Allgemeine Begriffe und Definitionen für Energiespeichersysteme

1. BMS (Batterie-Management-System)

Definition: Es ist das "Gehirn" des Batteriesystems, das für die Überwachung des Batteriestatus in Echtzeit, das Energiemanagement, die Kommunikation und Diagnose, den Sicherheitsschutz und die Ausgleichssteuerung verantwortlich ist und einen sicheren, effizienten und langlebigen Betrieb des Batteriesystems gewährleistet.

Anmerkung:

• Ein BMS besteht sowohl aus Hardware als auch aus Software.

• Die Leistung des BMS bestimmt unmittelbar die Sicherheit, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit des gesamten Systems.

2. SOC (State of Charge) - Einfach ausgedrückt: Verbleibende Kapazität

Definition: Der Prozentsatz der aktuellen Restkapazität der Batterie im Verhältnis zu ihrer Nennkapazität, d. h. SOC = (Restkapazität / Nennkapazität) x 100%.

Anmerkung:

• Der SOC ist eine wichtige Grundlage für die Schutzmechanismen des BMS, die Lade- und Entladestrategien, die Ausgleichssteuerung und die Statusrückmeldung.

• Der SOC-Wert wird vom BMS durch einen Algorithmus geschätzt und nicht direkt gemessen. Daher ist eine genaue SOC-Schätzungsstrategie für das BMS von entscheidender Bedeutung.

• Die Formel zur Berechnung des SOC lautet: SOC = Verbleibende Kapazität / Gesamtkapazität. Wenn sich eine Batterie verschlechtert, nimmt ihre maximale Kapazität ab. Um die aktuelle Restladung der Batterie genauer wiederzugeben, sollte die Gesamtkapazität die tatsächliche Gesamtkapazität über die aktuelle Lebensdauer der Batterie sein, auch bekannt als Echtzeitkapazität. Dieser berechnete SOC spiegelt die verbleibende Ladung des Akkus genauer wider und hilft dabei, die Lebensdauer des Akkus und andere Aspekte genauer einzuschätzen, so dass der Benutzer zuverlässigere Informationen über die Stromversorgung erhält.

3. Gesundheitszustand (SOH)

Definition: Das Verhältnis zwischen der aktuellen Ist-Kapazität einer Batterie und ihrer ursprünglichen Nennkapazität, d. h. SOH = (Aktuelle Ist-Kapazität / Ursprüngliche Nennkapazität) × 100%.

Anmerkungen:

• Dies ist ein Schlüsselindikator, der das Ausmaß der Leistungsverschlechterung des Akkus im Vergleich zu seinem Ausgangszustand misst. Er spiegelt in erster Linie die Verschlechterung der wichtigsten Leistungsindikatoren wie der Batteriekapazität und des Innenwiderstands wider. Der Benutzer kann den Alterungszustand der Batterie intuitiv einschätzen und so eine Grundlage für Entscheidungen über Wartung und Austausch schaffen.

• Wie der SOC wird auch der SOH durch einen Algorithmus geschätzt.

• Derzeit geht die Branche im Allgemeinen davon aus, dass ein SOH von 70% das Ende der Lebensdauer eines Energiespeichersystems bedeutet.

4. DOD (Depth of Discharge)

Definition: Der Prozentsatz der entladenen Kapazität einer Batterie als Prozentsatz ihrer Nennkapazität, d. h. DOD = (entladene Kapazität/Nennkapazität) x 100%.

Anmerkung:

• Dies ist ein Schlüsselindikator für die Messung des Entladungsgrades eines Batteriesystems, der einen visuellen Hinweis auf die Entladekapazität des Energiespeichersystems gibt.

• Unterschiedliche DODs können sich auch auf die Leistung von Lithiumbatterien auswirken (im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien ist der Einfluss von DOD auf Lithiumbatterien viel geringer, kann aber nicht völlig ignoriert werden).

5. Lade-/Entladerate (C-Rate)

Definition: Das Verhältnis zwischen dem Lade-/Entladestrom und der Nennkapazität. Zum Beispiel bedeutet 0,5C, dass der Lade-/Entladestrom die Hälfte der Kapazität der Batterie beträgt.

• Die maximale Lade-/Entladerate stellt die Obergrenze für die zulässige Lade-/Entladekapazität des Energiespeichersystems dar. In der Praxis wird dieser Wert jedoch nicht immer eingehalten; der tatsächliche Bedarf bestimmt die maximale Lade-/Entladerate.

• Die Lade-/Entladerate stellt visuell die maximale Lade-/Entladekapazität des Energiespeichersystems dar. Die Betriebskapazität des gesamten Energiespeichersystems dient als wichtige Grundlage für die Anpassung der Geräteleistung.

• Energiespeichersysteme sind meist 0,5C, während 1C eher für Frequenz- und Amplitudenmodulationsdienste verwendet wird.

• Die maximale Lade- und Entladerate einer Batteriezelle gibt ihre Kapazität an. Das BMS kann diesen Wert anhand des tatsächlichen Bedarfs neu definieren, um die Kapazität des Energiespeichersystems zu bestimmen.

