Elektrische Energie effizient nutzen Energiespeicher zuverlässig und präzise prüfen

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1 Elektrische Energie effizient nutzen Energiespeicher zuverlässig und präzise prüfen Efficiency

2 Elektrische Energie effizient nutzen Efficiency Herausforderungen auf dem Markt Energiespeichern kommt in der Industrie- und Automobilbranche sowie im Bereich der alternativen Energien eine immer bedeutendere Rolle zu. Moderne Batteriesysteme für mobile, industrielle und stationäre Anwendungen müssen den hohen Qualitätsansprüchen und den Marktanforderungen gerecht werden. So besteht ein hoher Druck, zahlreiche Innovationen mit umfangreichen Funktionalitäten möglichst schnell zu realisieren. Leistungs- und Energiedichte, Sicherheit, Lebensdauer und nicht zuletzt die Kosten müssen optimiert werden, um am Markt bestehen zu können. Für die erfolgreiche Entwicklung und Herstellung von elektrochemischen Energiespeichern müssen daher umfangreiche Tests in der Forschung, der Herstellung und in der Qualitätssicherung durchgeführt werden. Da ein bewusster Umgang mit den Energieressourcen immer weiter in den Vordergrund rückt, spielt der effiziente Umgang mit Energie ebenfalls eine wichtige Rolle. Die Scienlab Lösung So verschieden die Prüfanforderungen von Batterieentwicklern und -herstellern sind, so flexibel und individuell reagiert Scienlab auch auf ihre Bedürfnisse. Durch den modularen Aufbau der Testsysteme lassen sich die unterschiedlichsten Lösungen realisieren: von kundenspezifischen Einzelplatzlösungen über integrierte Prüfsysteme bis hin zu schlüsselfertigen Prüflaboren. Dabei ist es für Scienlab selbstverständlich, die spezifischen Anforderungen an den Prüfling und seine Umgebung in den Testablauf zu integrieren. Hierzu zählen zum Beispiel das Batterie- Management-System oder auch die Umweltsimulation. Die präzise Messtechnik, eine äußerst zuverlässige Leistungselektronik für exakte Messergebnisse sowie die Rückspeisefähigkeit für einen höchst energie- und kosteneffizienten Betrieb zeichnen Scienlab Testsysteme aus. Die hochmoderne Scienlab Software EnergyStorageDiscover ermöglicht eine effektive Steuerung des Prüfstands. Mit ihr können Tests schnell und komfortabel durchgeführt werden. Damit kann der Anwender beste Qualität der Testergebnisse bei der Charakterisierung von Energiespeichern und der Verifizierung der Prüflingseigenschaften erzielen. Fazit: Scienlab bietet eine durchdachte Komplettlösung aus einer Hand von der Planung über die Organisation bis hin zur Realisierung des Prüfstands, begleitet und unterstützt vom professionellen Service und Support. Scienlab Kunden können somit die Entwicklungszeit ihrer Produkte reduzieren sowie eine schnellere Marktreife realisieren. 2

3 Energiespeicher mit Scienlab Testsystemen zuverlässig und präzise prüfen Anwendungsbereiche Charakterisierung, Verifizierung und Validierung von Energiespeichersystemen in Forschung & Entwicklung Produktion Qualitätssicherung Prüflinge Alle Energiespeichersysteme für mobile, industrielle und stationäre Anwendungen Von Zelle über Modul bis zum Batteriepack inklusive Batterie-Management-System Testszenarien Kundenspezifische, standardisierte und normkonforme Tests (z. B. ISO, DIN EN, SAE) Performance-, Funktions-, Alterungs- und Umwelttests Scienlab Testsysteme Spannungsklassen: 6 V, 20 V, 60 V, 80 V, 600 V, 850 V Strombereich: ±5 A, ±50 A, ±100 A, ±300 A, ±600 A, ±1200 A Leistungsbereich: bis zu 360 kw Parallelschaltung von bis zu 6 Kanälen Rückspeisefähigkeit Alle