Halbleiter für Batteriesysteme 11,6 Prozent mehr nutzbare Batterieenergie mit Chip-on-Cell-Technik

Anbieter zum Thema

MicroConsult Academy GmbH

IBR Leiterplatten GmbH & Co. KG

Caltest Instruments GmbH

Das schottische Halbleiterunternehmen Dukosi leitet aus Messdaten direkt an der Batteriezelle deutlich mehr nutzbare Energie ab. Beim Branchentreff Pretzl Connect zeigte das Unternehmen dazu Modellrechnungen für Elektrofahrzeuge und stationäre Speicher.

Wie stark beeinflusst die Messgenauigkeit eines Batteriemanagementsystems die Energie, die sich aus einer Batterie tatsächlich nutzen lässt? Dukosi hat dazu beim Branchentreffen Pretzl Connect nun konkrete Zahlen präsentiert: In einem Beispiel mit LFP-Zellen soll die Smart-Cell-Architektur des Unternehmens die nutzbare Energie je nach Anwendung um bis zu 11,6 Prozent erhöhen.

Dukosi setzt dafür Mess-ICs direkt an den einzelnen Zellen ein. Das Unternehmen stellt dem klassischen Multi-Channel-BMS unter anderem kurze und einheitliche Messleitungen, synchronisierte Messwerte sowie eine Temperaturerfassung an jeder Zelle gegenüber. Im gezeigten Rechenbeispiel sinkt der angenommene Fehler der Ladezustandsbestimmung dadurch deutlich. Grundlage sind LFP-Zellen, ein Sigma-Point-Kalman-Filter und Profile für den Stadtfahrzyklus UDDS beziehungsweise die Netzstabilisierung per Fast Frequency Response (FFR).

Bildergalerie

Mehr nutzbare Energie statt mehr Kapazität

Die genannten 11,6 Prozent bedeuten dabei nicht, dass die Zelle physisch mehr Energie speichert. Dukosi argumentiert vielmehr, dass genauere Messdaten die Unsicherheit bei der Bestimmung des Ladezustands verkleinern. Dadurch könne das Batteriemanagement die vorhandene Energie mit geringeren Reserven nutzen. Im UDDS-Beispiel gibt Dukosi einen Effekt von bis zu 11,6 Prozent an, im FFR-Profil eines stationären Speichers sind es 6,2 Prozent.

Für einen Batteriespeicher mit 100 MW Leistung und 200 MWh Kapazität rechnet Dukosi den möglichen wirtschaftlichen Effekt weiter. Aus den angenommenen 6,2 Prozent zusätzlicher nutzbarer Energie leitet das Unternehmen für das verwendete CAISO-Szenario ein zusätzliches Erlöspotenzial von 7,8 Millionen US-Dollar ab. Eine zweite Rechnung geht davon aus, dass für dieselbe nutzbare Leistung 12,4 MWh weniger Kapazität installiert werden müssten. Bei angenommenen 165 Dollar pro kWh entspräche dies rund 2,1 Millionen Dollar geringeren Investitionskosten.

Dabei handelt es sich um Modellrechnungen und nicht um Ergebnisse eines real betriebenen 200-MWh-Speichers. Die Zahlen zeigen vor allem, welchen Systemeffekt Dukosi aus geringeren Mess- und Schätzfehlern ableitet.

DK-NFLNK bringt das Konzept auf Modulebene

Parallel erweitert Dukosi den Ansatz auf bestehende Batteriearchitekturen. Mit DK-NFLNK soll sich die kontaktlose Nahfeldkommunikation auch mit herkömmlichen Multi-Channel-AFEs einsetzen lassen. Ein System Hub kommuniziert über SPI mit dem Host-Prozessor, während Nodes über SPI an die jeweiligen AFEs der Batteriemodule angebunden sind. Zwischen Hub und Nodes läuft die Kommunikation kontaktlos über einen sogenannten Black Channel.

Damit muss ein Hersteller nicht sofort auf Dukosis vollständige Chip-on-Cell-Architektur wechseln. Die Zellen eines Moduls bleiben mit ihrem AFE verbunden, während DK-NFLNK die Kommunikationsverbindung auf Modulebene ersetzt. Dukosi will damit Kabel und Steckverbinder reduzieren und zugleich einen Migrationspfad zur eigenen Smart-Cell-Architektur schaffen. Ein Demonstrator kombiniert dazu einen DK8502-Node mit einem LTC6811-AFE in einem Zwölf-Zellen-Modul; für die Entwicklung zeigt Dukosi ein DK8503-Evaluierungsboard. (mc)

(ID:50982440)