Batterieerweiterung im Parallelbetrieb: Risiken und bewährte Vorgehensweisen

Eine Batterieanlage, die mehr Laufzeit benötigt, lässt sich scheinbar einfach erweitern: Ein weiteres Pack parallel anschließen und die Kapazität erhöhen. Doch eine Erweiterung von Batterien im Parallelbetrieb ist nicht einfach additiv. Unterschiede bei Spannung, Impedanz, BMS-Einstellungen oder Kabelwiderstand können zu einer ungleichmäßigen Stromaufteilung, zum Auslösen der Schutzfunktionen oder zu unterschiedlicher Alterung der Packs führen.

## Kompatibilität vor dem Anschluss prüfen

Beginnen Sie mit den Anforderungen des Batterieherstellers. Die Packs sollten dieselbe Nennspannung sowie eine kompatible Zellchemie, Lade- und Entladegrenzen und ein kompatibles BMS-Verhalten aufweisen. Prüfen Sie bei LiFePO4-Systemen, ob die zulässige Ladespannung und die Unterspannungsabschaltung jedes Packs mit Wechselrichter, Ladegerät oder DC-Bus übereinstimmen.

Prüfen Sie, ob der Hersteller den Parallelbetrieb zulässt und eine maximale Anzahl von Packs vorgibt. Manche BMS unterstützen den Parallelbetrieb, erfordern aber Kommunikationsverbindungen, einen Master-Controller oder eine festgelegte Startsequenz. Gehen Sie nicht davon aus, dass übereinstimmende Spannungsangaben allein die Kompatibilität gewährleisten.

Wenn Sie ein Pack zu einer bestehenden Batterieanlage hinzufügen, prüfen Sie Modell und Revision, Alter, Kapazität und Betriebshistorie. Ein neues Pack kann zusammen mit einem stark zyklisierten Pack einen anderen Innenwiderstand und eine andere nutzbare Kapazität aufweisen. Fragen Sie den Hersteller, bevor Sie Packs kombinieren, insbesondere bei unterschiedlichen Marken oder BMS-Plattformen.

## Packs und Systemschutz vorbereiten

Bringen Sie die Packs vor dem Anschluss auf einen ähnlichen SOC und messen Sie ihre Klemmenspannungen mit geeigneten Geräten. Beachten Sie die vom Hersteller zulässige Spannungsdifferenz; einen allgemeingültigen sicheren Grenzwert für alle Packs gibt es nicht. Werden Packs mit unterschiedlichen Spannungen verbunden, kann ein hoher Ausgleichsstrom entstehen, für den das BMS oder die Verbindungen möglicherweise nicht ausgelegt sind.

Prüfen Sie den gesamten Strompfad, nicht nur die Batterieklemmen. Jeder parallele Strang benötigt korrekt dimensionierte Leiter und einen Überstromschutz, der gemäß Systemauslegung und geltenden Elektrovorschriften installiert wird. Ein Fehler in einem Strang darf nicht dazu führen, dass dessen Kabel unzureichend geschützt ist.

- Verwenden Sie für jeden Strang Kabel desselben Typs, Querschnitts und derselben Länge, sofern es die Anordnung des Herstellers zulässt.

- Installieren Sie Strangsicherungen oder Schutzschalter mit geeigneten Bemessungswerten und ausreichendem Ausschaltvermögen für die Batterie und den Fehlerstrom des Systems.

- Verwenden Sie eine Sammelschiene oder zugelassene Verteilerkomponenten, die für den Gesamtstrom ausgelegt sind; ziehen Sie die Anschlüsse mit dem vorgegebenen Drehmoment an.

- Prüfen Sie vor der Inbetriebnahme die BMS-Kommunikation, die Ladegeräteeinstellungen, die Wechselrichtergrenzen und alle erforderlichen Vorladeverfahren.

