Wann ist eine Batterie leer? Wie lange wird sie noch funktionieren? Wie viel Energie kann sie aktuell speichern? Stellt sie möglicherweise ein Sicherheitsrisiko dar? Und was wäre sie beim Verkauf noch wert? Diese Fragen gehören, zu den häufigsten, die Unternehmen beschäftigen, die im großen Umfang mit Batterien arbeiten und auf diese angewiesen sind.
Ungenau und kostspielig: Schwächen konventioneller Methoden zur Batteriediagnose
Verschiedene konventionelle Verfahren zur Batteriediagnose gibt es bereits seit Längerem. Diese entstehen mit großem Aufwand im Labor, in dem so viele verschiedene Praxisbedingungen wie möglich nachgestellt und die entsprechenden Batteriekenngrößen dazu festgehalten werden. Das Problem dabei: Die nachgestellten Laborbedingungen weichen mal mehr und mal weniger vom tatsächlichen, späteren Gebrauch der Batterie ab, sodass die entsprechenden Methoden zur Batteriezustandsbestimmung bereits von Beginn an Unschärfen mit sich bringen. Je kleiner diese gehalten werden sollen, desto größer und damit teurer sind die Vorarbeiten im Labor, um die Praxisbedingungen möglichst realistisch nachzubilden. Genauigkeit ist damit bisher v.a. eine Kosten-Nutzen-Frage. Bei einem Smartphone ist es z.B. weniger dramatisch, wenn es plötzlich ausgeht, obwohl der Bildschirm gerade noch 20% Ladung angezeigt hat, als bei einem Elektroauto. Bisher gilt deshalb: je höher der Kostendruck für bestimmte Batterieprodukte, desto ungenauer auch die Zustandsbestimmung.
Günstig, zuverlässig und schnell: KI-basierte Batteriediagnose mit NOVUM
Mit NOVUM-Technologie eröffnen sich für Unternehmen hier völlig neue Möglichkeiten, denn durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz entkoppeln wir die erreichbare Genauigkeit von den Kosten für die Labormodellierung.
Unsere künstliche Intelligenz lernt direkt anhand von Praxisdaten. Das zeit- und kostenintensive Nachstellen dieser im Labor entfällt damit. Gleichzeitig steigt die Genauigkeit, weil Aussagen über das Verhalten oder den Zustand von Batterien in erstmals auch auf Grundlage von Praxisdaten vorgenommen werden können. Das Ergebnis unserer Tests sind aussagekräftige Batteriekennzahlen für jede individuelle Batterie in jedem Use-Case.
Die patentierter NOVUM-Technologie kann aber noch mehr! Künstliche Intelligenz ist nur so gut, wie die Daten, die ihr zur Verfügung stehen. Mithilfe eines patentierten Messverfahrens auf Grundlage von elektrochemischer Impedanzspektroskopie ist es erstmals möglich, nichtinvasiv in die Batteriechemie „hineinzusehen“.
So können wir beispielsweise feststellen, ob es im Inneren der Batterie bereits Probleme gibt, ohne dass sich dies bereits in einer Kapazitätsminderung widerspiegelt. Dabei werden im Gegensatz zur einfachen Innenwiderstandsmessung eine Vielzahl von Messpunkten anstatt nur eines einzigen in Betracht gezogen, sodass die Datenbasis, die anschließend von unserer KI analysiert wird, weitaus komplexer ist.
Für Künstliche Intelligenz ist das ideal, denn je komplexer und umfangreicher die Daten, desto besser die mögliche Aussagequalität. Unsere Kunden freut es ebenfalls: Sie erhalten über ihren Nutzerzugang alle relevanten Informationen leicht verständlich dargestellt, damit sie Entscheidungen für ihr Unternehmen schnell und datenbasiert treffen können.
Was wird bei der KI-basierten Batterie-Diagnose von NOVUM ermittelt?
