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LionTec GmbH

Technologie

Lithium-Ionen-Batteriesysteme im Vergleich zu Blei-Säure-Batteriesystemen

Ein entscheidender Unterschied, wenn nicht gar der Entscheidendste, ist die Tatsache, dass Lithium-Ionen-Batteriesysteme flexibel sind. Bedeutet sie haben eine große Varianz. Diese Varianz ist darin begründet, dass eine große Vielfalt an Zellbauformen in verschiedensten Größen verfügbar sind. Man kann also aus der Vielfalt der Zellen, innerhalb der physikalischen Grenzen von Energiedichte und spezifischer Leistung, sehr verschiedene Bauformen realisieren. Bleibatterien sind hingegen meist starr in den jeweiligen Bauformen verhaftet. Geringste Änderungen gehen mit immensen – meist unverhältnismäßig hohen – Kosten einher. Darüber hinaus werden Bleibatterien, um Ihre Wirtschaftlichkeit darzustellen, grundsätzlich in großen Stückzahlen gefertigt. Somit kommen Lithium-Ionen-Batteriesysteme der Philosophie von Industrie 4.0, im Sinne von kurzer Lieferzeit, gepaart mit kleiner Losgröße und hoher Varianz sehr entgegen.

Langlebig, platzsparend und leicht: Lithium-Ionen-Akkumulatoren

Mit Lithium-Ionen-Akkusystemen von 20 bis 200 Ah bietet die LionTec GmbH Back-ups für die Energieversorgung an, die langlebiger, platzsparender und leichter sind als herkömmliche Systeme mit VLRA-Akkus. Damit bieten sie Vorteile sowohl im Hinblick auf die Betriebssicherheit als auch die Wirtschaftlichkeit.

Noch machen wartungsarme VLRA-Batteriesysteme (VLRA = Valve-Regulated Lead-Acid battery) den größten Teil der Akkus für die Stromversorgung aus. Dabei handelt es sich um AGM oder Gel-Akkus, bei denen kein Wasser mehr nachgefüllt werden muss, die aber im Betrieb Wasserstoffgas über Ihre Ventile in die Umgebung abgeben.

Immer interessanter werden aber Lithium-Ionen-Batteriesysteme. Und das aus gutem Grund.

Kapazität

Der Vergleich der Kapazitäten von Lithium-Ionen- (Li-Ionen-)Akkus und VLRA- Systemen ist auf den ersten Blick missverständlich. Während nämlich die Kapazität von Li-Ionen-Systemen in der Regel ein- oder zweistündig (C1 oder C2) angegeben wird, greift man bei VLRA-Akkus meist auf die Angaben für fünf-, zehn- oder zwanzigstündiges Entladen (C5, C10, C20) zurück. Ein echter Vergleich ist nur mithilfe einer einfachen Umrechnung möglich:

Li-Ionen-Systeme VRLA-Systeme
C1 oder C2 in Ah 0,65 x C20 in Ah
C1 oder C2 in Ah 0.60 x C10 in Ah
C1 oder C2 in Ah 0.72 x C5 in Ah

Volumen und Gewicht

Lithium-Ionen-Batteriesysteme benötigen bei gleicher Kapazität nur 50 % des Volumens von VLRA-Systemen.
Abhängig von Konstruktion und Art des Gehäuses wiegt der Li-Ionen-Akku nur 25 bis 35 % des vergleichbaren VLRA-Systems.

Ladezyklen

Lithium-Ionen-Systeme erreichen meist erheblich mehr Ladezyklen als Bleibatteriesysteme, die es auf maximal 300 Aufladungen bei jeweils vollständiger Entladung bringen. Allerdings sind kursierende Angaben von bis zu zehntausend Zyklen mit äußerster Skepsis zu betrachten. Denn diese Zahlen beruhen meist auf Laborergebnissen bei 60, 70 oder 80 % Entladetiefe mit Einzelzellen – und nicht mit Zellverbänden von 4, 7, 13 (15 für LiFePO4) oder gar bis zu 100 und mehr Zellen.

Realistischer sind Angaben von 1400 bis 2000 Ladezyklen bei 100 % Entladung.

Brauchbarkeitsdauer

Für VLRA-Systeme werden zehn und mehr Jahre Brauchbarkeitsdauer angegeben. Zu beachten ist dabei aber, dass sich oberhalb einer Umgebungstemperatur von 20 °C die Brauchbarkeitsdauer alle 10 °C halbiert (Arrheniuseffekt).

Bei Lithium-Ionen-Akkus tritt der Arrheniuseffekt erst oberhalb von 30 °C oder, wie häufig publiziert, oberhalb von 35 °C ein.

Das folgende Diagramm zeigt dieses Verhältnis:

li-vs-vrla-de

Ladezeit

VRLA-Systeme können in der Regel nicht schneller als in acht Stunden voll geladen werden. Lithium-Ionen-Akkus lassen sich meist in 2,5 Stunden voll laden, spezielle Systeme sogar noch schneller.

Für Zwischenladungen bedeutet dies, dass Lithium-Ionen-Systeme erheblich effektiver sind als VRLA-Systeme. Auch im Vergleich zu sogenannten VRLA- Schnellladesystemen mit zylindrischen Zellen (z. B. Optima) liegen die Lithium- Ionen-Systeme immer noch weit vorn, da sie sich bis zu mehr als 90 % Ladezustand in der Konstantstromphase der Ladung befinden. Bei VRLA-Systemen ist dies ohne Nachteile bis maximal 60 % möglich

Geometrie

Die Geometrie eines VRLA-Batteriesystems zu verändern ist einerseits sehr eingeschränkt (bezogen auf die Platten in den Batteriesystemen) und andererseits sehr teuer. Und schließlich: Die Zeit bis zur Marktreife („Time to Market“) eines neu entwickelten Batteriesystems ist sehr lang – unter Umständen ein Jahr oder länger.

Bei Lithium-Systemen ist dies deutlich anders. Hier können kleinere Zellen verwendet werden, wobei man allerdings nicht zu viele Parallelschaltungen – maximal zwei bis vier – akzeptieren sollte. Die Zellen können innerhalb gewisser Grenzen attraktiv angeordnet werden. Die Unterbringung des Steuerungs- und Kontrollsystems ist ebenfalls flexibel, sodass die „Time to Market“ nur vom Gehäuse – sofern denn ein solides Gehäuse eingesetzt wird – abhängt und oft nur wenige Wochen beträgt.

Vorteile für Die Anwendung

Zusammengefasst bieten Lithium-Ionen-Batteriesysteme diese Vorteile:

Letztlich bedeuten alle diese Vorteile eine deutlich bessere Wirtschaftlichkeit von Lithium-Ionen-Akkus gegenüber VLRA-Systemen.

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