Batterien sind elektrochemische Energiespeicher. Sie wandeln bei der Aufladung elektrische Energie aus dem Stromnetz durch eine Redoxreaktion in chemische Energie, die bei der Entladung wiederum als elektrische Energie abgegeben wird. Die erste Batterie — in Form der Voltaischen Säule — wurde 1800 von Alessandro Volta erfunden.
Arten von Batterien
Verkehrsüblich sind vor allem Blei-Säure-Batterien und zunehmend Lithium-Ionen-Batterien, darüber hinaus gibt es aber auch Alkaline-Batterien, Nickel-Metallhydrid-Akku (NiMH), Silberoxid-Batterien, Zink-Kohle-Batterien sowie Zink-Luft-Batterien und andere. Für die Produktion von Batterien werden viele verschiedene wertvolle und oftmals leider auch giftige Materialien benötigt, darunter Lithium, Kobalt, Nickel, Mangan, Kupfer und Blei. Die Größe und Form sowie der Aufbau, und die Bestandteile von Batterien variieren jedoch je nach Hersteller und Modell stark.
Es wird zudem zwischen Primärbatterien unterschieden, die nur einmal entladen werden können, sowie Sekundärbatterien, die viele hunderte Male auf- und entladen werden können. Alle Arten von Batterien lassen sich mithilfe von NOVUM-Technologie problemlos binnen Sekunden auf ihren situationsbedingten Ladezustand (SoC), ihren Gesundheitszustand (SoH), ihre Kapazität und diverse andere Eigenschaften hin überprüfen.
Aufbau und Funktionsweise
Der grundlegende Aufbau sowie das Prinzip, nach dem Batterien funktionieren, sind immer gleich.
Eine Batterie besteht aus mehreren Zellen. Diese besitzen jeweils zwei Elektroden, die Kathode am Pluspol und der Anode am Minuspol, zwischen denen eine Ladungsdifferenz herrscht.
Zwischen den Elektroden befindet sich ein flüssiger oder fester Elektrolyt aus verschiedenen Chemikalien, der dafür sorgt, dass sich elektrisch geladene Teilchen — die Ionen — zwischen den Elektroden bewegen können und ein Stromfluss in der Batterie entsteht. Darüber hinaus verfügt jede Batterie über einen Separator, der für geladene Teilchen durchlässig ist, aber sicherstellt, dass die Elektroden nicht miteinander in Kontakt geraten und es zu einem Kurzschluss kommt.
Verbindet man die Pole einer Batterie elektrisch miteinander, können die Ionen von der negativen Elektrode durch den Elektrolyten zur positiven Elektrode wandern und so die Ladungsdifferenz der Elektroden ausgleichen. Die Batterie entlädt sich in diesem Prozess. Ist diese chemische Reaktion vollständig abgeschlossen, können keine weiteren Elektronen mehr abgegeben werden und die Batterie ist komplett entladen. Um eine Batterie wieder aufzuladen, wird ein Strom durch die Batterie geschickt, der die Elektronen wieder zur negativen Elektrode zurückführt. Dabei wird die chemische Reaktion umgekehrt und die Batterie wird wieder aufgeladen.
Eigenschaften von Batterien
Während einige Eigenschaften von Batterien mit der Produktion festgelegt werden, können sich andere im Laufe der Zeit durch Materialermüdung, Abnutzung und sonstige physische Einwirkungen verändern. Zwei Batterien des gleichen Typs, die am selben Tag produziert wurden, können nach einer gewissen Zeit deshalb eine völlig unterschiedliche Kapazität oder erwartbare Lebensdauer aufweisen.
Für Unternehmen und Privatpersonen gehen damit Unsicherheiten und Risiken einher. Mithilfe der KI-basierten Technologie von NOVUM lassen sich jedoch viele Eigenschaften von Batterien in Sekundenschnelle eindeutig bestimmen.
Ladezustand (State of Charge, SoC): Der Ladezustand soll beschreiben, wie viel Energie sich aus einer Batterie entnehmen lässt. Das Problem ist, den einen Ladezustand einer Batterie gibt es nicht. Denn verschiedene Faktoren, wie Temperatur, Stromstärke, Verschleißzustand und Produktionsqualität wirken auf die chemischen Reaktionen in der Batterie ein. Der Standard-SoC Wert vieler Batteriesysteme berücksichtigt dies jedoch nicht und sollte daher immer mit Vorsicht betrachtet werden.
NOVUM-Technologie liefert dem gegenüber zuverlässige Ergebnisse. Mit unserer KI lässt sich der Ladezustand situationsabhängig beschreiben. Er wird in Prozent angeben, wobei 100% für vollgeladen steht und 0% für leer.
