Energy Storage: Der oberschwäbische Batteriehersteller Knubix baut nun ein aktives Speichermanagement in seine Geräte ein. Fraunhofer-Ingenieure entwickelten das neue Modul. Es überwacht Spannung und Temperatur jeder Batteriezelle – ein gleichmäßiges Laden erhöht die Lebensdauer der Akkus.
Um den Eigenstromverbrauch von Ökostromsystemen zu erhöhen, stattet der Hersteller Knubix seine Solarspeicher mit einem intelligenten Batteriemanagement (BMS) aus. Das Flex-BMS vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen entwickelte Modul sorgt für eine gleichmäßige und schonende Nutzung der installierten Lithiumzellen. Hierzu ermittelt das BMS nicht nur die Restkapazität und die verfügbare Batteriekapazität, sondern kann die Energie zwischen den Zellen auch aktiv umladen. Durch den Ausgleich der Ladungsunterschiede wird die maximale Kapazität jeder einzelnen Zelle genutzt. Drei Jahre arbeiten die Fraunhofer Ingenieure an dem Batteriemanager, seit gut zwei Jahren zusammen mit der Firma Knubix.
Nach Aussagen der Beteiligten ist das präsentierte System, das erste Produkt am Markt mit einer aktiven Steuerung. Das intelligente Energiemanagementsystem sorgt zusammen mit den wartungsfreien Akkus für einen höheren Eigenstromverbrauch. Demnach ist auch bei Lastspitzen der gleichzeitige Betrieb durch Batterie und Netz möglich. Das Knubix-Modell lässt sich auch nachträglich in vorhandene Photovoltaikanlagen integrieren. „Hausbesitzer können bei durchschnittlich 250 Ladezyklen im Jahr mit einer zwanzigjährigen Lebensdauer rechnen“, sagt Knubix-Geschäftsführer Markus Michelberger. Rund 300 Systeme hat die Firma bisher verkauft. „In diesem Jahr sollen es 300 bis 500 Stück werden“, berichtet Michelberger gegenüber photovoltaik. Im nächsten Jahr rechnet er bereits mit bis zu 1.000 Exemplaren. „Das Markt wächst langsam, aber stetig – und das ist gut so“
Spannung jeder Zelle im Fokus
Um die Spannung zwischen 42 und 55 Volt bei Solarenergiespeichern für Eigenheime zu sichern, werden mehrere Batteriezellen miteinander verschaltet. Das BMS überwacht Spannung und Temperatur jeder Zelle. Bei hohen Entladeraten können die Ladezustände der einzelnen Batteriezellen aufgrund von Toleranzen zwischen den Zellen auseinander laufen. Die Entladung muss aber abgebrochen werden, wenn die schwächste Zelle ihre minimale Zellspannung erreicht hat. Folge: Die Energie in den stärker geladenen Zellen bleibt ungenutzt. Für BMS und einen sicheren Betrieb von Batteriezellen ist die genaue Information über die Restkapazität essenziell.
Das Fraunhofer-Modul ermittelt den Zustand der Batterie exakt, indem es mehrere Verfahren zur Restkapazitätsbestimmung kombiniert. Neben der herkömmlichen Spannungs-, Strom- und Temperaturmessung berücksichtigt die neue Lösung auch den Innenwiderstand der einzelnen Batteriezellen.
Wie funktioniert das gleichmäßige Beladen?
Herkömmliche Batteriemanager machen oft nur eine sogenannte „passive Symmetrierung“. Das heißt, sie entladen stärker geladene Zellen auf das Niveau der schwächeren – und wandeln diese Energie in Wärme um. Bei der aktiven Symmetrierung werden hingegen induktive Gleichspannungswandler zwischen den einzelnen Batteriezellen eingesetzt. Diese verkraften Umladeströme von beispielsweise fünf Ampere. Der Wirkungsgrad dieser Umladung zwischen den Zellen liegt bei mehr als 75 Prozent.
Das skalierbare Speichersystem wird ebenso in Mehrfamilienhäusern und Gewerbebetrieben eingesetzt. Der Speicher an sich erfüllt die komplette Sicherheitscheckliste der KIT-Forscher, da von Anfang an der strengere Standard für Automobilhersteller angelegt wurde. Die verbauten Lithiumakkus kommen von der chinesischen Firma Innopower. Bei der Fertigung der Speicher kann Michelberger künftig stärker auf Gas drücken: „Wir stellen die verlängerte Werkbank derzeit auf eine industrielle Produktion um.“ (Niels H. Petersen, Düsseldorf Energy Storage)
