Mit steigendem Energiebedarf hat sich die Entwicklung von Energiespeichertechnologien zu einem zentralen Thema in der Branche entwickelt. Sie macht 60 % der Kosten von Energiespeichersystemen aus, und Energiespeicherbatterien haben dabei große Aufmerksamkeit erregt. Niedervolt-Lithium-Ionen-Akkumulatoren erfreuen sich zunehmender Beliebtheit als effiziente und zuverlässige Energiespeicherlösung.
1. Was ist eine Niederspannungs-Lithiumbatterie zur Energiespeicherung?
Der Niederspannungs-Lithium-Akkumulator vereint, wie der Name schon sagt, die drei Konzepte „Niederspannung“, „Lithium-Akkumulator“ und „Akkumulator“.
Was ist Pack?
Ein Batteriepack, auch Batteriemodul genannt, ist ein Verpackungs-, Verkapselungs- und Montageverfahren zur Batterieherstellung. Dabei werden mehrere Einzelzellen parallel und in Reihe geschaltet, um gemäß den Kundenanforderungen eine bestimmte Form, das sogenannte Pack, zu bilden.
Zweitens, was ist eine Lithiumbatterie?
Im aktuellen Haushaltssektor „Photovoltaik + Energiespeicher“ sind Blei-Säure- und Lithium-Ionen-Batterien die wichtigsten elektrochemischen Energiespeichertechnologien, wobei Lithium-Ionen-Batterien den größten Anteil daran haben. Die weltweit installierte Kapazität elektrochemischer Energiespeicher wird voraussichtlich im Jahr 2021 21,1 GW erreichen. Davon entfallen 93,9 % auf Lithium-Ionen-Batterien, 2,2 % auf Blei-Säure-Batterien, 2,0 % auf Natrium-Säure-Batterien und 1,2 % auf Flüssigstrombatterien. Im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien zeichnen sich Lithium-Ionen-Batterien durch hervorragende Zyklenfestigkeit, Energiedichte und Reaktionszeiten aus und sind umweltfreundlicher. In der Vergangenheit schränkten hohe Kosten ihre Entwicklung ein. Dank technologischer Fortschritte sind die Kosten in den letzten Jahren jedoch kontinuierlich gesunken, und Lithium-Ionen-Batterien werden zukünftig eine wichtige Entwicklungsrichtung darstellen.
Und schließlich: Was ist eine Niederspannungsbatterie?
Niedervoltbatterien haben typischerweise eine Spannung zwischen 48 und 60 V und können im Betrieb nicht in Reihe geschaltet werden, um die Spannung zu erhöhen (d. h., die Spannung bleibt unabhängig von der Anzahl der Batterien konstant). Niedervoltbatterien stellen geringe Anforderungen an das Batteriemanagementsystem (BMS), sind weniger anfällig für Batterieungleichgewichte und die Technologie ist ausgereifter, weshalb sie auch vergleichsweise günstig sind.
Die Einzelspannung der Hochvoltbatterie beträgt im Allgemeinen 80-100 V. Durch die Reihenschaltung mehrerer Hochvoltbatterien lässt sich die Gesamtspannung auf etwa 400-600 V (Haushaltsspeicher) erhöhen. Die Hochvoltspeicherbatterie im BMS unterliegt höheren technischen und Sicherheitsanforderungen, weshalb auch der Preis höher ist.
Aufgrund der hohen Energiedichte von Hochvoltbatteriezellen sind deren Sicherheitseigenschaften geringer als die von Niedervoltbatterien, die relativ anfälliger für Selbstentzündung oder Explosionen sind. Niedervoltbatterien können die Sicherheitsrisiken beim Transport, der Installation und der Nutzung deutlich reduzieren. Die derzeit begrenzte Verfügbarkeit von Hochvoltbatterien auf dem Markt erschwert es Kunden, die für sie passenden Batterien zu erwerben, während die Niedervoltbatterien von CHISAGE ESS eine größere Auswahl bieten.
2. Die Zusammensetzung des Niederspannungs-Lithium-Akkumulators
Ein Niedervolt-Batteriepack besteht im Wesentlichen aus einem einzelnen Batteriemodul, einem elektrischen System, einem Gehäuse und mehreren wichtigen BMS-Systemkomponenten.