Testsysteme sind mit hohem Wirkungsgrad rückspeisefähig Höchst effizienter, kostengünstiger und umweltschonender Betrieb. Systemdesign Kompakte und robuste Hardware für einen komfortablen und langlebigen Betrieb Hohe Wartungs- und Servicefreundlichkeit Systemkonfiguration Modulares Konzept für maximale Flexibilität und Individualität bei der Zusammenstellung der Testumgebung Schnelle und kostensparende Anpassung an zukünftige Testanforderungen Prüflings-Testumgebung Steuer- und Testsoftware Sicherheit Messen und Steuern Service & Support Die Testumgebung des Prüflings kann je nach Anforderung unterschiedliche Komponenten beinhalten: Temperatur- und Klimakammern Prüflingskonditionierung Standardisierte Kontaktiersysteme für eine bedienerfreundliche und schnelle Anbindung des Prüflings Einbindung kundenseitiger Ladegeräte Die von Scienlab entwickelte Software EnergyStorageDiscover (ESD) ist die ausgereifteste Software für Batterietests auf dem Markt: Zentrale und komfortable Steuerung und Überwachung aller Komponenten der Testumgebung Vordefinierte Standardtests sowie individuelle Testabläufe programmierbar (inkl. Impedanzmessung) Datenerfassung mit gemeinsamem Zeitstempel für eine zeitsynchrone Messdatenanalyse im Millisekunden-Raster Unmittelbare und flexible Bestimmung charakteristischer Kenndaten bereits während des Testablaufs Leistungsstarke Visualisierung umfangreicher Messdatenmengen mit Exportfunktion in alle gängigen Dateiformate Die Sicherheit der Kunden, des Prüfstands und des Prüflings sind essenziell: Erarbeitung und Realisierung umfassender Sicherheitskonzepte Überwachung des Prüfstands mit Hilfe des unabhängig agierenden Scienlab Test Bench Guards und dessen Visualisierung in der Software ESD Präventive Maßnahmen zur Risikovermeidung: Aktive Sicherheitseinrichtungen zur Vermeidung von gefähr lichen Situationen durch redundante Überwachung der Prüflingsgrenzen Direktmaßnahmen zur Schadensbegrenzung: Passive Sicherheitseinrichtungen, um im Falle eines Unfalls den Schaden lokal zu mindern Vollständig eingebundene Kommunikationsschnittstelle zum Prüfling (Scienlab CommInterface): Kommunikation mit dem BMS (CAN, XCP, FlexRay) Klemmensteuerung für die BMS-Niederspannungsversorgung Analoge Messdatenerfassung Die Zufriedenheit des Kunden wird bei Scienlab groß geschrieben. Dafür steht das professionelle Team aus dem Service & Support Center dem Kunden zur Verfügung und unterstützt in allen Bereichen rund um die Systeme, auch direkt beim Kunden vor Ort: Inbetriebnahme Hochlaufunterstützung Wartung Kalibrierung Schulung 3

4 Mit Scienlab Systemen den Entstehungsprozess eines Energiespeichers begleiten Von der Zellformierung bis zur Absicherung von Batteriesystemen Charakterisierung, Verifizierung und Validierung von Energiespeichern inkl. BMS Volt Kundenprodukt Batteriepack BMS Scienlab Testlösung 5. Testumgebung für Batteriepacks 3. Testumgebung für Batterie-Management-Systeme Batteriemodul BMS Batteriezelle 4. Testumgebung für Batteriemodule 3. Testumgebung für Batterie-Management-Systeme 2. Testumgebung für Batteriezellen Unformierte Batteriezelle 1. Zellformierungssysteme 1. Zellformierungssysteme Um einer Energiespeicherzelle (z. B. Lithium-Ionen-Zelle) nach der mechanischen Fertigung ihre Eigenschaft als Akkumulator anzueignen und die maximale elektrische Kapazität zu erreichen, muss die Zelle durch wiederholtes und kontrolliertes Auf- und Entladen formiert werden. Für diesen Prozess wurden von Scienlab verschiedene Form ierungssysteme entwickelt. Sie können problemlos