Das Laden bei Kälte stellt eine Herausforderung für die Konstruktion von Lithium-Ionen-Akkus dar, die in Außengeräten, Robotern und Fernüberwachungssystemen eingesetzt werden. Niedrige Zelltemperaturen verlangsamen elektrochemische Reaktionen und können das Risiko der Lithiumplattierung während des Ladevorgangs erhöhen. Dieses Risiko hängt von der Zellkonstruktion, der Temperatur, dem Ladestrom, dem Ladezustand und der Alterung ab.
Wirksamer Schutz beginnt mit einem geprüften Ladegehäuse. Batteriemanagementsystem (BMS) Der Ladevorgang sollte eingeschränkt oder gestoppt werden, wenn die gemessenen Zelltemperaturen die zulässigen Grenzwerte überschreiten. Wenn das Laden in kalten Umgebungen weiterhin möglich sein muss, kann ein kontrolliertes Heizsystem die Zellen vor der Wiederaufnahme des Ladevorgangs in den zulässigen Ladebereich bringen.
Für benutzerdefinierte Lithium-AkkusEin zuverlässiger Betrieb hängt von der Sensorplatzierung, Temperaturgradienten, der Koordination der Ladegeräte und der Fehlerbehandlung ab. Ein warmes Gehäuse oder eine warme Heizfläche bedeutet nicht zwangsläufig, dass jede Zelle ladebereit ist.
Schnelle Antwort: Legen Sie die Ladegrenzen anhand der Spezifikationen der ausgewählten Zelle und der Validierung auf Packebene fest. Unterbrechen Sie das Laden unterhalb der zulässigen Mindesttemperatur, verwenden Sie bei Bedarf eine kontrollierte Heizung und setzen Sie den Ladevorgang erst fort, wenn die relevanten Zelltemperaturmessungen die Neustartbedingungen erfüllen. Berücksichtigen Sie Hysterese und Sensorfehlerbehandlung, um einen instabilen oder unsicheren Betrieb zu verhindern.
Wichtige Erkenntnisse
Legen Sie die Ladetemperatur- und Stromgrenzen für das jeweilige Zellmodell fest. Chemische Bezeichnungen allein reichen nicht aus, um sichere Betriebsgrenzen zu definieren.
Die Abschaltung des Ladevorgangs bei niedrigen Temperaturen sollte als Kernschutzfunktion betrachtet werden. Eine Heizung sollte dort hinzugefügt werden, wo die Anwendung das Laden bei Kälte erfordert.
Positionssensoren zur Erkennung kalter Zellen und heißer Stellen der Heizung unter Berücksichtigung von Messfehlern und thermischer Verzögerung.
Separate Lade-Deaktivierungs- und Lade-Neustart-Bedingungen mit validierter Hysterese, um wiederholtes Schalten in der Nähe des Schwellenwerts zu vermeiden.
Überprüfung der Funktion der Heizung, des Ladeverhaltens, von Sensorausfällen und der Temperaturverteilung im gesamten Akkumulator.
Teil 1: Risiken des Ladens bei niedrigen Temperaturen
Lithium-Akkus lassen sich bei Temperaturen bis zu -40 °C ohne schwerwiegende Schäden entladen. Das Laden unter 0 °C birgt hingegen ganz andere Gefahren. Der Unterschied liegt in den elektrochemischen Prozessen an der Anode. Dieses Verständnis ist für alle, die Batteriesysteme für kalte Umgebungen entwickeln, unerlässlich.
1.1 Lithiumplattierung und Kapazitätsverlust
Niedrige Temperaturen verlangsamen die Lithiumionendiffusion in die Graphitanode. Diese Verlangsamung wird durch die reduzierte Ionenmobilität und die träge Elektrodenkinetik verursacht. Das Anodenpotenzial sinkt daraufhin nahe an oder unter das Li/Li+-Gleichgewichtspotenzial (0 V vs. Li/Li+). Dieser Zustand löst eine gefährliche Kettenreaktion aus:
Lithiumionen gelangen zwar an die Anodenoberfläche, können aber nicht effizient in die Graphitstruktur eingelagert werden.
