LiConnect

Batterietausch erst nach 20 Jahren: LiConnect basiert auf einem aktiven Balancer, der für eine intelligente Energieverteilung zwischen den Zellen einer Batterie sorgt. Bild: Autarc Tech GmbH

Ein Batterieaustasch ist dadurch erst nach 20 Jahren erforderlich.

Für Unternehmen wird es in Zeiten der Energiewende immer wichtiger, auf energiesparende Systeme zu achten. Das gilt auch für Batterien. „Generell verfügen Batterie-Management-Systeme über sogenannte passive Balancer, die über Widerstände parallel zu den Zellen Energie von diesen ableiten und quasi verheizen“, erklärt Werner Zenke, Geschäftsführer des bayerischen Batterieherstellers AutarcTech. „Dieses Prinzip, das relativ viel Energie verschwendet, funktioniert aber nur beim Laden, nicht beim Entladen, sodass nach einiger Zeit die Kapazitäten der Zellen mehr und mehr voneinander abweichen.“

Herkömmliche Batterien gelten zudem bei einer Restkapazität von 30 bis 40 Prozent als leer. Da jeder Hersteller von Lithium-Batterien jedoch ein BMS benötigt, das gegen Über- oder Tiefentladen schützt und Spannung sowie Temperatur überwacht, und Baugruppen auf dem Markt in dieser Form nicht verfügbar sind, mussten bisher diverse Komponenten wie Zellbalancer, Hauptprozessor, Board, Relais, Sicherungen und Schaltausgänge einzeln zusammengestellt werden, wodurch sie nicht immer optimal aufeinander abgestimmt werden konnten. Oft fehlten Schnittstellen zu Batterie-Wechselrichtern, die gezielt für eine gesteuerte Ladung und Entladung sorgen oder die Montierbarkeit war durch unpassende Verbindungen nur schwer möglich.

Mit Unterstützung des Elektroniklabors Mikrolab hat AutarcTech die Baugruppe LiConnect entwickelt. „Statt der üblichen 70 Prozent Kapazitätsentnahme sind jetzt bis zu 100 Prozent möglich. Durch das Ausbalancieren der Zellen durch Energieübertragung der stärkeren zu den schwächeren Zellen steigt die Lebensdauer der Batterie um etwa 30 bis 40 Prozent“, berichtet Zenke. Dadurch erhöht sich auch der Wirkungsgrad des Balancers von 0 bei der passiven Variante auf über 95 Prozent beim aktiven induktiven Balancer: Herkömmliche Modelle können nur die Energie voller Zellen verbrennen, also in Wärme umwandeln, um eine Überladung der Zelle zu vermeiden.

LiRack
Vorgefertigte Kabelsätze mit integrierten Temperatursensoren stellen im LiRack die Verbindung zur Überwachungseinheit LiConnect her. Diese ist in einem 19’’-3HE-Industriegehäuse eingebaut, stellt die Verbindung zwischen Batteriezellen und Wechselrichter her und überwacht die Spannung. Bild: AutarcTech GmbH

Who is who

Der Batteriehersteller AutarcTech wurde 2010 gegründet. Bestandteil aller Batterien des Unternehmens ist die sogenannte LiConnect-Steuerung, die sich durch einen aktiven Balancer auszeichnet. LiConnect kann übrigens – trotz bevorzugter Lithium-Eisen-Phosphat-Speicherzellen – auch für Li-Zellen mit anderen Spannungen, chemischen Zusammensetzungen und von diversen Hersteller programmiert werden.

Kostenersparnisse über die gesamte Lebensdauer

Ein Ausgleich zwischen vollen und entleerten Zellen ist nicht möglich. Die Effizienz dieser Vorgehensweise liegt demnach bei 0 Prozent. Wie verschiedene Doktorarbeiten zum aktiven Balancing bestätigen, sind bei der neuen, aktiven Methode Kostenersparnisse über die gesamte Lebensdauer von rund 1500 Euro bei einem 5,6 kWh-Speicher oder bis zu 11.000 Euro bei einem 56 kWh-Speicher möglich. Als Kompetenzzentrum Batterie hat sich die Hochschule Ansbach, mit der AutarcTech bereits seit 2011 kooperiert, etabliert.

Dort werden vor allem langwierige Untersuchungen wie Zyklustests oder die Optimierung der Balancer durchgeführt. Je nach Sicherheitsanforderungen werden beim BMS ein oder zwei Relais mit jeweils einer oder zwei Sicherungen benötigt. „In Deutschland sind mittlerweile immer zwei vorgeschrieben, in anderen Ländern ist das aber nicht so“, berichtet Zenke. LiConnect existiert daher in den Versionen LC-200S und LC-200D. Ersteres enthält ein Relais und eine Sicherung 200A, LC-200D ist mit zwei Relais und zwei Sicherungen ausgestattet. In beiden Fällen handelt es sich um ein Board mit verschiedenen Schnittstellen und Steuerausgängen und einem oder zwei Relais inklusive Sicherung(en). Bis zu 16 Zellen können vom aktiven Balancer im LiConnect ausgeglichen werden.

Zusätzlich ist das System mit einer Internet-Fernüberwachung und einem ausgefeilten Sicherheitskonzept ausgestattet, das den Prozessor mit einer Einzelzellüberwachung von Spannung, Temperatur, Balancerstrom und einer Eigenüberwachung der Zellbalancer begleitet. „Über den prozessorinternen WatchDog wird ein ‚Herzschlag‘ an eine unabhängige Elektronik gesendet, die, wenn keine Signale mehr kommen, die Relais abschaltet und die Batterie vom Ladegerät beziehungsweise Verbraucher trennt“, führt Zenke aus. „Im Fall einer Funktionsstörung des Wechselrichters oder Ladereglers löst LiConnect somit selbstständig die elektrische Verbindung zum Speicher.

Dadurch wird eine Überladung oder Tiefentladung sicher verhindert. Die Redundanz bei der Elektronik und den Komponenten ermöglicht so höchste Zuverlässigkeit.“ Sollte eine interne Funktionsstörung vorliegen, sorgt WatchDog durch die separate Ansteuerung der beiden Relais für Plus und Minus dafür, dass beide abgeschaltet werden. Alle Lithium-Speicher der LiHome- und LiRack-Serien sind mit LiConnect ausgestattet. Da Speicherkapazitäten von 3,5 (60 Ah-Zellen) bis 55 kWh (1.000 Ah-Zellen) mit Lade- und Entladeströmen von 300 A realisiert werden können, sind die Speichergrößen universell für Gewerbebetriebe, Großanlagen, Photovoltaikanlagen und Off-Grid-Systeme geeignet. aru

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