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BMZ ENTWICKELT BATTERIEMODULE FÜR HIGH-PERFORMANCE-ANWENDUNGEN MIT LEISTUNGSSTARKER KÜHLEINHEIT

Besondere Leistungsanforderungen, beispielsweise in High-Performance-Anwendungen, bedürfen eines optimalen Batteriedesigns hinsichtlich des elektrischen und thermischen Verhaltens. Die BMZ Group entwickelte in 2019 mehrere besonders leistungsstarke Batteriemodule mit zylindrischen Zellen in verschiedenen Bauformen. Der Fokus lag bisher auf dem Format 18650. Die technischen Erkenntnisse sind allerdings analog auch auf das neue Format 21700 anwendbar.

Das Batteriedesign mit lasergeschweißten Zellverbindern aus Kupfer optimiert die Leistungsfähigkeit im Vergleich zu Stahl- oder Nickelverbindern erheblich durch Reduktion der thermischen Verluste. Mit Hilfe der leistungsstarken Kühleinheit ist es BMZ gelungen eine Temperierung der Batteriezellen über die Zellpole zu realisieren. Die Kühleinheit wurde darauf optimiert die Batteriezellen durchgehend unter Maximalbelastung zu betreiben. Die Vorteile der zylindrischen Zellen können bei diesem Konzept optimal ausgenutzt werden. Neben den klassischen rechteckförmigen Modulbauformen wurden auch davon abweichende kreisförmige und trapezförmige Modulbauformen entwickelt. Die elektrischen und thermischen Eigenschaften wurden in Theorie und Praxis validiert.

Die Ergebnisse aus der Entwicklung zeigen, dass die Batteriemodule mit einer hohen gravimetrischen Energiedichte größer als 200 Wh/kg inklusive der Kühleinheit und der geeigneten Zellauswahl eine Belastung von mehr als 10 C abgeben können, das heißt in diesem Fall eine Leistung von über 100 W pro  Rundzelle im Format 18650 – ein beachtlicher Wert für die sich wiederholende Leistungsanforderung. Die maximale Betriebstemperatur im Belastungsprofil mit aktiver Kühleinheit liegt bei etwa 70 bis 80 °C. Entgegen der Erwartungen konnten mit hohen Belastungen hohe Lebensdauern erreicht werden. Während der Lebensdaueruntersuchung konnten auf dem Prüfstand diverse Szenarien abgebildet werden. Die Zellen erwiesen sich als äußerst belastbar und langzeitstabil, wenn die aktive Temperierung über die Kühleinheit stattfindet. Im Alltagsbetrieb mit durchschnittlichen Anwender-Fahrszenarien sind weitaus höhere Lebensdauern zu erwarten, da der Nutzer in der Regel nicht durchgängig die Batteriesysteme unter Maximalbelastung betreibt.

Besonders beachtlich zeigten sich die Vergleichsmessungen der unterschiedlichen Modulbauformen. Die kreis- und trapezförmig angeordneten Modulbauformen konnten ca. 95% der Referenz-Leistung der klassischen rechteckförmigen Modulbauform mit gleichen Rahmenbedingungen und Temperaturen erreichen. In Zukunft sind hiermit ganz neue Batteriesystemformen denkbar. BMZ blickt in Richtung zukünftiger Partnerschaften und Entwicklungen für High-Performance-Anwendungen.

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