New Power Progress | Die sicherste Seite der Lithium-Batterien

Marco Righi, CEO von Flash Battery, informiert Roberta Prandi über die neuesten technologischen Entwicklungen und das Thema Sicherheit von Lithium-Batterien

In Bezug auf die Entwicklungen im industriellen Bereich scheinen wir zu verstehen, dass Batterien mit LFP-Chemie aufgrund mehrerer Eigenschaften, wie längerer Lebenszyklen und Sicherheit, bevorzugt werden. Mit Marco Righi erkunden wir die Vorteile, Grenzen und zukünftigen Herausforderungen dieser Technologie.

In Bezug auf die Entwicklungen im industriellen Bereich scheinen wir zu verstehen, dass Batterien mit LFP-Chemie aufgrund mehrerer Eigenschaften, wie längerer Lebenszyklen und Sicherheit, bevorzugt werden. Können Sie erklären, was genau diese Vorteile sind?

Die LFP-Chemie reagiert von allen am besten auf die spezifischen Anforderungen des Industriesektors. Es ist die sicherste und stabilste Chemie, die auf dem Markt zu finden ist, erhältlich in Formaten mit großer Kapazität, wie sie von Industrie- und Off-Highway-Systemen gefordert werden, ohne dass viele kleine Zellen parallel verbunden werden müssen, was ihre Stabilität verringern und die Sicherheit der gesamten Maschine beeinträchtigen würde.

Die Eigensicherheit der Chemie [der Batterie] und die erreichbaren Lebenszyklen sind die beiden grundlegenden Parameter, die bei der Wahl des am besten geeigneten Batterietyps für eine bestimmte Anwendung zu berücksichtigen sind.

Flash Battery hat sich für die LiFePo4-Chemie für Industrie- und Off-Highway-Anwendungen entschieden, da sie über 4000 Lebenszyklen garantiert.

Wo liegen die Grenzen der LFP-Technologie?

Bei der Energiedichte. Die LFP-Chemie hat nämlich ein Gewicht und ein Volumen, die tendenziell 30 % höher sind als eine NMC-Chemie. Für eine industrielle Nutzung ist dies jedoch nicht als Grenze anzusehen, da sehr oft ausreichend Platz zur Verfügung steht. Manchmal besteht sogar die Notwendigkeit, Ballast in Gegengewichtsanwendungen hinzuzufügen.

Andererseits ist es für all die Anwendungen, die Leistung und Leichtigkeit erfordern, wie Rennwagen oder Motorräder, notwendig, extremere Chemikalien zu wählen, bei denen es wichtig ist, selbst auf Kosten eines geringeren Lebenszyklus ein geringes Gewicht und kompakte Abmessungen zu haben.

Während für all jene Anwendungen, die mehr Energie als Leistung benötigen, d.h. mit längeren Entladungszeiten, wie die meisten industriellen Anwendungen, ist es wichtig, Chemikalien mit der sichersten Technologie zu wählen, die längere Lebenszyklen garantieren, wie z. B. LFP.

Wir hören immer öfter, dass LFP-Batterien einen sehr präzisen Ausgleich und dementsprechende Kontrolle benötigen. Flash Battery hat ein eigenes Kontrollsystem entwickelt: Können Sie uns die Merkmale und Besonderheiten nennen?

Die Batterieverwaltungssoftware (Battery Management System) macht den Unterschied, indem sie das Beste aus der verwendeten Chemie macht, über die Zeit Zuverlässigkeit und Leistung gewährleistet und eine sehr wichtige Rolle in der Entladephase und insbesondere in der Ladephase spielt.

Das Flash Balancying System ist das proprietäre elektronische Ausgleichssystem von Flash Battery, das auf jede einzelne Zelle mit einem kombinierten Ausgleich wirkt, d. h. sowohl aktiv als auch passiv, 20-mal höher als bei herkömmlichen Lithium-Batterien, und zwar nicht nur während des Ladens, sondern auch aktiv während des Entladens.

Dies ermöglicht ein 20-mal schnelleres Ausgleichen, weniger als 30 Minuten in zyklischen Anwendungen, was es für die Gesamtladezeit unbedeutend macht. Lithiumzellen werden während der gesamten Lebensdauer der Batterie, die mehr als 4.500 Zyklen beträgt, ausgeglichen und effizient gehalten.

