Die Hauptaufgabe eines Battery Management Systems (BMS) ist der Schutz der Batterie vor Fehlbedienungen sowie die optimale Aussteuerung von Lade- und Entladeprozessen. Mehr dazu.
Ohne Lithium-Ionen-Batterien, kurz LIB, die zu den Metall-Ionen-Batterien zählen, wäre ein Erfolg der Elektromobilität und portabler elektrischer Geräte gar nicht denkbar. Mehr dazu.
Lithium-Polymer-Akkus (Li/Poly) sind wiederaufladbare Sekundärbatterien.Kein Batterietyp ist so vielfältig in Länge, Breite und Dicke wie die Lithium-Polymer-Batterie. Mehr dazu.
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Im dauerhaft optimalen Zusammenspiel der einzelnen Zellen, Module und Packs liegt bei Lithium Akkus der Schlüssel für Langlebigkeit, Effizienz und Zuverlässigkeit. Die Hauptaufgabe eines Battery Management Systems (BMS) ist der Schutz der Batterie vor Fehlbedienungen sowie die optimale Aussteuerung von Lade- und Entladeprozessen. Ein aktives Batterie Management System setzt dabei auf mehrere Komponenten gleichzeitig und wird so zu einem smart BMS. Die Vorteile eines Active Battery Management Systems: Es überwacht Alterungs- und Ladezustand sowie Entladungstiefe der Batteriemodule. Es steuert die Ladezyklen intelligent und optimal hinsichtlich Geschwindigkeit, Wärmemanagement oder Überladung.
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Beispielsweise setzt mein ein BMS im Bereich der Gebäudetechnik bei der Steuerung von energieerzeugenden und -rückgewinnenden Systemen ein. Auch im Bereich mobiler Unterhaltungselektronik und Kommunikationstechnik sind eine optimale Aussteuerung von Ladegeschwindigkeit, Prozessorperformance und Akkutemperatur relevant.
Neben extremen Schwankungen in der Leistungsaufnahme und -abgabe in der Automobilbranche muss die unterbrechungsfreie Stromversorgung (engl. Uninterruptible Power Supply – USV) sichergestellt werden.
Seit der Entwicklung des Lithium-Eisenphosphat-Akku (LiFePO4) in den 90er Jahren befinden sich zahlreiche Innovationen in der Entwicklung. Insbesondere bei den Battery Management Typen (BMS Types).
So genannte AI BMS (Artificial Intelligence Battery Management System) sollen selbstlernende Algorithmen in die Batterie bringen. Gespeist von Big Data erreichen die Batterie Informationen, um ihre Reichweite zu optimieren. Mit EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy) soll der Gesundheitszustand einer Batterie mathematisch überwacht werden. Dies hilft bei der Einschätzung in Bezug auf die Leistungsfähigkeit der Zelle bei Schnellladung und ermöglicht die Früherkennung von Zellschädigungen.
Beispielsweise setzt mein ein BMS im Bereich der Gebäudetechnik bei der Steuerung von energieerzeugenden und -rückgewinnenden Systemen ein. Auch im Bereich mobiler Unterhaltungselektronik und Kommunikationstechnik sind eine optimale Aussteuerung von Ladegeschwindigkeit, Prozessorperformance und Akkutemperatur relevant.
Neben extremen Schwankungen in der Leistungsaufnahme und -abgabe in der Automobilbranche muss die unterbrechungsfreie Stromversorgung (engl. Uninterruptible Power Supply – USV) sichergestellt werden.
Seit der Entwicklung des Lithium-Eisenphosphat-Akku (LiFePO4) in den 90er Jahren befinden sich zahlreiche Innovationen in der Entwicklung. Insbesondere bei den Battery Management Typen (BMS Types).
So genannte AI BMS (Artificial Intelligence Battery Management System) sollen selbstlernende Algorithmen in die Batterie bringen. Gespeist von Big Data erreichen die Batterie Informationen, um ihre Reichweite zu optimieren. Mit EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy) soll der Gesundheitszustand einer Batterie mathematisch überwacht werden. Dies hilft bei der Einschätzung in Bezug auf die Leistungsfähigkeit der Zelle bei Schnellladung und ermöglicht die Früherkennung von Zellschädigungen.
