Nach Angaben aus Studien des Verbands Deutscher Maschinen- und Anlagenbau und des Fraunhofer Forschungsfertigung Batteriezelle erreichen die Ausschussquoten im laufenden Betrieb rund zehn Prozent. In der Anlaufphase neuer Produktionslinien können sie bis zu 50 Prozent betragen.
Ein Teil dieser Zellen ist technisch funktionsfähig. Sie werden vor allem deshalb ausgesondert, weil sie innerhalb einer Charge nicht ausreichend homogen sind. Maßgeblich dafür ist die Auslegung konventioneller Batteriemanagementsysteme. Diese Systeme setzen weitgehend gleiche Zellparameter voraus und erhöhen damit den Selektionsdruck in der Fertigung.
Unterschiede im Betrieb ausgleichen
ETA-Leveling verfolgt einen anderen Ansatz. Das Verfahren setzt keine nahezu identischen Zellen voraus, sondern gleicht Unterschiede zwischen den Zellen im laufenden Betrieb aus. Beim Laden wird jede Zelle so behandelt, als würde sie in einer Einzelzellanwendung betrieben. Individuelle Wirkungsgradkorrekturen sollen verhindern, dass Schieflagen im Ladezustand entstehen.
Damit lassen sich auch Zellen mit abweichenden Kapazitäten gemeinsam in einem Batteriesystem betreiben. Das eröffnet die Möglichkeit, Zellen zu nutzen, die bislang aufgrund enger Homogenitätsvorgaben aus der Produktion ausgeschieden wurden. Der Ausschuss in der Zellfertigung kann dadurch sinken.
Lebensdauer von Batteriesystemen verlängern
Das Verfahren soll nicht nur die Verwertbarkeit von Zellen erhöhen, sondern auch die Lebensdauer bestehender Batteriesysteme verlängern. Konventionelle Batteriemanagementsysteme können im Betrieb Unterschiede im Ladezustand zwischen den Zellen begünstigen. Diese Abweichungen führen dazu, dass Zellen unterschiedlich altern. Die Folge sind Kapazitätsverluste und eine verkürzte Nutzungsdauer des Gesamtsystems.
ETA-Leveling soll solche Unterschiede im Ladezustand vermeiden und damit eine gleichmäßigere Alterung der Zellen unterstützen. Für stationäre Speicher kann dies einen späteren Austausch der Batterie bedeuten. Das reduziert den Materialeinsatz und verringert den Bedarf an Ersatzinvestitionen.
Second-Life-Anwendungen erleichtern
Das Prinzip eignet sich zudem für Second-Life-Anwendungen. Nach Unternehmensangaben können auch gebrauchte Zellen unterschiedlicher Hersteller, unterschiedlichen Alters und mit abweichender Nominalkapazität in Reihe betrieben werden, sofern das Batteriemanagementsystem die Unterschiede ausgleicht. Dadurch könnten Einsatzmöglichkeiten für Zellen entstehen, die sich mit konventionellen Systemen nur eingeschränkt nutzen lassen.
Bestehende Speicher nachrüsten
ETA-Leveling ist auch für Batteriespeicher relevant, die bereits in Betrieb sind. In der Praxis erreichen viele Anlagen einen Punkt, an dem der Hersteller des Batteriemanagementsystems den Support beendet. Ersatzteile sind dann nur noch eingeschränkt verfügbar, und bei Störungen bleibt häufig nur der Austausch des Systems oder der gesamten Anlage.
Wenn die Batterie selbst weiterhin funktionsfähig ist, kann ein neues Batteriemanagementsystem mit ETA-Leveling nachgerüstet werden. Dadurch lassen sich bestehende Speicher weiterbetreiben, auch wenn die verbauten Zellen aufgrund ihres Alters inzwischen stärker voneinander abweichen.
Softwarebasiertes Lizenzmodell
Der Algorithmus ist als Lizenz verfügbar und kann nach Unternehmensangaben als Modul in Form eines Matlab-Simulink-Modells in bestehende Batteriemanagementsysteme integriert werden. Zusätzliche Hardware ist dafür nicht erforderlich. Ziel ist es, vorhandene Systeme softwareseitig so zu erweitern, dass sie mit Zellunterschieden flexibler umgehen können.