Das BMS garantiert, wenn es sorgfältig und sorgfältig entworfen wurde, die Stabilität der Leistung über die Zeit, verhindert Anomalien und führt Selbstdiagnosen und vorausschauende Wartung durch, wodurch eine vollständige Kontrolle des Batteriepakets gewährleistet wird. Dies ist einer der Gründe, warum Flash Battery das Flash Data Center entwickelt hat, eine proprietäre Plattform, die täglich alle Lade- und Entladezyklen miteinander verbundener Batterien analysiert. Über Algorithmen künstlicher Intelligenz beugt das Flash Data Center möglichen Störungen vor, bevor sie auftreten, dabei schickt es automatisch Warnsignale an das Flash Battery Service Center und verhindert so problematische Maschinenstillstände.

Wie sehen Sie die mittelfristige Zukunft für Batterien in industriellen Anwendungen? Gibt es Alternativen zur LFP-Chemie?

Die LFP-Chemie bekommt neuen Auftrieb. Von 100 Wh / kg vor einigen Jahren hat diese Chemie jetzt 170 Wh / kg erreicht, wodurch sich auch die Automobilwelt für diese Technologie zu interessieren beginnt, beginnend mit Tesla beim Model 3, und anderen Unternehmen wie BYD bis hin zum Volkswagen Konzern. Wir glauben daher, dass die LFP-Chemie sowohl für industrielle als auch für Automobilanwendungen noch blühende Jahre vor sich hat.

Hinsichtlich der Sicherheit von LFP-Batterien listet Flash Battery eine Reihe positiver Eigenschaften auf: die höchste Zersetzungstemperatur, die niedrigste Wärmefreisetzung, die Reaktion auf interne Kurzschlüsse … Können Sie uns das im Detail erläutern?

Im Laufe der Jahre ist es Flash Battery gelungen, die maximale Sicherheit der Batterien zu gewährleisten, indem an 3 grundlegenden Aspekten gearbeitet wurde: der Wahl der richtigen Lithiumchemie, der korrekten Montage des Batteriepacks und der proprietären Steuerelektronik.

Die Konzentration auf den Industriemarkt hat es dem Unternehmen ermöglicht, mit verschiedenen europäischen OEMs zusammenzuarbeiten und Batterien nach Maß zu entwickeln, die die von der Maschine/vom Fahrzeug vorgegebenen Räume und Abmessungen berücksichtigen und Spannungen und Kapazitäten ad hoc für die Arbeitsanforderungen bieten.

Wir müssen zwei Hauptmerkmale berücksichtigen, das erste ist die Zersetzungstemperatur, denn je höher sie ist, desto schwieriger wird es, die Zersetzungsbedingungen zu erreichen, also ist die Lithium-Batteriezelle sicherer. Die zweite ist die freigesetzte Wärme, gemessen in Joule pro Gramm, die die Energie angibt, die die Batteriezelle in Form von Wärme abgeben kann und somit zur Temperaturerhöhung beiträgt. Je niedriger dieser Wert ist, desto sicherer wird die Lithiumbatterie sein.

Unser Ziel ist es, die sicherste Batterietechnologie für das Fahrzeug/die Maschine des Kunden zu identifizieren. Unsere Techniker in der Forschungs- und Entwicklungsabteilung beschränken sich nicht nur auf das theoretische Studium von Chemikalien, sondern führen auch verschiedene Tests durch, um die Batterien zu „stressen“ und mit Verbesserungen zu experimentieren. Einer der durchgeführten Tests ist der Nail Penetration Test (Perforationstest), der darin besteht, eine Batterie mit einem Nagel zu durchbohren und so einen internen Kurzschluss zu simulieren.