## Eine ausgewogene Stromaufteilung planen

Parallel geschaltete Packs teilen den Strom nicht zwangsläufig gleichmäßig auf. Unterschiede beim Kabelwiderstand, bei der Verbindungsqualität, der Packimpedanz, der Temperatur und dem Gesundheitszustand können dazu führen, dass ein Pack eine höhere Last trägt oder mehr Ladestrom aufnimmt. Gleich lange Strangleitungen und eine durchdachte Sammelschienenanordnung helfen, vermeidbare Ungleichgewichte zu verringern, ersetzen jedoch keine vom Hersteller freigegebene Auslegung.

Ein praktischer Vergleich verdeutlicht den Zusammenhang. Zwei identische Packs mit 48 V und 100 Ah ergeben im Parallelbetrieb eine Batterieanlage mit nominal 48 V und 200 Ah; bei gleicher Nennspannung verdoppelt sich die theoretisch gespeicherte Energie. Ist jedes Pack für eine Dauerentladung von 100 A ausgelegt, liegt die nutzbare Grenze der Anlage nicht automatisch bei 200 A: BMS-Abstimmung, Verkabelung, Schutz, Temperatur und die freigegebene Systemkonfiguration können eine niedrigere Grenze vorgeben.

Behandeln Sie C-Rate und DoD als Systemgrenzen und nicht nur als Zellenspezifikationen. Prüfen Sie die kontinuierlichen und Spitzenwerte für Lade- und Entladestrom des vollständigen Packs und des BMS und dimensionieren Sie Wechselrichter und Lasten entsprechend. Planen Sie den Regelbetrieb nicht auf Grundlage der Spitzenstromwerte und halten Sie den vom Hersteller empfohlenen DoD-Bereich ein, um die erwartete Zyklenlebensdauer zu unterstützen.

Legen Sie bei Anwendungen in der Telekommunikation, bei UPS und in der Solarspeicherung fest, wie die Batterieanlage SOC und SOH meldet. Parallel geschaltete Packs mit separaten BMS können individuelle Werte melden oder einen Controller zur Zusammenführung der Werte benötigen. Wenn Messwerte voneinander abweichen oder die Kommunikation ausfällt, muss festgelegt sein, wie sich das System verhält und ob es sicher weiterbetrieben werden kann.

## Die erweiterte Batterieanlage in Betrieb nehmen und warten

Befolgen Sie die freigegebene Anschluss- und Startsequenz, einschließlich Trennung und Vorladung, sofern vorgegeben. Prüfen Sie nach der Inbetriebnahme den Stromanteil jedes Packs unter repräsentativen Lade- und Entladebedingungen und achten Sie auf ungewöhnliche Erwärmung, Spannungsabweichungen, Alarme oder unerwartete BMS-Abschaltungen. Dokumentieren Sie Ausgangswerte, damit spätere Veränderungen erkennbar sind.

Überprüfen Sie die Batterieanlage regelmäßig und nach Änderungen an Firmware, Wechselrichter oder Packs. Für die Planung von Transport und Installation ist die zutreffende UN38.3-Prüfzusammenfassung einzuholen. Prüfen Sie bei stationären Anwendungen, welche Normen und Zertifizierungen für das Produkt und die jeweilige Rechtsordnung gelten. IEC 62619 und UL 1973 sind relevante Beispiele, doch es darf nicht angenommen werden, dass eine davon jede Systemkonfiguration zertifiziert.

Für Projekte, die zusätzliche Kapazität oder ein neues Betriebsprofil benötigen, kann Newbeebattery als OEM/ODM-Partner für kundenspezifische Packs dabei helfen, Packkonfiguration, BMS-Anforderungen und Anwendungsbedarf aufeinander abzustimmen.

Eine Erweiterung von Batterien im Parallelbetrieb funktioniert am besten, wenn Kompatibilität, Stromaufteilung, Schutz und Überwachung als ein Gesamtsystem geprüft werden. Klären Sie vor dem Anschließen der Packs die Grenzwerte des Batterieherstellers, nehmen Sie das System unter kontrollierten Bedingungen in Betrieb und dimensionieren Sie die Anlage anhand der freigegebenen Dauerwerte statt allein nach der theoretischen Kapazität.