Zyklenlebensdauer von Lithiumbatterien: 7 Faktoren, die Käufer prüfen sollten

Eine Batterie, die mit 6.000 Zyklen beworben wird, erreicht in Ihrer Anwendung möglicherweise keine 6.000 Zyklen. Die Angabe kann auf einer bestimmten Entladetiefe (DoD), Temperatur, Laderate und einem festgelegten End-of-Life-Schwellenwert beruhen. Für Käufer, die Systeme für Telekommunikation, USV, Solar, Marineanwendungen oder Antriebstechnik spezifizieren, ist die Zyklenlebensdauer einer Lithiumbatterie nur dann aussagekräftig, wenn diese Bedingungen dem tatsächlichen Betrieb entsprechen.

Die Zyklenlebensdauer bezeichnet die Anzahl der Lade- und Entladezyklen, die eine Batterie durchläuft, bevor ihre Kapazität oder Leistung einen festgelegten Grenzwert erreicht. Ein Zyklus muss nicht einer vollständigen Entladung entsprechen: Mehrere Teilentladungen können zusammen einen äquivalenten Vollzyklus ergeben. Prüfen Sie immer das Prüfverfahren und den zugrunde liegenden Kapazitätserhaltungs-Schwellenwert der angegebenen Zyklenzahl.

1. Chemie und Zellqualität. LiFePO4 wird häufig für Anwendungen gewählt, die eine lange Zyklenlebensdauer und thermische Stabilität erfordern. Die Chemie allein bestimmt jedoch nicht die Lebensdauer. Auch Zelldesign, Materialien, Fertigungskonstanz und Qualitätskontrolle sind entscheidend. Vergleichen Sie Daten für die tatsächliche Zelle und Packkonfiguration, statt sich auf eine allgemeine Aussage zur Zellchemie zu verlassen.

2. Entladetiefe. Die DoD bezeichnet den Anteil der Nennkapazität, der während eines Zyklus entnommen wird. Eine tiefere Entladung belastet die Zellen im Allgemeinen stärker und verringert die erreichbare Zyklenzahl gegenüber flacheren Zyklen. Bei Solarspeichern oder Telekommunikations-Backup sollte die nutzbare Kapazität auf die erwartete DoD ausgelegt werden, statt die Nennkapazität täglich als vollständig verfügbar anzunehmen.

3. Temperatur. Hohe Zelltemperaturen können die Alterung beschleunigen, insbesondere in Verbindung mit einem hohen SOC oder intensiver Zyklierung. Niedrige Temperaturen können Laden und verfügbare Leistung begrenzen; das Laden von Lithiumzellen unterhalb des angegebenen Temperaturbereichs kann Schäden verursachen. Prüfen Sie die Betriebs- und Ladetemperaturgrenzen sowie, ob das BMS bei Bedarf Schutz oder Heizung bietet.

4. C-Rate beim Laden und Entladen. Die C-Rate gibt den Strom im Verhältnis zur Batteriekapazität an: 1C entspricht einem Strom in Höhe der Nennkapazität in Amperestunden und bedeutet nominell eine Lade- oder Entladezeit von etwa einer Stunde. Höhere Raten erzeugen mehr Wärme und können die Zyklenlebensdauer verkürzen, wenn sie die Grenzwerte der Zelle oder des Packs überschreiten. Prüfen Sie die Dauer- und Spitzenwerte getrennt, einschließlich der Grenzwerte bei der erwarteten Umgebungstemperatur.

5. Ladespannung und Ladeprofil. Wiederholte Überspannung, mangelnde Ladegerätkompatibilität oder ein dauerhaft hoher SOC können zur Degradation beitragen. Vergewissern Sie sich, dass das Ladeprofil den vom Batteriehersteller angegebenen Spannungs- und Stromgrenzen entspricht. Prüfen Sie bei USV- und Solarsystemen die Einstellungen auf Systemebene und nicht nur an den Batterieanschlüssen.