Diese überschüssigen Ionen werden reduziert anstatt normal eingebaut zu werden.
Es bilden sich metallische Lithiumablagerungen auf der Anodenoberfläche, anstatt dass Energie in den Graphitschichten gespeichert wird.
Diese Ablagerungen sammeln sich mit jedem Kaltladezyklus an.
Die Folge ist ein irreversibler Kapazitätsverlust. Jeder Zyklus bei niedriger Temperatur entfernt dauerhaft Lithium aus dem nutzbaren Speicher der Zelle. Diese verlorene Kapazität lässt sich durch späteres Erwärmen der Batterie nicht wiederherstellen. Die Schädigung verstärkt sich bei wiederholter Einwirkung.
Mikroskopisch betrachtet bilden diese metallischen Ablagerungen keine glatte Schicht. Sie wachsen zu dendritischen Strukturen mit scharfen, verzweigten Formen heran. Diese Dendriten verbrauchen aktives Lithium und schädigen die Anodenstruktur. Das Graphitgitter erfährt mechanische Spannungen durch die Bildung und Ansammlung von metallischem Lithium.
1.2 Sicherheitsrisiken und thermisches Durchgehen
Dendritenwachstum stellt nicht nur ein Kapazitätsproblem dar. Diese metallischen Strukturen können so lang werden, dass sie die Separatormembran durchdringen. Der Separator befindet sich als physikalische Barriere zwischen Anode und Kathode. Sobald ein Dendrit diese Barriere durchbricht, entsteht ein interner Kurzschluss.
Ein interner Kurzschluss ermöglicht es dem Strom, direkt zwischen den Elektroden zu fließen, ohne den externen Stromkreis zu durchlaufen. An der Kurzschlussstelle entsteht lokale Erwärmung. Diese Wärmeentwicklung kann exotherme Reaktionen innerhalb der Zelle beschleunigen. Die Temperaturen steigen weiter an, was zur Zersetzung des Elektrolyten und zum Durchschlag der Kathode führt. Diese Kaskade kann sich zu einer thermischen Kettenreaktion ausweiten.
Für B2B-Anwendungen in Medizingeräten, Robotik und Infrastruktursystemen stellt das thermische Durchgehen ein inakzeptables Risiko dar. Der Ausfall einer einzelnen Zelle kann sich auf benachbarte Zellen in einem Akkupack ausbreiten. Die finanziellen und betrieblichen Folgen reichen weit über den Austausch einer einzelnen Batterie hinaus.
Diese Risiken erklären, warum die Temperaturüberwachung während des Ladevorgangs bei BMS-Steuerungsstrategien höchste Priorität haben muss. Ihr Schutzsystem muss Kälte erkennen und reagieren, bevor die Galvanisierung beginnt. In den folgenden Abschnitten wird erläutert, wie Abschaltkreise und Heizsysteme diesen Schutz implementieren.
Teil 2: Strategien zur Gebührenabschaltung
Die erste Verteidigungslinie gegen Schäden durch Kaltladung ist eine strikte elektrische Abschaltung. Ihr Batteriemanagementsystem (BMS) muss physikalisch verhindern, dass der Ladestrom die Zellen erreicht, wenn die Temperaturen unter die sicheren Betriebsgrenzen fallen. Diese Strategie erfordert präzise Temperaturschwellenwerte und zuverlässige Trennmechanismen.
2.1 Temperaturschwellenwerte und Trennung
Die meisten Lithium-Ionen-Akkus haben eine gemeinsame Sicherheitsgrenze: Sie sollten nicht unter 0 °C geladen werden. Dieser Grenzwert gilt für NMC-, LCO- und LMO-Zellen. LiFePO4-Akkus bieten mehr Flexibilität. Hersteller können für diese Zellen anpassbare Grenzwerte festlegen, die teilweise das Laden bei etwas niedrigeren Temperaturen mit reduziertem Strom ermöglichen.
