Die Schnellladefähigkeit ist entscheidend für eine hohe Produktqualität.
Aber wie erreicht man Ladezeiten von weniger als 15 Minuten ?
Herausforderung
Die Schnellladefähigkeit ist nicht nur für Elektrofahrzeuge ein entscheidender Faktor, der für oder gegen den Kauf eines batteriebetriebenen Produktes spricht. Aus einem physikalisch-chemischen Blickwinkel betrachtet wird die Ladezeit von fünf technischen Limitierungen begrenzt. Eine Überschreitung dieser Grenzen, welche vom jeweiligen Zelltyp abhängen, können zu einer beschleunigten Alterung oder sogar zu schwerwiegenden Sicherheitsrisiken führen. Der zeitliche Verlauf des maximal zulässigen Ladestroms unter Berücksichtigung aller fünf Grenzen hängt in stark nichtlinearer Weise von den elektrochemischen und thermischen Anfangs- und Randbedingungen ab. Da das Anodenoberflächenpotenzial im Inneren der Zelle experimentell nicht zugänglich ist, kann die Eignung eines Ladestromprofils nur indirekt durch kostspielige und zeitaufwändige Zyklustests geprüft werden.
Die fünf Grenzen des Schnellladens
1
Leistung
Begrenzt durch das Stromnetz.
2
Stromstärke
Begrenzt durch den Ladestrom.
3
Temperatur
4
Spannung
5
Anode
Darüber hinaus hängt die Schnellladefähigkeit der Batterie vom Moduldesign, der Kühlung und dem Zelltyp ab und muss daher auf Systemebene betrachtet werden. Aus diesem Grund ist die Entwicklung optimaler Stromprofile im mehrdimensionalen, nichtlinearen Parameterraum, welcher aus Zeit, Ladezustand (SOC), Alterungszustand (SOH) und Temperatur aufgespannt wird, eine große Herausforderung.
Lösung
Sie benötigen ein Tool, welches Ihnen erlaubt, alle fünf Grenzen unter gegebenen Betriebsbedingungen für einzelne Zellen und Module vorherzusagen. Genau diese Möglichkeit bietet das Batemo Cell Model. Batemos einzigartige Batteriemodellierungstechnologie ermöglicht die Bestimmung optimaler Schnellladeprofile im gesamten Parameterraum. Damit liefert die Simulationslösung die Grundlage für den Aufbau eines optimiertes Testdesigns zur experimentellen Validierung der numerisch berechneten Schnellladeprofile unter variablen Betriebsbedingungen. Die Implementierung eines solchen Workflows minimiert nicht nur die Ladezeit deines Produktes, sondern auch die Entwicklungszeit und -Kosten.
Mit einem physikalischen, parametrisierten und validierten Modell…
…können Sie simulationsbasiert optimale Schnellladestrategien für Ihr Akkupack berechnen.
Fast
Batemo Cell Models laufen innerhalb von Sekunden auf normalen Bürocomputern. Diese Rechenzeiten ermöglichen große Parametervariationen, um die nichtlinearen Abhängigkeiten von Temperatur, SOC und Alterungszustand zu berücksichtigen.
Physical
Nur wenn alle physikalischen Prozesse innerhalb der Zelle korrekt zugeorndet werden, kann das Anodenoberflächenpotenzial zuverlässig berechnet und alle fünf Grenzen der Schnellladung kontrolliert werden.
Accurate
Quantitativ zuverlässige Simulationsergebnisse erfordern umfassend validierte Modelle. Das Batemo Cell Model ist das präziste Batteriezellenmodell, das auf dem Markt existiert - garantiert! Wir weisen die Gültigkeit stets durch umfangreiche Messungen nach, welche höchste Genauigkeit belegen.
Unsere Methode besteht darin, das Anodenoberflächenpotenzial aktiv zu steuern und dadurch Lithium-Plating zu vermeiden, wie im folgenden Beispiel gezeigt. Dadurch werden unter allen Betriebsbedingungen die schnellsten Ladeprofile erreicht, die physikalisch möglich sind. Die geringen Rechenzeiten erlauben es, Simulationen unter allen Anfangs- und Randbedingungen zu wiederholen, um automatisiert Lookup-Tabels oder Maps zu generieren, die direkt in ein BMS implementiert werden können.