in eine übergeordnete Steuerung integriert werden. Von einem zentralen Punkt aus kann somit jede Zelle einzeln parametriert, angesteuert und überwacht werden. Mit einer sehr hohen Messgenauigkeit erfasst das System u. a. wichtige Parameter wie Spannung, Strom, Zeit, Kapazität, Energie und Temperatur. Optional können mehrere Kanäle für höhere Leistungen und Ströme parallel geschaltet werden. Der kompakte und modulare Aufbau der Formierungssysteme erlaubt es, viele Kanäle auf kleinstem Raum zu betreiben und mit flexiblen Systemkonfigurationen unterschiedliche Kundenanforderungen zu erfüllen. Batteriezellen können somit sowohl selektiv in kleiner Stückzahl innerhalb der Forschung und Entwicklung formiert werden, als auch vollkommen automatisiert in der Großserienproduktion. Insbesondere bei Anwendungen mit einer hohen Anzahl von Formierungskanälen ergeben sich dank der aktiven Anbindung an das Versorgungsnetz und der daraus folgenden Rückspeisefähigkeit der Systeme deutlich re duzierte Energiekosten. 2. Testumgebung für Batteriezellen Die Zelle ist die Basis jedes Energiespeichers und hat direkten Einfluss auf die Qualität von Batteriemodulen und -packs. 4

5 Deshalb ist es essenziell, die Zelle bereits in einem frühen Entwicklungsstadium umfangreich zu charakterisieren und ihre Funktionen zu entwickeln. Hierfür bietet Scienlab zuverlässige Testsysteme für präzise und reproduzierbare Messergebnisse, um die Eigenschaften zukünftiger Systeme bewerten und Batteriemodelle entwickeln zu können. Das Zell-Testsystem kann je nach Bedarf aus mehreren Kanälen bestehen, die jeweils über eine integrierte Impedanzspektroskopie verfügen. Die Testumgebung ist modular und kann jederzeit an sich ändernde Anforderungen angepasst und optional durch eine Temperatur- oder Klimakammer erweitert werden. Ergonomische Kontaktiersysteme für unterschiedliche Zelltypen ermöglichen eine elektrische und thermische Verbindung. Mit der Scienlab Testsoftware ESD lässt sich die gesamte Testumgebung komfortabel steuern und überwachen. Umfangreiche normkonforme und individuelle Tests können durchgeführt werden. Insbesondere die für die Zellcharakterisierung relevanten Parameter wie der Innenwiderstand, die Effizienz, die Kapazität sowie das Temperaturverhalten können analysiert werden. Hierzu werden z. B. Belastungs- und Dauerlauftests durchgeführt. Da auch die Zell-Testsysteme von Scienlab rückspeisefähig sind, ist ein energieeffizienter Betrieb möglich, was insbesondere bei Dauerlauftest mit vielen Kanälen deutliche Kostenersparnisse ermöglicht. 3. Testumgebung für Batterie- Management-Systeme Die Einführung neuer Speichertechnologien und das Zusammenschalten mehrerer Energiespeicherzellen zu Modulen oder Packs erfordert ein intelligentes Batterie-Management-System. Es übernimmt wichtige Sicherheits-, Kontroll- und Steuerungsfunktionen. So überwacht es verschiedene Parameter wie z. B. Spannung, Strom, Temperatur oder Ladezustand (SOC) und ist für das thermische Management, das Energiemanagement, das Cell-Balancing und die Performance verantwortlich. Die Umsetzung dieser Funktionalität ist die Herausforderung bei der BMS-Entwicklung und -Validierung. Für das reproduzierbare Testen und Optimieren des BMS liefert Scienlab eine Hardware-in-the-Loop (HiL) Testumgebung: Statt der Zellen werden Scienlab Zell-Emulatoren angeschlossen und dadurch verschiedene Zelltypen über unterschiedliche Zellmodelle nachgebildet. Die Emulatoren bilden jeweils Spannungen von 0 V bis 5 V, die Zelltemperatur sowie den Batterie-Stromsensor