Der Abschaltpunkt hängt von zwei Faktoren ab: der Batterietemperatur und dem maximalen Ladestrom. Es lässt sich kein einheitlicher Schwellenwert für alle Anwendungen festlegen. Eine mit 0.5C geladene Zelle birgt bei gleicher Temperatur ein höheres Risiko der Plattierung als eine mit 0.1C geladene. Der Schwellenwert muss den tatsächlich vom System gelieferten Ladestrom berücksichtigen.
Die Datenblätter der Hersteller enthalten spezifische Hinweise zum Betrieb bei niedrigen Temperaturen. Die folgende Tabelle zeigt typische maximale Ladeströme für LiFePO4-Zellen in verschiedenen kalten Temperaturbereichen:
Temperaturbereich | Maximale Ladestromstärke (LFP) |
|---|---|
0 ° C - 5 ° C | 0.1 ° C - 0.2 ° C. |
5 ° C - 15 ° C | 0.2 ° C - 0.3 ° C. |
-10 ° C - 0 ° C. | 0.05 °C oder deaktiviert |
Unter -10 ° C. | Laden deaktiviert |
Diese Werte stellen sichere Betriebsbereiche dar. Sie sind als Auslegungsvorgaben und nicht als Empfehlungen zu verstehen. Bei einem Betriebstemperaturbereich zwischen -10 °C und 0 °C kann eine minimale Laderate von 0.05 C zugelassen oder der Ladevorgang vollständig deaktiviert werden. Unterhalb von -10 °C muss der Ladevorgang vollständig abgeschaltet werden.
2.2 Implementierung im BMS
Ihr Batteriemanagementsystem (BMS) setzt diese Schwellenwerte durch Temperaturmessung und Schaltsteuerung um. Das System überwacht kontinuierlich die Zelltemperaturen mithilfe von Thermistoren oder Thermoelementen, die an kritischen Stellen im Akkupack platziert sind. Sobald eine Zelle die konfigurierte Abschalttemperatur unterschreitet, öffnet das BMS den Ladepfad.
Der Trennmechanismus nutzt typischerweise MOSFET-Schalter im Ladekreis. Diese Schalter reagieren innerhalb von Millisekunden auf Temperaturmessungen. Manuelle Eingriffe oder externe Ladegeräte sind nicht möglich. Das Batteriemanagementsystem (BMS) muss autonom handeln, um den Akku zu schützen.
Die Festlegung der Abschaltschwelle erfordert eine sorgfältige Analyse Ihrer spezifischen Anwendung. Berücksichtigen Sie die maximale Ladeleistung Ihres Ladegeräts. Ein Schnellladesystem für Roboter benötigt möglicherweise eine höhere Abschaltschwelle als ein Erhaltungsladegerät für medizinische Geräte. Beachten Sie außerdem die Temperaturunterschiede innerhalb des Akkus. Zellen am Rand können kälter sein als Zellen in der Mitte. Ihr Batteriemanagementsystem (BMS) sollte für die Abschaltentscheidung die niedrigste gemessene Temperatur verwenden.
Diese BMS-Steuerungsstrategien verhindern Schäden, bevor sie entstehen. Das System wartet nicht auf Spannungsanomalien oder Anzeichen von Kapazitätsverlust, sondern reagiert direkt auf die Ursache: niedrige Temperatur. Dieser proaktive Ansatz schützt Ihre Batterieinvestition und gewährleistet Betriebssicherheit.
Bei Infrastruktursystemen und Industrieanlagen im Außenbereich müssen diese Schwellenwerte sorgfältig konfiguriert werden. Ein medizinisches Gerät in einem klimatisierten Krankenhauszimmer löst die Abschaltung möglicherweise nie aus. Eine Überwachungskamera in nördlichen Klimazonen ist regelmäßig Kälte ausgesetzt. Ihre Gebäudeleittechnik-Konfiguration muss Ihrer realen Betriebsumgebung entsprechen.
Die Abschaltstrategie allein kann nicht alle Herausforderungen beim Laden in der Kälte lösen. Sie verhindert zwar Schäden, unterbricht aber auch den Ladevorgang. Wenn Sie bei Kälte laden müssen, benötigen Sie eine Heizstrategie. Im nächsten Abschnitt wird erläutert, wie Sie Zellen vor dem Ladevorgang sicher erwärmen können.