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Ohne Lithium-Ionen-Batterien, kurz LIB, die zu den Metall-Ionen-Batterien zählen, wäre ein Erfolg der Elektromobilität und portabler elektrischer Geräte gar nicht denkbar. Sie haben im weltweiten Batteriemarkt seit Jahren die höchsten Wachstumsraten.Kein Batterietyp ist so vielfältig wie Lithium-Ionen-Batterien. Es gibt dutzende Elektrodenmaterialien mit unterschiedlichen Eigenschaften. Je nachdem welche man als Anode und Kathode kombiniert, ergeben sich Batterien, die für unterschiedliche Anwendungen besser oder schlechter geeignet sind. Es ist deshalb wichtig, den Typ genau zu klassifizieren, wenn man von einer Lithium-Ionen-Batterie spricht. So ist es aufschlussreich, das Kathoden- und Anodenmaterial zu nennen – etwa NMC-Graphit oder LFP-LTO – und weitere besondere Komponenten – etwa, wenn ein Festkörperelektrolyt statt einem flüssigen Elektrolyten verwendet wird
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Lithium-Ionen-Batterien
Lithium-Ionen-Akkus (Li/Ion, LIB) sind wiederaufladbare Sekundärbatterien. Ohne Lithium-Ionen-Batterien (Li/Ion, LIB) wäre ein Erfolg in der Elektromobilität und bei elektrischen Geräten nicht denkbar. Kein Batterietyp ist so vielfältig wie Lithium-Ionen-Batterien.
Es gibt dutzende Elektrodenmaterialien mit unterschiedlichen Eigenschaften. Je nachdem welche man als Anode und Kathode kombiniert, ergeben sich Batterien, die für differenzierte Anwendungen besser oder schlechter geeignet sind.
Es ist gerade deshalb sehr wichtig, den Batterie-Typ genau zu definieren, wenn man von einer Lithium-Ionen-Batterie spricht. So ist es aufschlussreich, das Kathoden- und Anodenmaterial zu nennen – etwa NMC-Graphit oder NCA – und weitere besondere Komponenten.
Vorteile und Nachteile
Die im Folgenden genannten Vor- und Nachteile von Li/Ion Batterien beziehen sich auf diesen Batterietyp im Allgemeinen. Je nachdem wie man die vielen verschiedenen Materialien, die zum Bau einer Li/Ion Batterie zur Verfügung stehen, kombiniert, treten die nachfolgenden Vor- und Nachteile weniger oder deutlicher hervor.
• sehr hohe Energiedichten (ungefähr viermal höher als die von Bleibatterien)
• hohe Zellspannungen: bis zu 3,7 V Nennleistung. Eine Lithium-Ionen-Zelle kann drei NiCd- oder NiMH-Zellen, die nur 1,2 V leisten, ersetzen. Viele Wissenschaftler versuchen derzeit, noch höhere Zellspannungen zu ermöglichen. Hohe Zellspannungen bedeuten, dass weniger Zellen sowie weniger Verbindungen zwischen den Zellen und Elektronik benötigt werden, um Hochspannungsbatterien herzustellen. Das macht die Batterie leichter und weniger anfällig.
• können für bestimme Kapazität- oder Leistungswünsche optimiert werden
• vertragen hohe Entladeströme: kann mit einer Rate von bis zu 40C entladen werden. Dies ermöglicht, dass Automobil-Anwendungen wie Kaltanlasser oder Antriebe für Hybridfahrzeuge mit niedrigeren Batteriekapazitäten ausgestattet werden können.
• Schnellladung möglich
• Batterien können fast komplett entleert werden, ohne die Zyklusdauer, die Lebensdauer oder die Hochstromabgabe zu beeinflussen
• sehr geringe Selbstentladungsrate (3 bis 5 Prozent pro Monat, kannElektrizität bis zu zehn Jahre lang speichern)
• sehr hoher coulombscher Wirkungsgrad (Entlade-/Ladekapazität fast 100 Prozent). Man kann also nahezu den gesamten Strom, den man in eine LIB geladen hat, wieder entnehmen.
