„Denken außerhalb der Batterie“, um die Batterieleistung drastisch zu verbessern

In einer aktuellen Folge von CleanTech Talk habe ich Jeff Granato, Präsident, CEO und Mitbegründer von Iontra, und Daniel Konopka, Mitbegründer und Chief Science Officer von Iontra, interviewt, um in die Welt der Ladungskontrolloptimierung einzutauchen. Wir haben besprochen, wie Iontra bedeutende Ergebnisse liefert – man könnte sogar sagen dramatisch — Verbesserungen der Batterieleistung ohne Änderungen der Batteriezellenchemie oder Neugestaltung des Batteriepakets. Verwirrt? Hören Sie zu, um die ganze Geschichte zu erfahren.

„Wir bei Iontra liefern eine deutlich bessere Leistung und Sicherheit mit den vorhandenen Batterien, die heute im Umlauf sind“, fasst Granato zusammen. „Und was wir wirklich bieten, ist die Gewissheit, dass wir die Anode nicht unter allen Bedingungen plattieren, in denen sich die Batterie befinden könnte.“ Er fügt hinzu, dass ihre Technologie auch „neue Wege zur Verbesserung der Reichweite und anderer praktischer Aspekte der Batterienutzung sowie länger lebender Batterien schafft, um den Druck von Second-Life-Anwendungen und der Nutzung von Mineralien etwas zu verringern.“

„Wenn wir mit Kunden zusammenarbeiten, sagen wir ihnen, dass wir eine Leistungsverbesserung um das Zweifache haben“, sagt Konopka, „aber wenn man sich alle unsere Validierungen durch Dritte ansieht, sind die Zahlen weitaus höher – also um das Drei- bis Fünf- bis Sechsfache Verbesserung.” Natürlich hängt die Verbesserung von der Anwendung ab, und das Labor ist nicht immer dasselbe wie die reale Welt. Granato fügt jedoch hinzu: „Was wir bei den Kunden feststellen, ist, dass wir – wie Daniel erwähnte – im Allgemeinen etwas tun können.“ zweifache Ladegeschwindigkeitund wir können es tun viel größere Verbesserung der Lebensdauer beim Radfahren wenn Sie Einschränkungen bei der Stromverfügbarkeit haben und wir mehr als demonstriert haben 4-fache Lebenszyklusverbesserung.“ Sogar das Iontra-Team ist manchmal überwältigt von den Verbesserungen. „Unser Team im Labor – wir treffen uns ein paar Mal in der Woche, um den gesamten Radsport zu besprechen – und oft kommen sie zu den Besprechungen und sagen: ‚Das läuft noch!‘ Und so begeistern sie sich sogar selbst.“

Und das unterstreicht, was ausmacht Iontra interessant. Die Branche ist seit langem an unterschiedliche Kompromisse zwischen längerer Batterielebensdauer und schnellerer Ladeleistung gewöhnt. Iontra bietet seinen Kunden mit einem sogenannten Leistungsbudget die Möglichkeit, beides kalkuliert zu haben. Nachdem die Batterien in ihren Labors zyklisch getestet wurden, Iontra bestimmt das wahre Potenzial einer Batteriezelle oder eines Akkupacks und die endgültige Leistung der Batterie basiert dann auf den individuellen Anforderungen des Kunden. Es ist ein Balanceakt aus schnellerem Laden, längerer Lebensdauer, Kapazitätsauslastung und Laden bei kaltem Wetter (Iontra hat seine Technologie für einen Hersteller von Elektrowerkzeugen bei Temperaturen bis zu -20 °C getestet und dabei die allgemeine Sicherheit des Akkus gewahrt. Ein Kunde kann sich dafür entscheiden, sein Leistungsbudget zu nutzen, um das Laden bei kaltem Wetter und schnelleres Laden voranzutreiben und gleichzeitig die Lebensdauer und Kapazitätsauslastung beizubehalten. Es ist der Anruf des Kunden und von dort aus Iontra Algorithmus oder „Rezept“ wird entwickelt.