Teil 3: Heizstrategien für das Kaltladen
Der Abschaltschutz verhindert Schäden, macht den Akku aber bei Kälte unbrauchbar. Daher ist eine zweite Strategie erforderlich: kontrollierte Erwärmung. Dabei wird die Zelltemperatur vor dem Ladestrom über den sicheren Schwellenwert angehoben. Hierfür stehen Ihnen zwei Hauptoptionen zur Verfügung: interne Eigenerwärmung und externe Heizsysteme.
3.1 Interne Selbsterhitzung und Heizelemente
Die interne Eigenerwärmung nutzt den Eigenstrom der Batterie zur Wärmeerzeugung. Dazu wird Wechselstrom durch die Zellen geleitet. Der Innenwiderstand wandelt diese elektrische Energie in Wärme um. Dieses Verfahren verteilt die Wärme gleichmäßig im Zellkern und vermeidet so die Bildung von Hotspots an der Oberfläche.
Forschungsergebnisse belegen beeindruckende Erwärmungsraten mit dieser Technik. Die folgende Tabelle fasst die Ergebnisse mehrerer veröffentlichter Studien zusammen:
Studie | Erwärmungsrate | Erkrankungen |
|---|---|---|
Hu et al. | 1.67 K/min | Wechselstrom-Selbsterhitzung, 253.15 K auf 278.15 K in 15 min |
Shang et al. | 2.70 K/min | Hochfrequenter Wechselstrom (45 kHz), 253.1 K bis 273.15 K in 7.4 min |
Zhang et al. | 2.33 °C/Min | Sinusförmiger Wechselstrom, 7 A (2.25 C-Rate), 1 Hz, −15 °C bis 5 °C |
Ruan et al. | 3.73 °C/Min | Optimale Frequenzheizung, −15.4 °C auf 5.6 °C in 338 s |
Qu et al. | 6.86 °C/Min | MOSFET-Impulsheizung, Schaltfrequenz 0.1–1 Hz |
Diese Werte ermöglichen es Ihnen, einen Akku je nach gewählter Methode in etwa 3 bis 12 Minuten von -20 °C auf 0 °C zu erwärmen. Schnelleres Erwärmen reduziert Ausfallzeiten von Feldgeräten. Langsameres Erwärmen schont das Zellmaterial.
Man kann auch Widerstandsheizelemente direkt in den Akku integrieren. Diese Dünnschichtheizelemente befinden sich zwischen den Zellen oder entlang der Akkuoberfläche. Sie beziehen ihre Energie kontrolliert von einer externen Quelle oder vom Akku selbst. Dieses Verfahren ist einfacher zu realisieren als Wechselstrom-Selbstheizschaltungen.
3.2 Externe Heizung und Vorladung
Externe Erwärmung führt Wärme von außen in die Zellen ein. Heizmatten, die an der Oberfläche des Akkupacks angebracht werden, sind die gängigste Methode. Alternativ können auch Kühlkreislaufsysteme eingesetzt werden, die warme Flüssigkeit durch Kanäle im Batteriegehäuse leiten. Diese Methoden eignen sich gut für große, stationäre Akkupacks in Infrastrukturanwendungen.
Externe Heizungen erfordern ein sorgfältiges Wärmemanagement. Oberflächenheizungen erzeugen Temperaturgradienten. Die äußeren Zellen erwärmen sich schneller als die Kernzellen. Sie müssen warten, bis der gesamte Akku eine gleichmäßige Temperatur erreicht hat, bevor Sie ihn laden. Andernfalls riskieren Sie, Zellen zu laden, die unterhalb der sicheren Temperaturschwelle bleiben.
Die Vorladung stellt einen hybriden Ansatz dar. Dabei wird ein sehr geringer Ladestrom, typischerweise unter 0.05 C, angelegt, während die Temperatur genau überwacht wird. Dieser Erhaltungsstrom erzeugt eine geringe interne Wärme, ohne dass es zu einer signifikanten Lithiumplattierung kommt. Sobald die Zelltemperatur über 0 °C steigt, wird auf den normalen Ladestrom umgeschaltet.