höchst präzise nach und sind für Balancing-Ströme bis ±10 A ausgelegt. Zudem ist eine Emulation von individuell definierten Fehlern wie z. B. Leitungsbruch oder Kurzschluss möglich. Die Lösung erlaubt zudem die Nachbildung unterschiedlicher Ladeszenarien. Die Steuerung erfolgt über die intuitiv bedienbare Benutzeroberfläche der Automatisierung. Erleben Sie die Qualität der Scienlab Testsysteme am eigenen Prüfling. Die Scienlab Referenzsysteme am Standort Bochum bieten Ihnen die Gelegenheit, sich von den Produkten und ihren umfangreichen Mög lichkeiten zu überzeugen. Kontaktieren Sie uns zur Terminvereinbarung unter sales@scienlab.de. Kontaktierung einer Zelle innerhalb einer Klimakammer 5

6 Prüfstandsteuerung mit Kommunikationsschnittstelle zum Prüfling (Scienlab CommInterface) 4. Testumgebung für Batteriemodule Mit dem Zusammenschalten von Batteriezellen zu Modulen ergeben sich weitere Anforderungen an das zugehörige Test - equipment. So werden vor allem höhere Spannungen und eine gesteigerte elektrische Leistung benötigt. Zur Untersuchung der wechselseitigen elektrischen und thermischen Beeinflussung der Zellen ist es erforderlich, mehrere Temperaturen und Einzelzellspannungen zu erfassen. Mechanische Verbindungen sowie die Leistungsfähigkeit des Moduls müssen überprüft werden. Gegebenenfalls ist eine Kommunikation mit einer Steuerelek - t ronik, dem BMS (Über wachung, Load-Balanc ing), notwendig. Für diese komplexen Aufgabenstellungen bietet Scienlab die gesamte Testumgebung mit rückspeisefähigen Modul-Testsystemen, Klimakammern, Kontaktiersystemen und der Scienlab Test- und Steuersoftware ESD. Die Prüfumgebung erlaubt dem Anwender umfangreiche Untersuchungen des Batteriemoduls im Zusammenspiel mit dem BMS mit verlässlichen Messresultaten. So kann z. B. ermittelt werden, wie stark sich das Modul erwärmt, inwiefern das BMS das Leistungsvermö - gen der Module einschränkt und wie exakt und plausibel das BMS funktioniert. Genaue Untersuchungen dieser Funktionen sind in diesem Entwicklungsschritt der Batterie entscheidend, um die Performance zu steigern und so für den nächsten Schritt die Entwicklung des Batteriepacks eine solide Basis zu haben. 5. Testumgebung für Batteriepacks Ein Energiespeicherpack stellt zusammen mit dem BMS inklusive Kühlsystem und Elektrik ein komplexes System mit hohen Spannungen und Strömen dar. Aufgrund der Einsatzbereiche von Batteriepacks, z. B. in Elektrofahrzeugen, sind erhebliche Sicherheitsanforderungen in allen Betriebszuständen zu berücksichtigen. Um das Pack abzusichern, die Reichweite, Lebensdauer, Performance und die Funktionen zu optimieren, ist es deshalb von enormer Bedeutung, umfangreiche Tests durchzuführen. Hierfür bietet Scienlab komplette Testumgebungen aus einer Hand, inklusive rückspeisefähigen Pack-Testsystemen, Kühlund Temperiersystemen, Prüflingskonditionierung, Kontaktiersystemen sowie einem umfassenden Sicherheitskonzept. Mit der vollständig eingebundenen Kommunikationsschnittstelle zum Prüfling, dem Scienlab CommInterface, können zudem alle relevanten Signale und Messdaten mit größter Genauigkeit zeit - synchron erfasst werden. Mit der Scienlab Software ESD werden diese eindrucksvoll visualisiert. Sie ermöglicht darüber hinaus eine zentrale und bedienerfreundliche Steuerung und Überwachung der gesamten Testumgebung. Mit der Scienlab Lösung können typische Untersuchungen des Packs als Gesamtsystem durchgeführt werden. Dazu zählen z. B. die Validierung der Funktionen das Zusammenspiel aller beteiligten Komponenten sowie deren Beeinflussung untereinander die Analyse des thermischen Managements die interne Kommunikation aller elektrischen und mech a- nischen Komponenten die externe Kommunikation die Funktion des Kühlsystems das thermische und elektrische Verhalten des Batteriepacks. Hierfür können verschiedene Testszenarien umgesetzt werden wie z. B. dynamische, elektrische und klimatische Belastungstests, Fahrzyklentests, Normprüfungen, Dauerlauferprobung oder kalendarische und zyklische Alterungstests. 6