Entwicklungsmethode
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Akquirieren Sie das Batemo Cell Model, um ein physikalisches, parametrisiertes und validiertes Batteriezellmodell zu erhalten.
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Integrieren Sie das Einzelzellmodell in Ihr Modul- oder Pack-Modell.
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Führen Sie Batch-Simulationen zur Ableitung optimaler Schnellladeprofile und Betriebsstrategien durch.
Vermeiden Sie Lithium-Plating!
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Verwenden Sie das Batemo Cell Model, um ein Design of Experiments für eine Validerung der Ergebnisse zu entwerfen.
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Führen Sie die Validierungsexperimente durch, und implementieren Sie sie direkt in Ihr BMS!
Vorteile
Verwenden Sie die Batemo Cell Models für die simulationsgestützte Entwicklung von Schnellladungsprofilen für Ihre Anwendung, um sie schneller und kostengünstiger zu machen. Auf diese Weise schaffen wir Mehrwert und tragen zu Ihrem Erfolg bei.
-20%
Ladezeit
Verkürzen Sie die Ladezeit auf das physikalische Minimum, indem Sie sich Zugang zu allen fünf Grenzen des Schnellladens verschaffen.
-50%
Entwicklungszeit
Beschleunigen Sie Ihre Entwicklungszeit, indem Sie einen geradlinigen Workflow anwenden, anstatt Zyklentests nach dem Trial-and-Error-Prinzip durchzuführen.
-60%
Entwicklungskosten
Sparen Sie Testaufwände durch den Einsatz digitaler Entwicklungsmethoden. Test smarter, not harder.
Ladezeit
Batemos einzigartige Technologie ermöglicht es, die physikalisch schnellstmöglichen Ladungsprofile zu erreichen, indem das Anodenoberflächenpotenzial aktiv gesteuert wird. Ohne Zugriff auf das Anodenoberflächenpotenzial besteht die einzige Entwicklungsmöglichkeit darin, gestufte Ladeprofile anzuwenden, während Sie den Ladestrom schrittweise erhöhen und die Zellalterung überwachen. Dieser Trial-and-Error-Ansatz wird niemals zumOptimum führen, wie in der Abbildung unten gezeigt. Selbst ein optimales gestuftes Ladeprofil bleibt 20% hinter dem physikalischen Optimum für die Zelle des Tesla Model Y (4680) zurück.
Beispiel: Tesla Model Y (4680)
Entwicklungszeit und -Kosten
Die einzigartige Technologie von Batemos ermöglicht einenunkomplizierten Entwicklungsfluss durch die Prädiktion des Anodenoberflächenpotenzials. Ohne Zugriff auf das Potential der Anodenoberfläche müssen Sie iterativ Ladeprofile ausprobieren und deren Anwendbarkeit in Zyklustests überprüfen. Dieser Trial-and-Error-Ansatz ist kosten- und zeitaufwendig.
Ohne Batemo-Technologie
Ladeprofil anwenden und Test durchführen
Schauen wir uns ein Beispiel an: 4 Iterationen der experimentellenSchnellladungsentwicklung dauern etwa 7 Monate. Wenn Sie 2 Profile gleichzeitig anwenden, können Sie nur 8 verschiedene Ladeprofile testen. Selbst für eine kleine zylindrische Zelle summiert sich das auf ≈90k€ Personal- und Messkosten. Machen wir es uns einfach: Mit einem Batemo Cell Model können Sie innerhalb weniger Tage optimierte Ladeprofile für alle Betriebs- und Startbedingungen berechnen. Einschließlich der Erstellung des Batemo Cell Models haben wir diese Profile innerhalb von drei Monaten fertig und experimentell validiert. Rechnet man Softwarekosten, Personal und Messkosten für die Validierung hinzu, bleiben Sie unter 30k€.