Die BMS-Steuerungsstrategien müssen jede Heizmethode regeln. Das System darf die Heizung nur bei Bedarf aktivieren und vor Überhitzung deaktivieren. Unkontrolliertes Erhitzen, das die Zelltemperaturen über die sicheren Betriebsgrenzen ansteigen lässt, ist unzulässig. Das BMS sollte die Heizung zudem mit dem Ladezustand koordinieren und sicherstellen, dass niemals Strom angelegt wird, solange die Zellen kalt sind.
Für medizinische Geräte und Roboteranwendungen benötigen Sie eine zuverlässige Heizung, die innerhalb strenger Zeitvorgaben funktioniert. Ein Operationsroboter kann beispielsweise nicht 30 Minuten auf das Aufwärmen des Akkus warten. Ihre Heizstrategie muss Ihren Betriebsanforderungen entsprechen. Berücksichtigen Sie bei der Wahl Ihres Ansatzes sowohl die Aufheizrate als auch die Energiekosten.
Teil 4: BMS-Steuerungsstrategien zum Schutz
Ihre BMS-Steuerungsstrategien müssen Temperaturmessung, Entscheidungsfindung und Aktionsausführung koordinieren. Das System erfasst die Zelltemperaturen in Echtzeit, vergleicht sie mit konfigurierbaren Schwellenwerten und entscheidet, ob der Ladevorgang unterbrochen, die Heizung aktiviert oder der normale Betrieb zugelassen wird. Dieser Entscheidungsprozess läuft während jedes Ladevorgangs kontinuierlich.
4.1 Sensor- und Steuerungsalgorithmen
Die Temperaturmessung bildet die Grundlage Ihres Schutzsystems. Sie benötigen präzise Messwerte auf Zellenebene, nicht nur Durchschnittswerte für den gesamten Akkupack. Die Positionierung der Sensoren ist entscheidend. Platzieren Sie die Thermistoren an den zu erwartenden kältesten Stellen im Akkupack, typischerweise in der Nähe von Randzellen oder Kühlöffnungen.
Die Genauigkeit der Sensoren wird in der Nähe der 0°C-Abschaltgrenze entscheidend. Standard-Sensoren mit einer Nennleistung von 25°C können bei niedrigen Temperaturen deutliche Abweichungen aufweisen. Sie benötigen Sensoren, die ihre Genauigkeit über den gesamten Betriebsbereich beibehalten. Die folgende Tabelle zeigt die Genauigkeitsanforderungen für eine zuverlässige Tieftemperaturabschaltung:
Temperaturbereich | Genauigkeitsanforderung |
|---|---|
-30 ° C bis + 10 ° C | ≤ ± 1.0 ° C. |
Nahe 0 °C (32 °F) | ≤ ± 0.5 ° C. |
Die Verwendung von Spezifikationen für 25 °C kann bei -20 °C zu Fehlern von über ±3 °C führen. Diese Fehlertoleranz macht die Abschaltung bei niedrigen Temperaturen unsicher. Ein Sensor, der -2 °C anzeigt, obwohl die tatsächliche Temperatur +1 °C beträgt, könnte ein Laden unterhalb der sicheren Schwelle ermöglichen. Sie müssen Sensoren auswählen, die für hohe Genauigkeit bei Kälte ausgelegt sind.
Ihr Regelalgorithmus verarbeitet diese Temperaturwerte. Moderne Systeme nutzen adaptive Fuzzy-Regelung, um den nichtlinearen Zusammenhang zwischen Temperatur, Laderate und Abscheidungsrisiko zu berücksichtigen. Diese Algorithmen passen ihr Verhalten anhand mehrerer Eingangsgrößen an: Zelltemperatur, Temperaturverlauf, Ladestrom und Zellspannung. Das System lernt aus historischen Daten, wie schnell sich Zellen erwärmen oder abkühlen.
