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Modular skalierbare EnergyTubes könnten Blei-Batterien ersetzen

Größere Batterien auf Lithium-Basis weisen immer noch viele Schwachstellen auf: Thermische Probleme, hohe Ausfallwahrscheinlichkeit bei Zelldefekten, Gefahrenpotential bei großen Zellanordnungen und fehlende Standards beim Packdesign, bei Steckverbindern und bei Kommunikationsprotokollen verhindern den Umstieg von Bleibatteriesystemen auf Lithium. Diesem Problem hat sich Johannes Dörndorfer, Geschäftsführer und Entwicklungsleiter der ROPA engineering GmbH, angenommen und die EnergyTube, ein modulares Zellkonzept, das sich flexibel skalieren und anpassen lässt, entwickelt.

Als kleine Tuben mit ungefährlichen 100Wh kann die EnergyTube durch simples Plug & Play beliebig große Batteriesysteme entstehen lassen, die sich als Schwarm intelligent vernetzen und selbständig regeln. (Grafik: ROPA engineering GmbH)

Als kleine Tuben mit ungefährlichen 100Wh kann die EnergyTube durch simples Plug & Play beliebig große Batteriesysteme entstehen lassen, die sich als Schwarm intelligent vernetzen und selbständig regeln. (Grafik: ROPA engineering GmbH)

Standardverpackung für unterschiedlichste Batterieanwendungen

Die EnergyTube greift dabei das bewährte 12 Zellen / 100 Wh-Prinzip auf und ergänzt dieses um innovative Funktionalitäten. Aufbauend auf den erprobten 18650-Zellen, werden diese in einem Ring angeordnet, um Steckverbinder ergänzt und von einer schützenden Außenhaut umgeben. Ziel war es, eine Standardverpackung für Lithium-Akkus zu schaffen und eine Größe zu finden, die in vielen Anwendungen verwendet werden kann.

Die eigentliche Revolution bieten die integrierte Sensorik, die Elektronik und die Software. Durch diese intelligente Kombination überwacht sich die EnergyTube selbst, stellt eine Kommunikation mit Schwarmintelligenz bereit und ermöglicht den organischen, selbstständigen Aufbau eines Stromnetzes.

EnergyTubes kommunizieren untereinander im organischen Netz

Eine einzelne EnergyTube kommuniziert hauptsächlich mit der vorigen/nächsten EnergyTube. Dadurch reduziert sich die Netzkommunikation enorm und die Information fließt direkt durch das organische Netz zum Verbraucher. Das Netz benötigt also keinen Controller oder Master, da jede EnergyTube über eine "Eigenintelligenz" zur Selbstüberwachung verfügt und sich das Netz selbst organisieren und Änderungen an den Verbraucher kommunizieren kann.

Die wichtigsten Daten von EnergyTube zusammengefasst:

  • 48V Nennspannung (Maximalspannung <60V)
  • 100Wh
  • 70mm Durchmesser
  • 180mm Länge
  • 800g Gewicht
  • 200W Dauer- / 2400W Peak-Leistung (abhängig von den verwendeten Zellen)

Dosenform der EnergyTube ermöglicht optimale Volumennutzung

Das Design und die Außenform der Batterie sind von Optik und Haptik an bekannte Haushaltsbatterien angelehnt. Die Dimensionen und das Gewicht sind gut greifbar. Die Dosenform ermöglicht eine optimale Volumennutzung beim Aneinanderreihen und Stapeln sowie Nutzung in Automaten und einfachen automatischen Transport.

Im Inneren findet sich ein serviceoptimierter Aufbau wieder. Der Zellenpack, Steckverbinder, Elektronik und Gehäuserohr lassen sich problemlos zerlegen und austauschen. Durch den Tausch des Gehäuserohres, kann das Design optisch an die Anwendung angepasst werden. Der zylindrische Aufbau vereint die Vorteile, widerstandsfähig gegen Vibrationen und Stürze zu sein und macht ein externes Sicherheitssystem überflüssig. Beim inneren Aufbau der EnergyTube wurde möglichst auf alle stromführenden Kabel verzichtet, um Kurzschlussgefahr zu reduzieren.

Ringförmige Zellanordnung sorgt für homogene Temperaturverteilung

Die Zellen vom Typ 18650 sind innerhalb der EnergyTube ringförmig angeordnet. Vorteil der ringförmigen Anordnung ist eine homogene Temperaturverteilung, weil die Außenfläche an allen 12 Zellen gleich ist. Der revolverartige Isolator, in welchem die Zellen stecken, sorgt für eine robuste, gut isolierte, vibrationssichere Verpackung der Zellen und ist massenfertigbar. Unabhängig von Zellchemien, kann EnergyTube anwendungsspezifisch mit 18650-Zellen bestückt werden.