• nahezu kein Memory-Effekt, keine Aufarbeitung oder vollständige Ent- und Beladung nötig, um den Lebenszyklus beizubehalten
• Variationen der grundlegenden Zellenchemie (z. B. der verschiedene Anoden- und Kathodenmaterialien) erlauben das Verfeinern der Leistungseigenschaften, um bestimmten Anwendungen gerecht zu werden.
LIB eignen sich aufgrund ihrer hohen Energiedichte hervorragend für portable und mobile Anwendungen. In Handys, MP3-Playern, Laptops und Tablets wird nahezu keine andere Technologie mehr eingesetzt. Bei Powertools und Elektrofahrrädern werden die Marktanteile ständig größer. In Elektro-PKW werden kaum andere Batterie-Typen eingesetzt. Zunehmend werden LIB als stationäre Speicher attraktiv – etwa als Heimspeicher, um den erzeugten Strom aus Photovoltaikanlagen zwischenzuspeichern.
• Empfindlichkeit gegenüber Tiefentladung (siehe Entladetiefe), Überladung und zu hohen Temperaturen. In der Praxis ist dies allerdings selten ein Problem, da viele Li/Ion Batterien bereits eine Steuerelektronik (BMS) integriert haben, die vor fast allen negativen Einflüsse abschirmt. Nutzt man allerdings Li/Ion Batterien ohne entsprechendes BMS, ist das Risiko eines Batteriebrand sehr hoch.
• relativ hohe Empfindlichkeit gegen hohe oder niedrige Temperaturen: Die ideale Betriebstemperatur liegt zwischen etwa 10 und 35 °C. Gerade bei tiefen Temperaturen unter dem Gefrierpunkt lässt die Leistung der Li/Ion Batterien stark nach. Es gibt allerdings auch Li/Ion Batterien, die speziell für niedrige Temperaturen bis -40 °C konzipiert sind, allerdings nur mit eingeschränkten Entladeströmen.
• können für bestimme Kapazität- oder Leistungswünsche optimiert werden
LIB eignen sich aufgrund ihrer hohen Energiedichte hervorragend für portable und mobile Anwendungen. In Handys, MP3-Playern, Laptops und Tablets wird nahezu keine andere Technologie mehr eingesetzt. Bei Powertools und Elektrofahrrädern werden die Marktanteile ständig größer. In Elektro-PKW werden kaum andere Batterie-Typen eingesetzt. Zunehmend werden LIB als stationäre Speicher attraktiv – etwa als Heimspeicher, um den erzeugten Strom aus Photovoltaikanlagen zwischenzuspeichern.
• Empfindlichkeit gegenüber Tiefentladung (siehe Entladetiefe), Überladung und zu hohen Temperaturen.
In der Praxis ist dies allerdings selten ein Problem, da viele Li/Ion Batterien bereits eine Steuerelektronik (BMS) integriert haben, die vor fast allen negativen Einflüsse abschirmt. Nutzt man allerdings Li/Ion Batterien ohne entsprechendes BMS, ist das Risiko eines Batteriebrand sehr hoch.
• relativ hohe Empfindlichkeit gegen hohe oder niedrige Temperaturen: Die ideale Betriebstemperatur liegt zwischen etwa 10 und 35 °C. Gerade bei tiefen Temperaturen unter dem Gefrierpunkt lässt die Leistung der Li/Ion Batterien stark nach. Es gibt allerdings auch Li/Ion Batterien, die speziell für niedrige Temperaturen bis -40 °C konzipiert sind, allerdings nur mit eingeschränkten Entladeströmen.
• können für bestimme Kapazität- oder Leistungswünsche optimiert werden
• sehr hohe Energiedichten (ungefähr viermal höher als die von Bleibatterien)
• hohe Zellspannungen: bis zu 3,7 V Nennleistung. Eine Lithium-Ionen-Zelle kann drei NiCd- oder NiMH-Zellen, die nur 1,2 V leisten, ersetzen. Viele Wissenschaftler versuchen derzeit, noch höhere Zellspannungen zu ermöglichen. Hohe Zellspannungen bedeuten, dass weniger Zellen sowie weniger Verbindungen zwischen den Zellen und Elektronik benötigt werden, um Hochspannungsbatterien herzustellen. Das macht die Batterie leichter und weniger anfällig.