Ladezustand (State of Charge, SoC): Wichtig zu wissen: Den einen Ladezustand gibt es nicht! Verschiedene Aspekte, darunter Temperatur, Stromstärke, Verschleißzustand und Produktionsqualität beeinflussen die chemischen Reaktionen in der Batterie und somit den Ladezustand. Leider berücksichtigt der Standard-SoC Wert vieler Batteriesysteme dieses Problem nicht. Deshalb sollten entsprechende Aussagen, die mit konventionellen Methoden ermittelt wurden, immer mit einer gewissen Vorsicht betrachtet werden.
Die gute Nachricht ist: Mit NOVUM-Technologie lässt sich der Ladezustand situationsabhängig zuverlässig beschreiben. Er wird in Prozent angeben, wobei 100% für vollgeladen steht und 0% für leer.
+ Nimmt mit Nutzung der Batterie ab
+ Verringert sich auch im Passivzustand
+ Kann mit NOVUM-Technologie situationsbedingt beschrieben werden
+ Temperatur, Stromstärke, Verschleißzustand und Produktionsqualität beeinflussen Ergebnis
Gesundheitszustand / Verschleißzustand (State of Health, SoH): Der State of Health beschreibt das Verhältnis der aktuellen Kapazität zur ursprünglichen Kapazität einer Batterie in Prozent.
+ Verschlechtert sich mit Alterung der Batterie
+ Kann mit NOVUM-Technologie zu jedem Zeitpunkt binnen Sekunden bestimmt werden
+ Schonende Nutzung hilft, Verschlechterung des State of Health hinauszuzögern
Kapazität: Die Kapazität beschreibt, wie viel Energie eine Batterie aktuell maximal speichern kann. Sie kann mithilfe von NOVUM-Technologie ermittelt werden und wird in Amperestunden (Ah) angegeben.
+ Verringert sich durch Alterung der Batterie
+ Kann mit NOVUM-Technologie zu jedem Zeitpunkt binnen Sekunden bestimmt werden
+ Schonende Nutzung hilft, Kapazitätsminderung zu verzögern
Alterungsneigung: Die Alterungsneigung einer Batterie beschreibt, wie stark eine Batterie auf Umwelteinflüsse reagiert. Sie wird je nach Hersteller unterschiedlich definiert und im Spektrum von gut bis schlecht beschrieben.
+ Qualität der Materialien und die Bedingungen der Produktion sind ausschlaggebend
+ Kann mit NOVUM-Technologie zu jedem Zeitpunkt binnen Sekunden bestimmt werden
+ Verbessert sich nicht durch schonende Nutzung
+ End-of-Line-Test mit NOVUM-Technologie 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 — abnimmt. Man kann dabei zwischen kalendarischer Alterung, zyklischer Alterung und sprunghafter Alterung unterscheiden.
+ Eine Batterie altert auch im passiven Zustand
+ Die Alterung wird durch Nutzung und physikalische Einwirkungen beschleunigt
+ Die Alterung einer Batterie spiegelt sich im State of Health (SoH)-Wert
+ Batterie-Daten lassen oftmals Rückschlüsse auf unentdeckte Ursachen für auffällige Alterungserscheinungen bestimmter Batterien oder Batterietypen zu (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 warnen unsere Kunden vor, wenn eine Batterie in den nächsten sechs Monaten ausfallen wird. Sie können dabei wählen, ob wir die erwartbare Lebensdauer mit der aktuellen Nutzung der Batterie prognostizieren oder alternative Nutzungsprofile prüfen sollen.
+ Verringert sich mit der Alterung der Batterie
+ Kann mit NOVUM-Technologie zu jedem Zeitpunkt binnen Sekunden bestimmt werden
+ Verlängert oder verkürzt sich, je nachdem wie die Batterie genutzt wird
Restwert: Der Restwert von Batterien ist insbesondere für Firmen spannend, die gebrauchte Batterien weiterverkaufen oder in Mietflotten weiterverwenden möchten, statt sie zu entsorgen. Mit unserer KI können wir im Rahmen der Batteriediagnose eine Einschätzung zum Restwert einzelner Batterien 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)
Wann ist eine Batteriediagnose sinnvoll oder notwendig?
