenhang verweist er darauf dass einige neuere Entwicklungen beispielsweise die drahtlose Kommunikation betreffen denn damit lassen sich Kosten sowie Gewicht senken Lyne »Allerdings bringt dies Herausforderungen in Bezug auf Security Robustheit und Datendurchsatzanforderungen mit sich « Weitere Trends für die Zukunft gehen seiner Meinung nach in Richtung Lebenszyklusmanagement aber auch Sicherung von SOH SOC-Daten in der Cloud das Teilen von Batteriedaten und die BatterieSecurity In Bezug auf das Lebenszyklusmanagement merkt Lyne noch an »Für Li-IonenBatterien die für den Betrieb von EVs verwendet werden wird typischerweise eine Garantie von acht Jahren gegeben Das Lebenszyklusmanagement ist deshalb wichtig weil damit bestimmt werden kann ob die Batterie Carlo M Ciaramelletti Maxim Aufgrund der Möglichkeit die eigene Temperatur zu messen können sich die Systeme im Falle einer thermischen Überlastung selbst abschalten Ich bin absolut überzeugt dass diese Funktionalität in Zukunft vom Markt stärker gefordert wird Dr Clemens Müller Infineon Technologies Die Sensorfusion mit Druckoder Gassensoren eine noch weiter verbesserte Sensorgenauigkeit und Fortschritte in der Algorithmusbasierten Zelldiagnose einschließlich maschinellen Lernens werden es ermöglichen viel genauere Batteriedaten zu sammeln