• können für bestimme Kapazität- oder Leistungswünsche optimiert werden
• vertragen hohe Entladeströme: kann mit einer Rate von bis zu 40C entladen werden. Dies ermöglicht, dass Automobil-Anwendungen wie Kaltanlasser oder Antriebe für Hybridfahrzeuge mit niedrigeren Batteriekapazitäten ausgestattet werden können.
• Schnellladung möglich
• Batterien können fast komplett entleert werden, ohne die Zyklusdauer, die Lebensdauer oder die Hochstromabgabe zu beeinflussen
• sehr geringe Selbstentladungsrate (3 bis 5 Prozent pro Monat, kannElektrizität bis zu zehn Jahre lang speichern)
• sehr hoher coulombscher Wirkungsgrad (Entlade-/Ladekapazität fast 100 Prozent). Man kann also nahezu den gesamten Strom, den man in eine LIB geladen hat, wieder entnehmen.
• nahezu kein Memory-Effekt, keine Aufarbeitung oder vollständige Ent- und Beladung nötig, um den Lebenszyklus beizubehalten
• Variationen der grundlegenden Zellenchemie (z. B. der verschiedene Anoden- und Kathodenmaterialien) erlauben das Verfeinern der Leistungseigenschaften, um bestimmten Anwendungen gerecht zu werden.
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Lithium-Polymer-Akkus (Li/Poly) sind wiederaufladbare Sekundärbatterien.
Kein Batterietyp ist so vielfältig in Länge, Breite und Dicke wie die Lithium-Polymer-Batterie. Es gibt auch bei der Lithium-Polymer-Batterie dutzende Elektrodenmaterialien mit unterschiedlichen Eigenschaften.Je nachdem welche man als Anode und Kathode kombiniert, ergeben sich Batterien, die für differenzierte Anwendungen besser oder schlechter geeignet sind. Es ist gerade deshalb sehr wichtig, den Batterie-Typ genau zu definieren, wenn man von einer Lithium-Ionen-Batterie spricht. Lithium-Polymer-Batterien können extrem flach gebaut werden und eine Dicke von weniger als einem Millimeter haben. Sie eignen sich ideal für Smartcards, Smart Wearables und kleine Mobilgeräte.
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Lithium-Polymer-Akkus (Li/Poly) sind wiederaufladbare Sekundärbatterien.
Kein Batterietyp ist so vielfältig in Länge, Breite und Dicke wie die Lithium-Polymer-Batterie. Es gibt auch bei der Lithium-Polymer-Batterie dutzende Elektrodenmaterialien mit unterschiedlichen Eigenschaften.Je nachdem welche man als Anode und Kathode kombiniert, ergeben sich Batterien, die für differenzierte Anwendungen besser oder schlechter geeignet sind. Es ist gerade deshalb sehr wichtig, den Batterie-Typ genau zu definieren, wenn man von einer Lithium-Ionen-Batterie spricht. Lithium-Polymer-Batterien können extrem flach gebaut werden und eine Dicke von weniger als einem Millimeter haben. Sie eignen sich ideal für Smartcards, Smart Wearables und kleine Mobilgeräte.
Vorteile und Nachteile
Die im Folgenden genannten Vor- und Nachteile von Li/Poly Batterien beziehen sich auf diesen Batterietyp im Allgemeinen. Je nachdem wie man die vielen verschiedenen Materialien, die zum Bau einer Li/Poly Batterie zur Verfügung stehen, kombiniert, treten die nachfolgenden Vor- und Nachteile weniger oder deutlicher hervor.
Vorteile und Nachteile
Die im Folgenden genannten Vor- und Nachteile von Li/Poly Batterien beziehen sich auf diesen Batterietyp im Allgemeinen. Je nachdem wie man die vielen verschiedenen Materialien, die zum Bau einer Li/Poly Batterie zur Verfügung stehen, kombiniert, treten die nachfolgenden Vor- und Nachteile weniger oder deutlicher hervor.