Es handelt sich eindeutig um Tests, die im Labor unter kontrollierten und sicheren Bedingungen durchgeführt werden, und die Wahrscheinlichkeit, dass eine Zelle bei der üblichen Verwendung in einer Lithiumbatterie, die in Elektrofahrzeugen und Industriemaschinen installiert ist, durchdrungen wird, ist ausgesprochen gering. Wir ziehen diesen Test jedoch in Betracht, da er das Schlimmste simuliert, was einer Zelle passieren kann, nämlich den internen Kurzschluss, der eventuell durch Herstellungsfehler oder Missbrauch entstehen kann.

Die Montage der Zellen ist nach der Chemie das zweite Element, das über die Sicherheit der Lithium-Batterie entscheidet. Wenn Lithiumbatterien mit kleinen Zellen zusammengebaut werden, muss eine sehr große Anzahl von Zellen parallel eingesetzt werden. Wir denken da an eine Batterie mit 400 Ah. Wenn sie aus zylindrischen 3-Ah-Zellen bestehen würde, wären 130 Zellen parallel eingesetzt erforderlich, wenn sie stattdessen aus prismatischen 50-Ah-Zellen bestehen würde, wären nur 8 parallele Zellen erforderlich.

Wenn also eine dieser Zellen kurzschließen würde, müsste sie im ersten Fall das 130-fache ihrer Kapazität aufnehmen, im zweiten Fall das 8-fache.

Lithiumbatterien von Flash Battery werden mit maximal 4 parallel eingesetzten Zellen hergestellt. Nach unseren Studien ist es die beste Konformation, in der unsere Batterien in jeder Situation Sicherheit garantieren können.

Der dritte und letzte Aspekt für die Gewährleistung der Sicherheit im Inneren des Lithium-Batteriepacks ist die Elektronik, die die Batterie kontrolliert: Das BMS.

Einer seiner Hauptaspekte ist die Überwachung der Spannung und Temperatur der einzelnen Zellen sowie die Kommunikation mit dem Fahrzeug und dem Batterieladegerät, um das Laden und Entladen in kritischen Situationen zu blockieren und eventuell auf die allgemeinen Schütze einwirken.

Einer der Hauptunterschiede zwischen den Lithiumbatterie-Herstellern liegt darin, wie die Kontrollelektronik in Gefahrensituationen funktioniert

Flash Battery entstand genau aus der Untersuchung der kritischen Punkte, die in der Vergangenheit auf Seiten der Elektronik auftraten und die Zuverlässigkeit und Sicherheit von Lithiumbatterien einschränkten. Das ist unser Ausgangspunkt und darauf haben wir uns konzentriert, um uns von anderen Herstellern zu unterscheiden, indem wir unser Ausgleichsystem und die Fernbedienung entwickelt haben. Bei Flash Battery erfolgt die Temperaturmessung flächendeckend und an den richtigen Stellen, um auch die Übergangswiderstände durch zwei Temperatursensoren an jeder Zelle zu überprüfen.

Glossar der lithium-batterien

Lithium NMC – Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt
Lithium NCA – Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium
Lithium LFP – Lithiumeisenphosphat
Lithium LCO – Lithiumcobaltoxid
Lithium LMO – Lithium-Eisen-Mangan-Oxid
Lithium LTO – Lithium-Titanoxid

LCO und LMO sind die ältesten Chemikalien und bis heute die am wenigsten verwendeten; NMC und NCA dominieren derzeit im Automobilsektor oder sind im Allgemeinen für Premiumfahrzeuge, da sie es ermöglichen, die höchsten Energiedichten und größere Autonomien zu erzielen und dann haben wir LFP, die sicherste und stabilste Chemie auf dem Markt, gefolgt von LTO.

Die Technologien entwickeln sich ständig weiter, aber die Besonderheiten der Chemie bleiben gleich. Daher sind NCA und NMC im Hinblick auf die Energiedichte am besten und für den Automobilsektor, der hohe Leistungen erfordert, von größtem Interesse. Der Lebenszyklus ist für die Automobilindustrie kein grundlegendes Merkmal, da die durchschnittliche Nutzung eines Autos nicht intensiv ist. Ein kleiner Teil der Batterieenergie wird täglich verwendet, wodurch vollständige Zyklen auf ungefähr 100 bis 200 pro Jahr begrenzt werden. Aus diesen Gründen hat die Batterie dann eine längere Lebensdauer als das Fahrzeug selbst.