Eine einfache, schwellenwertbasierte Steuerung eignet sich für Standardanwendungen. Das Batteriemanagementsystem (BMS) vergleicht die niedrigste Zelltemperatur mit dem konfigurierten Abschaltpunkt. Fällt die Temperatur unter den Schwellenwert, öffnet das System den Ladepfad. Steigt die Temperatur über den Heizaktivierungspunkt, aktiviert das System den Heizkreis. Dieses unkomplizierte Verfahren ist für Anwendungen mit stabilen thermischen Umgebungen geeignet.
4.2 Kommunikation und Berichterstattung
Ihr Gebäudeleitsystem (BMS) muss seine Entscheidungen an externe Systeme übermitteln. Das Ladegerät muss wissen, wann der Ladevorgang erlaubt oder gesperrt ist. Ihre Hauptsteuerung benötigt Statusaktualisierungen für die Betriebsplanung. Diese Kommunikation verhindert Konflikte zwischen dem BMS und anderen Systemkomponenten.
Gängige Kommunikationsschnittstellen sind CAN-Bus, RS-485 und I²C. CAN-Bus eignet sich gut für Robotik- und Automobilanwendungen. RS-485 ist ideal für industrielle Infrastrukturen mit längeren Kabelstrecken. Die Wahl der Schnittstelle hängt von Ihrer bestehenden Systemarchitektur und Ihren Datenanforderungen ab.
Das Gebäudeleitsystem (BMS) sollte mehrere wichtige Parameter melden: Akkutemperatur, Ladezustand, Abschaltvorgänge und Heizaktivität. Diese Daten helfen Ihnen, Probleme zu diagnostizieren und Ihre BMS-Steuerungsstrategien im Laufe der Zeit zu optimieren. Sie können Muster erkennen, wie z. B. häufige Heizaktivierung unter bestimmten Umgebungsbedingungen, und Ihre Schwellenwerte entsprechend anpassen.
Konfigurierbare Schwellenwerte sind für verschiedene Lithium-Chemikalien weiterhin unerlässlich. LiFePO4-Zellen vertragen etwas niedrigere Ladetemperaturen als NMC- oder LCO-Zellen. Ihr BMS muss eine chemiespezifische Konfiguration ermöglichen. Ein Medizingerätehersteller, der LiFePO4-Zellen verwendet, benötigt andere Einstellungen als ein Robotikunternehmen, das NMC-Zellen einsetzt. Ihr BMS-Design sollte diese Unterschiede durch Softwarekonfiguration und nicht durch Hardwareänderungen unterstützen.
Der Schutz unterbricht den Ladevorgang, sobald die Zellen unter einen sicheren Temperaturbereich fallen. Heizsysteme erhöhen die Zelltemperatur, um das Laden auch unter Grenzbedingungen zu ermöglichen. Ihre BMS-Steuerungsstrategien koordinieren beide Vorgänge nahtlos.
Wählen Sie ein BMS mit konfigurierbaren Tieftemperaturschwellenwerten. LiFePO4-Zellen tolerieren andere Grenzwerte als NMC- oder LCO-Zellen. Ihre Schutzeinstellungen müssen auf die spezifische Zellchemie und die Anwendungsumgebung abgestimmt sein.
Prüfen Sie, ob Ihr aktuelles Gebäudeleitsystem (BMS) den Anforderungen für Kälteanwendungen entspricht. Medizinprodukte, Roboter und Infrastruktursysteme benötigen zuverlässigen Betrieb bei niedrigen Temperaturen. Kontaktieren Sie unser Team für fortschrittliche BMS-Lösungen, die speziell auf Ihre Kälteanwendungen zugeschnitten sind.
FAQ
Kann man einen Lithium-Ionen-Akku unter 0 °C mit einem sehr niedrigen Strom aufladen?
Nur wenn der Hersteller der gewählten Zelle dies unter bestimmten Bedingungen ausdrücklich erlaubt. Einige Zellen unterstützen das Laden mit reduziertem Strom unterhalb des Gefrierpunkts, andere verbieten es. Ein niedriger Ladestrom allein gewährleistet keine Sicherheit.