Die Verschmelzung von Steckverbinder, Elektronik und Gehäuseelementen sorgt für ein integriertes Design: Das Magnetstecksystem an beiden Enden der EnergyTube besitzt 3 Pole, jeweils einen Pol für Batterie +, Batterie –, und 12V-Hilfsspannung. Die Stromkontakte sind hinsichtlich Anordnung und Anzahl so dimensioniert, um einer 60A Dauerbelastung standzuhalten. Zum Lösen der Magnetstecker reicht eine leichte Knickbewegung aus.

Drahtlose Datenübertragung und modulare Skalierbarkeit

Der Stecker ist für eine kontaktlose Datenübertragung via NFC ausgelegt. Durch dieses Konzept der drahtlosen Datenübertragung zwischen den Batterien wird die Übertragung von Messdaten, das Element beschreibende Eigenschaften, Steuer- und Regelwerten sowie Identifikations- und Kommunikationsdaten sichergestellt.

Aufgrund der modularen Skalierbarkeit von EnergyTube ist es ganz egal, ob kleine oder große Anwendungen versorgt werden sollen. Die Systemfähigkeit von EnergyTube ermöglicht es ganz einfach über einen Steckverbinder mehrere EnergyTubes zu verbinden und beliebig große Netze zu bauen. EnergyTube bietet auf kleinem Bauraum eine hohe Leistung und ist völlig unabhängig von Spannung.

Energytubes könnten hohen Bleibatterieanteil reduzieren

Der Aufbau von EnergyTube ist für die Großserienfertigung angelegt und kann völlig automatisiert erfolgen. Die Kapazitätsgrenze einer einzelnen EnergyTube wurde so gewählt, dass sie außerhalb der Gefahrguteinstufung liegt. Dies ermöglicht den Einsatz im beliebigen Verbund, ohne dabei die Gefahrguteinstufung zu verletzen. Durch die integrierte Selbstdiagnosefunktion und den Einsatz von Standardzellen besitzen EnergyTubes zudem eine gute Servicefähigkeit.

Die Energytube eignet sich u.a. für die Anwendung in Freizeitfahrzeugen, stationären Speichern und mobilen Maschinen. Durch den bisher verbreiteten Einsatz von Bleiakkus in diesen Bereichen (>90%) sind diese für den Ersatz durch Energytubes besonders interessant, weil die EG-Richtlinie 2000/53/EG vorsieht, Schwermetalle wie Blei in Fahrzeugen zu ersetzen, sobald eine Alternative existiert. Weiterhin ist das Produkt für die Automobilindustrie (Starter- und Traktionsbatterien) interessant und auch Hersteller von Powertools etc. sind prädestinierte Abnehmer für das Produkt.

Weitere Anwendungsfelder für die EnergyTube gesucht

ROPA engineering GmbH aus Schwäbisch Gmünd ist Teil der ROPA Holding und beschäftigt sich mit der Entwicklung von Batterien und Batterie-Antriebssystemen. Johannes Dörndorfer als einer der Geschäftsführer und Entwicklungsleiter ist seit 1992 tätig im Bereich Elektrischer Mobilität. Als Mitbegründer von ExtraEnergy e.V. und EnergyBus e.V. fördert er das Thema der Elektrischen Mobilität und gestaltet hier notwendigen Standards.

Seit 2002 beschäftigt sich Johannes Dörndorfer mit Lihium-Großbatterien und hat hier mit EnergyBus notwendige Standards für die Kommunikation und das Energiemanagent von vernetzten Systemen vorangetrieben. Mit den Grundideen zu dem weltweiten Sicherheitsstandard BATSO sind auch, in Hinblick auf Batteriesicherheit, hier Regelwerke entstanden, die wichtig sind für die Zukunft und Weiterentwicklung des Marktes.

Wer die EnergyTube in weitere Anwendungen integrieren möchte, der kann sich unter Johannes.Doerndorfer(at)ropa.de in Verbindung setzen. Weitere Informationen finden sich in den angehängten pdf-Dokumenten oder unter www.ropa-engineering.de

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"Modular skalierbare EnergyTubes könnten Blei-Batterien ersetzen" wurde am 29.04.2014 verfasst