Messtechnik
Mess- und Analysemethoden für LiFePo4-Energiespeicher
Energiespeicher auf Basis der Lithium-Eisenphosphat-Technologien "LiFePo4" haben im Vergleich zu konventionellen Blei-Säure-Akkumulatoren im Marktanteil deutlich aufgeholt und sind weiter im Vormarsch. Sie zeichnen sich durch zahlreiche wichtige Eigenschaften, wie eine höhere
Leistungsdichte, Stromaufnahme und Zyklenfestigkeit aus. Stetig dringen sie in neue Märkte und erschießen neue Anwendungsprofile.
Wesentliche Nachteile sind jedoch die Notwendigkeit einer Lade- und Entladeelektronik, auch BMS "Battery-Management-System" genannt, sowie die in ihrer Elektrochemie begründeten Spannungs-Ladungskurve. Beide erschweren die Bestimmung des Ladezustandes, wie konventionell durch eine Zellspannungsmessung gelöst.
Voranstehendes Bild zeigt beispielhaft die auf die Nennspannung normierte Systemspannung über dem Ladezustand SOC "State-of-Charge" mit "E" für einen Entladevorgang, "L" für einen Ladevorgang, "RS" für die Ruhespannung eines handelsüblichen LiFePo4-Speichers. Weiterhin ist zum Vergleich eine Entladekurve eines konventionellen AGM-Speichers gezeigt. Währen für einen AGM-Speicher die Spannung gut zur Bestimmung des Ladezustands verwendet werden kann, zeigt das flache Spannungsprofil der LiFePo4-Speicher eine höhere Änderung der Spannung durch Ladung bzw. Entladung als durch den SOC selbst. Die Ruhespannung ist zusätzlich durch Zeitkonstanten gekennzeichnet, welche sich nochmals über dem Ladezustand ändern. Dies erschwert eine direkte Messung wiederum und ist für den Betrieb selbst, sowie bei einer Fehlersuche oder einer Bestimmung der Alterungseffekte (SOH "State-of-Health") unabdingbar zu berücksichtigen.
Auch liefern diese Kurven wichtige Aussagen für die Auswahl einer korrekt arbeitenden Ladetechnik. LiFePo4-Speicher haben nicht nur ein insgesamt höheres Spannungsniveau, sondern ein besonderes Verhalten nahe ihrer Ladegrenzen. Übliche Laderegler oder oft auch die Elektroniken der Solarcontroller, berücksichtigen diese nicht ausreichend. Häufig verharrt die Ladeelektronik in den Bereichen steiler Spannungsgradienten, was wiederum zu einer frühen Schädigung führen kann.