Halten Sie die zugelassenen Temperatur-Strom-Grenzwerte ein und überprüfen Sie diese im gesamten System. Wenden Sie keine universelle Toleranz von 0.05 °C oder einen Grenzwert von −10 °C für verschiedene Zellmodelle an.
Was passiert, wenn ein BMS-Temperatursensor falsche Werte liefert?
Ein Sensor, der eine höhere Temperatur als die tatsächliche Zelltemperatur misst, kann zu vorzeitigem Laden führen. Beispielsweise könnte eine Messung von +1 °C bei einer tatsächlichen Zelltemperatur von −2 °C fälschlicherweise den Ladeschwellenwert von 0 °C erfüllen.
Berücksichtigen Sie die gesamte Messkette, einschließlich Sensortoleranz, Elektronik, Platzierung und thermischer Verzögerung. Erkennen Sie nicht verbundene oder kurzgeschlossene Sensoren und definieren Sie eine sichere Reaktion, wenn Temperaturmesswerte ungültig sind. Die Genauigkeit der Sensoren allein kann eine ungünstige Platzierung nicht kompensieren.
Wie lange braucht ein kalter Akku zum Aufwärmen vor dem Laden?
Die Aufheizzeit hängt von der Masse des Akkupacks, der Anfangstemperatur, der Heizleistung, der Isolierung, den Umgebungsbedingungen und der Wärmeverteilung ab. Eine an einer Zelle oder einem Prototyp ermittelte Aufheizrate sollte nicht direkt auf einen anderen Akkupack übertragen werden.
Messen Sie die Aufwärmzeit unter den vorgesehenen Betriebsbedingungen. Setzen Sie den Ladevorgang auf Basis validierter Zelltemperaturkriterien fort, anstatt sich allein auf einen festen Timer oder die Heizoberflächentemperatur zu verlassen.
Weisen LiFePO4- und NMC-Zellen unterschiedliche Ladegrenzen bei niedrigen Temperaturen auf?
Das ist möglich, aber die Grenzen hängen vom jeweiligen Zelldesign ab. LiFePO4- und NMC-Zellen verwenden üblicherweise Graphitanoden, die beim Kaltladen anfällig für Lithiumplattierung sein können.
Die thermische Stabilität von LiFePO4 führt nicht automatisch zu einer niedrigeren zulässigen Ladetemperatur. Vergleichen Sie die Ladespezifikationen der Hersteller und etwaige Strombegrenzungen im erforderlichen Temperaturbereich.
Können Lithium-Ionen-Akkus bei niedrigen Temperaturen sicher entladen werden?
Das Entladen ist oft bei niedrigeren Temperaturen als das Laden möglich, hat aber dennoch seine Grenzen. Kalte Bedingungen können die nutzbare Kapazität verringern, den Spannungsabfall verstärken und die verfügbare Leistung einschränken.
Für den Betrieb bei −40 °C sind speziell für diese Bedingungen ausgelegte und validierte Zellen und ein komplettes Akkupack erforderlich. Entladestrom und -spannung müssen entsprechend angepasst werden, und der Kaltladeschutz muss aktiviert bleiben, wenn das Gerät an ein Ladegerät angeschlossen ist.
Wie sollte das Gebäudeleitsystem Heizung und Ladung koordinieren?
Unterhalb der zulässigen Ladetemperatur sollte das Batteriemanagementsystem (BMS) den Ladevorgang der Zellen unterbrechen und die Heizung nur dann aktivieren, wenn die Betriebsbedingungen des Heizsystems erfüllt sind. Der Ladevorgang kann fortgesetzt werden, sobald die überwachten Zelltemperaturen die validierten Neustartkriterien erfüllen.
Die Konstruktion sollte auch die Überhitzung der Heizung, Sensorfehler, zu lange Aufwärmzeiten und unzureichende verfügbare Energie berücksichtigen. Wenn die Batterie die Heizung selbst versorgt, müssen auch ihre Entladegrenzen und die verbleibende Energie beachtet werden.
