Dukosis kabelloses BMS: Kabelbäume eliminieren mit intelligenten Zellen-Chips

Der globale Wandel hin zur Elektrifizierung – besonders bei Elektrofahrzeugen – hat Batterieüberwachung für Sicherheit und Langlebigkeit unverzichtbar gemacht. Dukosi, ein britisches Innovationsunternehmen, will den BMS-Markt mit einer kabellosen Lösung aufmischen, die in jede Lithium-Ionen-Zelle einen dedizierten Silizium-Chip und Firmware einbettet, wodurch sperrige Kabelbäume entfallen und Intelligenz direkt in den Batteriepack integriert wird.

Im Gespräch mit Joel Sylvester, Gründer und CTO von Dukosi, erfuhren wir, wie sich die Technologie des Unternehmens von bestehenden kabellosen BMS-Angeboten unterscheidet und was dies für die Batteriebranche bedeutet.

„Wir haben ein Zellen-Überwachungsgerät für große Hochvolt-Lithium-Ionen-Packs entwickelt, die in E-Fahrzeugen, Bussen, Schiffen und Netzspeichern eingesetzt werden“, erklärt Sylvester. „Diese Anwendungen beruhen auf präziser Überwachung von Zellspannung, Temperatur und Strom, um Sicherheit zu gewährleisten und die Lebensdauer zu verlängern.“

Der Kern von Dukosis Innovation ist ein kompakter CMOS-Chip mit proprietärer Software, der Spannung, Strom, Temperatur und andere Schlüsselparameter für jede Zelle einzeln misst.

Was die Lösung auszeichnet, ist die Platzierung des Chips direkt auf der Zelle. „Durch Integration von Intelligenz auf Zellebene ermöglichen wir flexibles Pack-Design – jede Größe, Form oder Konfiguration – bei minimalem Hardware-Footprint“, sagt Sylvester. „Dies ändert grundlegend, wie Hersteller Batterien überwachen und verwalten.“

Im Gespräch mit potenziellen Kunden steht die Eliminierung von Kabelbäumen an erster Stelle. „Kabelbäume reduzieren Zuverlässigkeit, schaffen Sicherheitsrisiken und treiben Design- und Fertigungskosten in die Höhe“, merkt er an. „Unser System liefert konsistente, hochwertige Messungen über jede Zelle hinweg und verbessert die Pack-Leistung dramatisch.“

Die Notwendigkeit fortschrittlicher Batteriemanagement

Präzise Batterieüberwachung ist kritisch für Sicherheit und optimale Leistung, besonders bei E-Fahrzeugen. Traditionelle BMS-Designs setzen auf legacy Verkabelung und zentralisierte Überwachung, was umständlich und fehleranfällig sein kann. Dukosis wirklich kabelloser Ansatz nutzt Edge Computing für schnelle, flexible Datenerfassung.

Die Hauptfunktion eines BMS ist die Aufrechterhaltung sicherer Lade-/Entladezyklen, um Zellen vor Degradation, Beschädigung oder Brand zu schützen. Über Sicherheit hinaus ermöglichen präzise Ladezustands-Anzeigen (SoC) genaue Reichweitenschätzungen, reduzieren Reichweitenangst und verkürzen Ladezeiten. Langzeitdaten zu Temperatur, Spannung und Zyklenzahlen fließen in Zustandsbewertungen (SoH) ein, entscheidend für Second-Life-Anwendungen und kosteneffizientes Recycling.

Verkabelung: Eine anhaltende Herausforderung

Während Kabelbäume in Niederspannungssystemen – wie einem 48-V-Bleisäure-USV – akzeptabel sind, ist die Anwendung derselben Prinzipien auf Hochvolt-EV-Packs (bis 800 V) in rauen, beengten Umgebungen problematisch. Überdimensionierte Kabel erhöhen Gewicht, beanspruchen Platz und steigern Installationskomplexität. Bestehende kabellose Lösungen setzen oft auf Multiplexing mehrerer Zellen pro Modul, was die Anzahl überwachter Zellen begrenzt und die Messgenauigkeit mit wachsender String-Länge verschlechtert.

Hauptnachteile konventioneller kabelloser BMS:

• Begrenzte Zellenzahl pro Modul (12–16 Zellen) aufgrund von Spannungsrestriktionen am Multiplexer.
• Erhöhte Störanfälligkeit und reduzierte Präzision bei entfernten Zellen.
• Abhängigkeit von Sichtverbindung für RF-Antennen, was zu unvorhersehbarer Latenz führt.

Edge Computing: Der Dukosi-Vorteil

Dukosi setzt auf Edge Computing, indem jede Zelle einen eigenen Mikrocontroller erhält. Der ultrakompakte CMOS-Chip bezieht Strom direkt von der Zelle, eliminiert die Notwendigkeit analoger Multiplexer und gewährleistet optimale Messgenauigkeit. Lokale Verarbeitung interpretiert Rohdaten und sendet prägnante, aggregierte Informationen über proprietäre eingebettete Software.

Die Verbindung zum externen System erfolgt durch patentierte NFC-Technologie. Eine dünne, niedrigspannende Schleife läuft um den Batteriepack und koppelt induktiv an jede Sensorschleife mit nur Millimetern Trennung. Dieses Design bietet eine schnelle, robuste Datenverbindung bei gleichzeitiger elektrischer Isolation selbst bei höchsten Pack-Spannungen. Jeder IC trägt eine eindeutige Kennung und wird von einem Radio-Manager abgefragt, der Daten an die Fahrzeugelektronik weiterleitet. Die gesamte Architektur erfüllt ASIL-C-Sicherheitsstandards und eignet sich für ASIL-D-zertifizierte Packs.

Die Einbettung „always-on“ Intelligenz in jede Zelle eröffnet kontinuierliches Logging von Nutzungs- und Leistungsdaten, ermöglicht Echtzeit-Zustandsanalyse und umfassende Rückverfolgbarkeit über den gesamten Batterielebenszyklus. Durch Eliminierung von Hardware, Verkabelung und Installationskosten bietet Dukosis Lösung langfristige Vorteile für alle EV-Typen und breitere Energiespeichermärkte.

Sylvester betont, dass die wahre Disruption im Zelle-für-Zelle-Ansatz liegt. „Bestehende Marktangebote ähneln immer noch Designs aus den späten 1990ern, fokussiert auf höhere Zellenzahlen pro Modul und höhere Spannungen. Unsere Technologie priorisiert Messpräzision – jede Zelle wird einzeln überwacht, was branchenführende Genauigkeit für Spannung, Temperatur und mehr liefert. Dies erlaubt Herstellern, Packs ohne zusätzliche Stecker oder Kabelbäume zu montieren, was Design massiv vereinfacht und Zuverlässigkeit erhöht.“

Für einen tieferen Einblick hören Sie das vollständige Interview mit Joel Sylvester im Embedded Edge with Nitin Podcast.