Die Batterieeigenschaften durch eine Batteriediagnose zu kennen, ist grundsätzlich immer sinnvoll. Denn die Eigenschaften von Batterien können sich verändern. Verantwortlich hierfür sind die verwendeten Materialien und deren Qualität, die Produktionsbedingungen und die anschließende Nutzung, aber auch andere unvorhergesehene physische Einwirkungen, wie etwa Temperaturschwankungen.
Dadurch ergeben sich für die Nutzer von Batterien, seien es Unternehmen oder Privatpersonen, Unsicherheiten und Risiken. Die Leistung und Kapazität einer Batterie kann nachlassen, sodass Geräte oder Fahrzeuge nicht mehr in der Lage sind bestimmte Aufgaben zu erfüllen. Möglicherweise kommt es zu Ausfällen und schlimmstenfalls sogar zu einer Erhitzung, die bewirken kann, dass Batterien giftige Gase ausstoßen, brennen oder explodieren.
Besonders problematisch ist die Tatsache, dass Batterien auch im passiven Zustand altern. Das heißt, selbst wenn Batterien nicht in Benutzung sind, finden in ihren Zellen chemische Reaktionen statt. Damit können sie auch bei der Lagerung oder während des Transports zur Gefahrenquelle werden.
Eine KI-basierte Batteriediagnose kann daher in folgenden Szenarien sinnvoll oder sogar notwendig sein:
- Im Rahmen eines End-of-Line-Test bei der Batterieproduktion
- Nach dem Einkauf bzw. vorm Einbau in Geräte und Fahrzeuge
- Als regelmäßige Vorbeugemaßnahme zur Verminderung von nachlassender Leistung oder zum Vermeiden von Ausfällen von Fahrzeugen und Geräten
- Wenn Fahrzeuge oder Geräte bereits Probleme bereiten oder ausgefallen sind, und der Verdacht naheliegt, dass es mit der Batterie zusammenhängen könnte
- Als Sicherheitsmaßnahme vor dem Transport oder vor dem Recycling von Batterien
- Im Rahmen eines 24/7‑Monitorings, z. B. bei der Überwachung von Batteriespeichern
Was unterscheidet die Batteriediagnose von NOVUM gegenüber anderen Verfahren mit künstlicher Intelligenz?
Künstliche Intelligenz braucht prinzipiell viele und zuverlässige Daten über den gesamten Lebenslauf der Batterie. Was aber, wenn diese Daten gar nicht oder nicht in ausreichender Qualität vorhanden sind – z.B. weil Kunden keine Möglichkeit haben, diese zu erheben oder sich bewusst dagegen entscheiden. Was uns von unseren Mitbewerbern unterscheidet, ist die Tatsache, dass wir nicht darauf angewiesen sind, dass unsere Kunden uns Batteriedaten zur Verfügung stellen. Wir können alternativ alle notwendigen Informationen binnen Sekunden einfach selbst erheben. Dafür kombinieren wir Impedanzspektroskopie, eine fortgeschrittene Methode zur Batteriediagnose, bei der eine Reihe von Frequenzen verwendet wird, um den Zustand der Batterie zu bewerten, mit der Auswertung durch eine Künstliche Intelligenz.
Wie genau sind die Ergebnisse der Batteriediagnose von NOVUM?
Bei guter Datengrundlage lässt sich in den meisten Fällen eine Zielgenauigkeit von +/- 1% erreichen. Woher wir das wissen? Weil unsere KI die ganze Zeit von einer zweiten KI überwacht wird, die uns und Ihnen immer genau angibt, wie zuverlässig die erste KI arbeitet.