7 Was Scienlab auszeichnet Um die Energiespeicher von morgen heute zu testen, bietet Scienlab individuelle Testumgebungen. Zahlreiche Konzerne, mittelständische Unternehmen und Forschungseinrichtungen weltweit vertrauen dem Know-how von Scienlab, um ihre Produkte zu entwickeln und zu überprüfen. Prüfsysteme für Energiespeicher und darüber hinaus Die Mitarbeiter bei Scienlab haben bei der Realisierung von Batterie-Testsystemen mehr als nur die Entwicklung von Energiespeichern im Blick. Im Scienlab Labor werden Testsysteme für unterschiedliche industrielle Produkte sowie für die Automotive-Komponenten des elektrifizierten Antriebsstrangs erstellt. Es ist der Anspruch von Scienlab, die hohen Qualitäts anforderungen unserer Kunden zu übertreffen. Neben den schlüsselfertigen Testumgebungen für Energiespeicher entwickelt Scienlab unter anderem Prüfsysteme für Brennstoffzellenstapel und -systeme Ladegeräte und Ladeinfrastruktur Wechselrichter sowie DC/DC-Wandler den Zusammenschluss mehrerer Komponenten. Im Common Rail Bereich bietet Scienlab Testlösungen für den gesamten Entwicklungs- und Produktionsprozess von Aktoren und Injektoren. Scienlab ist Problemlöser für die Kunden Als Entwicklungspartner und Engineering-Dienstleister realisiert Scienlab darüber hinaus kundenspezifische Lösungen. Dazu gehören beispielsweise analoge und digitale Mess- und Schaltungstechnik sowie Steuergeräte in Kleinserie für unterschied liche Einsätze im Automobil und in der Industrie. Scienlab steckt voller Ideen, Alles aus einer Hand von der Idee bis zur Inbetriebnahme vor Ort und legt Wert auf langfristige Geschäftsbeziehungen mit unseren Kunden und Partnern. Gemeinsam ermöglichen wir Erfolge und technologische Fortschritte, die sich in innovativen Produkten niederschlagen. Garant für die Umsetzung individueller Ingenieurs-Dienstleis tungen auf höchstem Niveau sind die Mitarbeiter aus dem Hause Scienlab: Am Standort Bochum werden alle Produkte entwickelt und produziert von der Hardware-Produktion über die Software-Entwicklung bis zur Abnahme. Weitere Standorte befinden sich in München und China (Shenyang). Das Verständnis der Anwenderbedürfnisse ist bei Scienlab tief verankert, wird im ständigen Dialog mit den Kunden weiterentwickelt und ist die Basis für Produkte, mit denen unsere Kunden ihre Aufgaben absolut effizient, zielgerichtet und verlässlich durchführen können. So entstehen High-End-Lösungen, die unseren Kunden den entscheidenden Wettbewerbsvorteil verschaffen. und ermöglicht es, innovative Technologien schneller zur Marktreife zu bringen. die vom Team Scienlab in neue Produkte übersetzt werden Premiumlösungen, mit denen unsere Kunden immer einen Schritt voraus sind. Scienlab arbeitet partnerschaftlich Texte, Fotos und grafische Gestaltungen in diesen Unterlagen sind urheberrechtlich geschützt. Nutzung, Verbreitung oder Vervielfältigung nur nach Abstimmung mit Scienlab electronic systems GmbH. 7

8 A-BT-2D-314 Scienlab electronic systems GmbH Lise-Meitner-Allee Bochum Germany phone fax web mail info@scienlab.de