Vergleicht man eine Batterie mit dem menschlichen Körper, so kann das Batteriemodul als das Herz betrachtet werden, das für die Speicherung und Freisetzung elektrischer Energie zuständig ist; das elektrische System kann als die Arterien, Blutgefäße und das Nervensystem betrachtet werden, die kontinuierlich elektrische Energie von der Batterie zu den Endgeräten liefern und Echtzeit-Erkennungs- und Steuersignale übertragen; das Gehäuse kann als das Skelett betrachtet werden, das eine Rolle bei der Stützung, der Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Einwirkungen und dem Schutz der Umgebung spielt; und das BMS kann als das Gehirn betrachtet werden, das für die Messung von Parametern wie Spannung, Stromstärke, Temperatur und anderen Parametern der Batterie zuständig ist.
3. Prinzip und Prozess der Niederspannungs-Lithiumbatterie zur Energiespeicherung
Das grundlegende Funktionsprinzip eines Niederspannungs-Lithium-Akkus basiert auf den elektrochemischen Eigenschaften von Redoxreaktionen. Beim Laden bilden Lithiumionen im positiven Elektrodenmaterial (z. B. LiCoO₂ oder LiFePO₄) LiCoO₂ oder LiFePO₄, während gleichzeitig im negativen Elektrodenmaterial (z. B. Graphit) Lithiumionen aus dem Elektrolyten zum metallischen Graphit wandern und zu Lithiumatomen reduziert werden. Beim Entladen kehren die Lithiumionen in umgekehrter Richtung zum Akku zurück, bilden LiFePO₄ oder LiCoO₂ und werden gleichzeitig zu Lithiumionen oxidiert.
Niedervolt-Lithiumbatterie. Das gängige Verfahren des modernen Laser- und Ultraschallschweißens kombiniert zwei Methoden. Beim Laserschweißen dient ein Laserstrahl mit hoher Energiedichte als Wärmequelle, was ein hocheffizientes und präzises Schweißverfahren ermöglicht. Beim Ultraschallschweißen werden hochfrequente Schwingungswellen unter Druck auf die Oberflächen zweier Werkstücke übertragen. Dadurch entsteht Reibung zwischen den Oberflächen und eine Verschmelzung der Molekülschichten. Der Niedervolt-Akkupack von CHISAGE ESS nutzt Laserschweißtechnologie und verwendet aktuell den besten deutschen IPG-Laser. Dadurch wird eine Beschädigung des Überdruckventils durch Ultraschallreibung an der Schweißoberfläche vermieden, was eine höhere Zuverlässigkeit gewährleistet.
4. Parameter und Auswahl von Niederspannungs-Lithium-Akkus
Die Parameter eines Niedervolt-Lithium-Akkus und die Auswahl des Akkus hängen eng mit der Notwendigkeit zusammen, Installations-, elektrische, Sicherheits- und Umweltaspekte zu berücksichtigen. Nachfolgend ein Beispiel eines Niedervolt-Lithium-Akkus CE48100-W (51,2 V/100 Ah) von CHISAGE ESS, das die bei der Akkuauswahl zu beachtenden Parameter veranschaulicht:
Installationsparameter
(1) Gewicht/Abmessungen
Der CE48100-W wiegt 55 kg und misst 430 × 191,5 × 630 mm. Bei der Auswahl eines Akkus müssen Kunden die Tragfähigkeit des Bodens oder der Wand sowie den verfügbaren Installationsraum berücksichtigen und prüfen, ob die Länge, Breite und Höhe des Akkusystems innerhalb dieses Raums eingeschränkt sind.
(2) Installation
Die Niedervolt-Lithiumbatterien von CHISAGE ESS sind sowohl als Stand- als auch als Wandversion erhältlich. So können Sie je nach Ihren persönlichen Vorlieben und dem tatsächlichen Installationsaufwand die passende Variante auswählen. Die CE48100-W unterstützt beide Installationsarten und eignet sich dank ihres schlichten und eleganten Designs für vielfältige Einsatzbereiche.
(3) Schutzgrad
Die Schutzart gibt an, wie gut das Gehäuse eines elektrischen Geräts vor dem Eindringen von Fremdkörpern (Staub, Flüssigkeiten usw.) schützt. Je höher die Schutzart, desto besser der Schutz. Das Gerät CE48100-W hat die Schutzart IP65 und bietet somit einen höheren Schutz.
Elektrische Parameter
(1) Nennenergie
Die Wahl der richtigen Batteriekapazität ist ein komplexer Prozess. Neben der Last müssen auch die Lade- und Entladekapazität der Batterie, die maximale Wechselrichterleistung, die Betriebsstunden der Last, spezifische Anwendungsszenarien usw. berücksichtigt werden. Die CE48100-W hat eine Nennkapazität von 5,12 kWh und deckt damit im Allgemeinen den Speicherbedarf einer ganzen Familie ab.