Da Iontra jedoch nichts mit der Batteriechemie oder dem Packmanagement zu tun hat, muss ich zugeben, dass ich zunächst etwas verwirrt war – Wie trägt Iontra dazu bei, die Batterieleistung drastisch zu verbessern, ohne die Batteriechemie oder das Batteriedesign zu ändern? Was das Unternehmen zur Verbesserung dieser Dinge in die Hand nimmt, ist der Laderegler – und der kann einen großen Unterschied machen!

Mit Software und ein paar Hardware-Modifikationen werden Batterieladung und -verwaltung intelligenter gehandhabt. Es verbessert die Akkuleistung weitgehend durch einen Algorithmus, der beim Laden des Akkupacks eingesetzt wird. „Konkret liefern wir einen Ladekontrollalgorithmus, auf den Daniel detaillierter eingehen wird und dessen Ansatz wirklich neu ist“, sagt Granato, „und die Art und Weise, wie wir es Unternehmen ermöglichen, diesen neuen Ansatz zu übernehmen.“ soll es ihnen ermöglichen, den Ladekontrollchip, den sie heute verwenden, einfach durch einen Iontra-Ladekontrollchip zu ersetzen, der in den nächsten Jahren verfügbar sein wird.“ In der Zwischenzeit besteht der Ansatz darin, „heute handelsübliche Ladesteuerungs-MCUs mit unseren eingebetteten C-Bibliotheken zu verwenden, um die dramatischen Leistungsverbesserungen zu erzielen, die wir mit dem Algorithmus erzielen können.“

Konopka geht noch einmal einen Schritt zurück, um es auf andere Weise zu erklären und uns dabei zu helfen, zu verstehen, was vor sich geht, und geht dann auch noch detaillierter darauf ein. „Von weitem würde man uns als Batterieladegerät oder Pack-Ladegerät bezeichnen, aber technisch gesehen sind wir eine Technologie, die darauf basiert Elektrochemie sowie ElektrodynamikDabei werden diese Prinzipien genutzt, um den Akku und das Paket auch unter sehr anspruchsvollen oder stressigen Bedingungen zu stabilisieren. Und das ermöglicht es uns, mit grundlegend stabilisierten Komponenten innerhalb einer Batterie die Leistung dieser Batterie in eine bestimmte Richtung zu steigern. Diese Richtung wird von der Anwendung und dem Kunden abhängen, der mit unserer Technologie arbeitet, aber oft wird das so sein Dadurch kann der Akku sehr schnell aufgeladen werden, ohne dass es zu einer Verschlechterung und zu Sicherheitsbedenken kommt, die normalerweise auftreten, wenn Sie eine andere Methode zur Steuerung des Akkus verwenden.

„Alternativ und sehr wichtig für Langlebigkeit und Nachhaltigkeit ist es tatsächlich Erhöhung der Zyklenlebensdauer der Batterieund sicherzustellen, dass das Gerät, das bereits aus Materialien zusammengesetzt wurde, die bereits abgebaut und bereits im Umlauf waren, die Möglichkeit hat, seine Funktion so lange wie möglich zu erfüllen.“

Das erfasst lediglich die ersten 5½ Minuten des Gesprächs. Ich habe genauer nach Dendritenwachstum, Batterieverschlechterung, Brandgefahr und Sicherheit gefragt, und da hat Daniel Konopka wirklich einige wesentliche Unterschiede zwischen der Art und Weise herausgefunden, wie es bei der Bewältigung dieser Herausforderungen hilft, im Vergleich zu herkömmlichen Ansätzen für diese Herausforderungen. „Grundsätzlich ist das wirklich die Frage, weil es am meisten mit der Sicherheit zu tun hat. Wenn bei einer Batterie tatsächlich eine Sicherheitsstörung auftritt, die ein großes thermisches Ereignis verursacht, liegt das daran, dass sich ein Dendrit gebildet hat, und Lithium-Ionen-Batterien bieten uns unser Best-Case-Szenario, unser stabilstes System, um dies zu verhindern – im Gegensatz zum nächsten – Erzeugungstechnologien wie Lithium-Metall-basierte Anoden und Lithium-Metall-Batterien. Aber a Wahrheit Der Markt, über den wir manchmal sprechen, ist, dass der Markt, egal über welche Technologie wir diskutieren, sobald sie eingeführt ist, egal wie viel besser sie tatsächlich ist, sie bis zum Maximum ausreizen wird. Sie werden es umgestalten. Und deshalb ist es besonders im Batteriebereich so wichtig, dass neue Technologien mit Schwerpunkt auf Sicherheit eingeführt werden – denn diese Art von Missbrauch, der schnell zur Normalität wird, wird, wie Sie wissen, weit verbreitet sein, und das ist einfach eine Tatsache Markt und Wettbewerb.