6. Verweildauer bei hohem oder niedrigem SOC. Die Zyklenalterung ist nur ein Teil der Batteriealterung; die kalendarische Alterung tritt während der gesamten Einsatzzeit auf, auch wenn die Batterie nicht zyklisch betrieben wird. Eine lange Lagerung oder Standby-Zeiten bei sehr hohem SOC und erhöhter Temperatur können die Kapazität im Laufe der Zeit verringern. Legen Sie neben den Erwartungen an die Zyklenlebensdauer auch Lagerbedingungen und Standby-Einstellungen fest.

7. BMS-Steuerung und Systemintegration. Ein BMS überwacht Zellspannung und -temperatur, regelt Stromgrenzen und hilft, einen Betrieb außerhalb der zulässigen Bereiche zu verhindern. Eine unzureichende Abstimmung zwischen BMS, Wechselrichter, Ladegerät oder Last kann dennoch vermeidbare Belastungen oder Unterbrechungen verursachen. Prüfen Sie Kommunikationsprotokolle, Schutzschwellen und die Anzeige von SOC und SOH durch das System.

Stellen Sie beim Vergleich von Spezifikationen die Prüfbedingungen der Zyklenzahl gegenüber. Beispiel: Pack A ist für 6.000 Zyklen bis zu 80 % Restkapazität bei 25 °C und 80 % DoD ausgelegt; Pack B für 4.000 Zyklen bis zu 80 % Kapazität bei 25 °C und 100 % DoD. Die niedrigere angegebene Zyklenzahl von Pack B belegt nicht, dass es in einem System mit 50 % DoD kürzer hält. Fragen Sie nach den zugrunde liegenden Prüfbedingungen und den entsprechenden Prüfnachweisen.

Fordern Sie für eine Beschaffungsprüfung folgende Angaben schriftlich an:

- Ergebnis zur Zyklenlebensdauer und Kapazitätsschwelle am Lebensende, beispielsweise 80 % der Anfangskapazität.

- Bei den Prüfungen verwendete DoD, Temperatur, C-Rate beim Laden und Entladen sowie Ladeprofil.

- Nenn- und Nutzenergie, Dauer- und Spitzenstrom sowie erwarteter SOC-Betriebsbereich.

- Garantiebedingungen einschließlich Durchsatz- oder Zyklenbegrenzungen, kalendarischer Laufzeit und Ausschlüssen.

- Anwendbare Nachweise für Transport und Produktsicherheit, einschließlich UN38.3 sowie, sofern das Projekt es erfordert, IEC 62619 oder UL 1973.

Leiten Sie die erwartete Einsatzdauer aus den geplanten täglichen Zyklen und dem Betriebsprofil ab, betrachten Sie das Ergebnis jedoch als Schätzung und nicht als Garantie. Ein äquivalenter Vollzyklus pro Tag entspricht ungefähr 365 äquivalenten Vollzyklen pro Jahr; Teilzyklen verändern die Berechnung. Die tatsächliche Einsatzdauer hängt außerdem von der kalendarischen Alterung, der Wartung, den Systemsteuerungen und den Garantiebedingungen ab.

Für eine anwendungsspezifische Auslegung, Ladegrenzen und Schutzeinstellungen kann Newbeebattery als OEM/ODM-Partner für kundenspezifische Packs mitwirken und das LiFePO4-Packdesign sowie die BMS-Konfiguration an Anforderungen aus Telekommunikation, USV, Solar, Marineanwendungen oder anderen Projekten anpassen.

Die aussagekräftigste Zyklenlebensdauer einer Lithiumbatterie ist diejenige, die unter Bedingungen gemessen wurde, die Ihr System reproduzieren kann. Vergleichen Sie die Prüfannahmen, bestätigen Sie die Systemkompatibilität und legen Sie die Auslegung auf die benötigte Nutzenergie und das Einsatzprofil aus, statt allein die höchste Zyklenzahl zu wählen.