6. Zykluszählung

Die Zyklenzahl ist eine zentrale Kennzahl für die Messung der Lebensdauer eines Energiespeichersystems. Bei den meisten auf dem Markt befindlichen Produkten gibt es jedoch Unklarheiten bei der Definition, der Schätzung und den experimentellen Daten der Zyklenzahl. Nur wenn wir die Grundlagen der Zyklenzahl verstehen, können wir die Qualität eines Energiespeichersystems beurteilen oder, genauer gesagt, feststellen, ob die Vermarktung eines Produkts betrügerisch ist.

In diesem Artikel werden die relevanten Bestimmungen der "GB/T 36276-2023 Lithium-Ionen-Batterien für die Energiespeicherung" analysiert:

"Nennleistungs-Lade- und -Entladezyklen" ist definiert als die garantierte Anzahl von Zyklen, bei denen die Energie der Batterie unter bestimmten Bedingungen auf den Nennwert abfällt, wenn sie zyklisch mit Nennleistung geladen und entladen wird.

Diese nationale Norm legt die Kriterien für die Zyklenprüfung fest, definiert aber nicht eindeutig die Anzahl der für die Lebensdauer erforderlichen Zyklen. Dies lässt vielen Herstellern von Energiespeichersystemen reichlich Spielraum für falsche Angaben zur Anzahl der Zyklen.

Die Definition von Fahrradzählungen umfasst drei Schlüsselelemente:

Unter bestimmten Bedingungen:

• Umgebungstemperatur: Im Allgemeinen wird eine Zellentemperatur von 25±2°C angenommen. In der Praxis ist eine konstante Temperaturregelung schwer zu erreichen, und die Temperatur kann von den Prüfbedingungen abweichen.

• Lade- und Entladeschlussspannung: Einschlägigen Daten zufolge liegt die Ladungs- und Entladeschlussspannung für Energiespeicherzellen bei 2,5-3,65 V. Dies variiert je nach Batteriemodul: Am gebräuchlichsten sind 2,7-3,65V, aber auch 2,8-3,55V und 2,8V-3,6V sind üblich.

• Definition eines Zyklus: Ein vollständiger Lade- und Entladevorgang (Entladekapazität = Nennkapazität) ist ein Zyklus. Einige häufige zweideutige Beschreibungen sind:
  • DOD 90%, Zykluszahl 10.000: Ist die Entladekapazität bei 90% DOD als Betriebskapazität des Energiespeichersystems definiert? Wenn sie auf der Betriebskapazität bei 90% DOD basiert, ist die Zykluszahl definiert?
  • 10.000 Zyklen: Dies ist eine völlig unklare Prüfbedingung, die weder die Entladetiefe noch die Verwendung der Nennkapazität als kumulativen Zyklus angibt.
  • Wird die Zyklenzahl für die Zelle, das Modul, den Batteriecluster oder das Energiespeichersystem geprüft?

Nennleistung zyklisches Laden und Entladen:

Unterschiedliche Lade- und Entladeleistungen können sich auch auf die Zyklenzahl der Batterie auswirken. Bei demselben Energiespeichersystem unterscheidet sich beispielsweise die Zyklenzahl bei einer Ladung und Entladung von 0,5 C von der bei einer Ladung und Entladung von 0,2 C.

Garantierter Dämpfungswert:

Gängige Werte wie 70% SOH und 80% SOH, die den Gesundheitszustand am Ende der Lebensdauer einer Batterie definieren, können die Zykluszahl erheblich beeinflussen.

Mate Solar ist der Ansicht, dass die Zyklenzahl von Energiespeichersystemen nur selten auf empirischen Daten beruht; die Schlussfolgerungen werden oft aus theoretischen Experimenten gezogen. Einige Hersteller übertreiben oder verwechseln die Angaben. Die Endnutzer sollten wachsam sein, sich im Vorfeld umfassend informieren und die Garantievereinbarungen klar definieren, um ihre eigenen Interessen zu schützen.

Dreistufige BMS-Architektur

7. BMU (Battery Management Unit): Ein gebräuchlicher Name, der keinen strengen, standardisierten Namen hat.

Eine BMU wird in der Regel im Inneren des Batteriepacks installiert. Ihre Hauptfunktion ist die Erfassung von Zellspannungs- und -temperaturdaten innerhalb des Pakets und die Umsetzung von Strategien zum Batterieausgleich.

8. BCMU (Battery Cluster Management Unit): Ein gebräuchlicher Name, der keinen strengen, standardisierten Namen hat. Auch bekannt als BCU/ESBCM.

Eine BCMU wird häufig in einer Hochspannungsschutzbox installiert. Ihre Hauptfunktion besteht darin, Informationen von der BMU der ersten Ebene zu sammeln, Spannungs-, Strom- und Isolationsdaten des Batterieblocks zu erfassen und die Schutzschütze des Batterieblocks zu steuern.

9. BSMU (Battery Stack Management Unit): Für die Batterie-System-Management-Einheit (BSU), die allgemein als Batterie-System-Management-Einheit (BSU) bezeichnet wird, gibt es keine strenge, einheitliche Norm. Sie kann auch als BSU, ESMU, BAMS oder BAU bezeichnet werden.

Sie wird häufig im Batterie-Cluster-Kombischrank installiert. Seine Hauptfunktion besteht darin, die von der BCMU der zweiten Ebene übertragenen Informationen zu sammeln, zu speichern und anzuzeigen. Außerdem bietet sie Echtzeitalarme, die Steuerung des Hauptschalters, Kontaktrückmeldungen und Echtzeitkommunikation mit dem PCS, EMS und der Vor-Ort-Überwachung.