„Wenn ich also bei Iontra sage, dass wir die Batterie stabilisieren, hätten wir es von vornherein sagen sollen, aber Sicherheit ist eigentlich selbstverständlich. […] Beim Schnellladen wird das Dendritenwachstum wirklich beschleunigt, und viele Materialfortschritte – Modifikationen des Elektrolyten oder der Barrieren zwischen Anode und Kathode – sollen das Dendritenwachstum erschweren und die Batterie kurzzuschließen und diese thermischen Ereignisse zu verursachen. Aber eine Herausforderung bei einer elektrochemischen Lösung im Allgemeinen besteht darin, dass man am Ende Abhilfe schafft schränken grundsätzlich die Leistung ein. Viele chemische Lösungen verhindern tatsächlich das Dendritenwachstum, indem sie die Leistung einschränken. Mechanische Barrieren können sehr effektiv sein, sie erhöhen jedoch den Widerstand durch die Zelle und verlangsamen daher die Lade- und Entladeraten, die die Zelle tatsächlich unterstützen kann. Oft stehen Lösungen daher im Widerspruch zu bestimmten Aspekten der erforderlichen Leistung des Geräts. Und hier beginnen wir mit der Einführung der Idee der Elektrodynamik.“ Hier bringt Iontra seine Software und Elektrodynamik ins Spiel, um Degradation zu verhindern, Dendritenwachstum zu verhindern, thermisches Durchgehen zu verhindern und die Sicherheit zu verbessern, ohne die Leistung einzuschränken.

Während das Thema hier die Verbesserung der Batterie ist draußen Bei der Batterie gibt es tatsächlich Zeiten, in denen Iontras Technologie es ist innen der Akku und manchmal auch, wenn dies nicht der Fall ist. Unterschiedliche Anwendungen erfordern unterschiedliche Lösungen. Jeff Granato erklärt: „Wir haben mit vielen Marken der Unterhaltungselektronik und Mobilfunk-OEMs zusammengearbeitet. Wir haben einige frühe EV-Arbeiten durchgeführt, um Hinweise darauf zu erhalten, dass wir in der Lage sein werden, eine ähnliche Leistung zu liefern, aber was die Integration der Technologie in die Produkte angeht, nimmt sie in verschiedenen Umgebungen wirklich unterschiedliche Formen an. Einer unserer Hauptkunden ist beispielsweise ein führender Erstausrüster von Elektrowerkzeugen. Da er über einen abnehmbaren Akku verfügt, wird dieser in das Ladegerät integriert, an das der Akku angeschlossen wird. Bei einem Smartphone landet es letztendlich im Akkupack selbst. Wir arbeiten mit dem weltweit größten Batterielieferanten für diesen Markt zusammen und sie integrieren den Laderegler direkt in den im Smartphone integrierten Akku. Und in einem Elektrofahrzeug würde die Integration so erfolgen, dass man es in das Bordladegerät einbaut und dann auch Komponenten auf dem Akku hat, damit die Kommunikationslatenz gut funktioniert und wir die Möglichkeit haben, den Akku zu steuern mit diesen beiden Integrationspunkten.“

Dann wird Daniel noch technischer, wenn man sich wirklich mit den Grundlagen befassen möchte – oder besser gesagt mit den Dreiecken und der Elektrodynamik. Für noch mehr Details und Hintergründe hören Sie sich die ganze Folge an!

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