(2) Betriebsspannung
Dieser Spannungsbereich muss mit dem Eingangsspannungsbereich der Batterie des Wechselrichters übereinstimmen. Eine höhere oder niedrigere Spannung führt dazu, dass das Batteriesystem nicht mit dem Wechselrichter verwendet werden kann. Der Betriebsspannungsbereich des CE48100-W liegt zwischen 40 und 58,4 V und ist somit für alle CHISAGE ESS Heimspeicher-Wechselrichter geeignet.
(3) Maximaler Lade-/Entladestrom
Die maximale Lade-/Entladestromstärke des Batteriesystems bestimmt die Lade-/Entladezeit. Die CE48100-W hat eine maximale Ladestromstärke von 50 A und eine maximale Entladestromstärke von 100 A, d. h. sie unterstützt das Laden mit 0,5C und das Entladen mit 1C.
Sicherheitsparameter
(1) Lithium-Ionen-Batterietyp
Lithium-Ionen-Akkus werden hauptsächlich in Lithium-Kobalt-, Lithium-Mangan-, Lithium-Nickel-, Lithium-Eisenphosphat- und weitere Lithium-Ionen-Akkus unterteilt, je nach verwendetem Kathodenmaterial. Im Hinblick auf Sicherheit, Stabilität und Wirtschaftlichkeit verwendet der CE48100-W einen stabileren und zuverlässigeren Lithium-Eisenphosphat-Akku.
(2) Gewährleistung
Achten Sie auf die Garantiebedingungen, die Dauer und den Umfang der Batteriegarantie. Im Allgemeinen beeinflussen zwei Faktoren die Garantiezeit: die Garantiedauer und die Anzahl der Ladezyklen innerhalb einer bestimmten Entladetiefe (DOD), wobei der erste Zyklus die Garantiezeit erreicht. Beispielsweise hat die CE48100-W eine 5-jährige Garantie (erweiterbare Garantie auf 10 Jahre) und eine maximale Zyklenzahl von 6.000 bei 80 % Entladetiefe. Werden innerhalb der 5-jährigen Garantiezeit 6.000 Zyklen überschritten, erlischt die Garantie.
Umweltparameter
(1) Temperaturbereich
Bitte beachten Sie den vom Akku unterstützten Umgebungstemperaturbereich. Eine Überschreitung dieses Bereichs kann die normale Funktion des Akkus beeinträchtigen. Der Akku CE48100-W unterstützt einen Ladetemperaturbereich von 0–55 °C und einen Entladetemperaturbereich von -20–55 °C.
(2) Luftfeuchtigkeit
Für einige feuchte oder hochgelegene Gebiete beachten Sie bitte diesen Parameter: Der Feuchtigkeitsbereich der CE48100-W-Batterie beträgt 20~95%RH.
Darüber hinaus sollten weitere Merkmale von Niedervoltbatterien berücksichtigt werden, um den Nutzern ein komfortableres Nutzungserlebnis zu bieten. Die CHISAGE ESS-Batterie beispielsweise verwendet Batterien der Klasse A mit höherer nutzbarer Kapazität. Sie unterstützt bis zu 15 parallel geschaltete Batterien, um den Bedarf an Batteriekapazitätserweiterung zu decken, und ermöglicht zudem die automatische BMS-Adressierung, wodurch sie mit einer größeren Bandbreite an Wechselrichtern kompatibel ist. Nutzer können anhand ihrer individuellen Bedürfnisse und unter Berücksichtigung der verschiedenen Batteriefunktionen die optimale Wahl treffen.
Das Niederspannungs-Lithiumbatterie-Energiespeichersystem bietet vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der neuen Energien. Es eignet sich besonders für Heimspeichersysteme sowie industrielle und gewerbliche Energiespeicher und deckt ein breites Anwendungsspektrum in Privathaushalten, Büros, Einkaufszentren, Supermärkten, Krankenhäusern und anderen Umgebungen ab. Seine Vorteile wie hohe Sicherheit, lange Lebensdauer und hohe Energiedichte machen es zu einem wichtigen Trend in der Entwicklung der Energiespeichertechnologie. CHISAGE ESS wird sich auch weiterhin der Forschung, Entwicklung und Anwendung von Niederspannungs-Lithiumbatterie-Energiespeichersystemen widmen und so zur Weiterentwicklung der neuen Energiewirtschaft beitragen.