+ Verringert sich mit Nutzung der Batterie, aber auch im Passivzustand
+ Kann mit NOVUM-Technologie situationsbedingt beschrieben werden
+ abhängig von Temperatur, Stromstärke, Verschleißzustand und Produktionsqualität
Gesundheitszustand / Verschleißzustand (State of Health, SoH): Die Abkürzung SoH steht für State of Health und beschreibt in der Regel das Verhältnis der aktuellen Kapazität zur ursprünglichen Kapazität der Batterie in Prozent.
+ Verringert sich durch Alterung der Batterie
+ Kann mit NOVUM-Technologie zu jedem Zeitpunkt binnen Sekunden bestimmt werden
+ Verschlechterung des State of Health kann durch schonende Nutzung verzögert werden
Kapazität: Die Kapazität einer Batterie beschreibt, wie viel Energie eine Batterie zum aktuellen Zeitpunkt maximal speichern kann. Sie kann mithilfe von NOVUM-Technologie ermittelt werden und wird gewöhnlich in Amperestunden (Ah) angegeben.
+ Verringert sich durch Alterung der Batterie
+ Kann mit NOVUM-Technologie zu jedem Zeitpunkt binnen Sekunden bestimmt werden
+ Kapazitätsminderung kann durch schonende Nutzung verzögert werden
Alterungsneigung: Die Alterungsneigung einer Batterie beschreibt das Ausmaß dessen, wie stark eine Batterie auf Umwelteinflüsse reagiert. Die Alterungsneigung wird je nach Hersteller anders definiert und als Qualität im Spektrum gut bis schlecht individuell beschrieben.
+ Ist mit der Qualität der Materialien und den Bedingungen der Produktion festgelegt
+ Kann mit NOVUM-Technologie zu jedem Zeitpunkt binnen Sekunden bestimmt werden
+ Verändert sich nicht durch schonende Nutzung
+ End-of-Line-Test mit NOVUM-Technologie wird zur Überprüfung und Optimierung der Alterungsneigung bzw. Produktionsqualität empfohlen
Alterung: Die Alterung beschreibt den Prozess, in dem die Leistungsfähigkeit einer Batterie – wie bei allen elektrochemischen Systemen auch — abnimmt. Man kann dabei zwischen kalendarischer Alterung, zyklischer Alterung und sprunghafter Alterung unterscheiden.
+ Vollzieht sich auch im passiven Zustand und wird durch Nutzung sowie physikalische Einwirkungen beschleunigt
+ Die Alterung einer Batterie spiegelt sich im State of Health (SoH)-Wert, der mit NOVUM-Technologie zu jedem Zeitpunkt binnen Sekunden bestimmt werden kann. Zudem lassen sich Anhand der Daten oftmals zuvor unentdeckte Ursachen für auffällige Alterungserscheinungen bestimmter Batterien oder Batterietypen ermitteln (z. B. Fehler bei der Produktion oder Nutzung)
+ Die Verschlechterung des State of Health kann durch eine schonende Nutzung verzögert werden
Erwartbare Lebensdauer: Die erwartbare Lebensdauer beschreibt die Zeitspanne, in der eine Batterie bei einer bestimmten Nutzung noch funktionstüchtig bleiben wird. Wir geben sie in Jahren und Monaten an und warnen unsere Kunden insbesondere vor, wenn eine Batterie in den nächsten sechs Monaten ausfallen wird. Unsere Kunden können dabei wählen, ob wir die erwartbare Lebensdauer mit der aktuellen Nutzung ihrer Batterie prognostizieren oder andere Nutzungsprofile dafür verwenden.
+ Verringert sich mit der Alterung der Batterie
+ Kann mit NOVUM-Technologie zu jedem Zeitpunkt binnen Sekunden bestimmt werden
+ Verlängert oder verkürzt sich durch unterschiedliche Nutzung
Restwert: Der Restwert von Batterien ist vor allem für Unternehmen relevant, die gebrauchte Energiespeicher im Sinne ökonomischer und ökologischer Nachhaltigkeit weiterverkaufen oder in Mietflotten weiterverwenden möchten, statt sie zu entsorgen. Anhand unserer umfassenden und aktuellen Daten kann die KI von NOVUM im Zuge der Batteriediagnose eine Einschätzung zum Restwert einzelner Batterien in der Währung Ihrer Wahl abgeben.
+ Verringert sich durch Alterung der Batterie
+ Kann mit NOVUM-Technologie zu jedem Zeitpunkt binnen Sekunden bestimmt werden
+ Ist vom Use-Case abhängig (2nd-Life im Fahrzeug oder im stationären Speicher)
