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Batterie-Enzyklopädie

Alles, was Sie über Batterien wissen möchten, von A bis Z, zusammengestellt von den TWAICE-Experten.

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Anode, Kathode, Gesundheitszustand, Entladetiefe, Lebensdauerende - lesen Sie über die wichtigsten Batteriebegriffe und Definitionen.

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Batteriezelle

Batteriezellchemien

Batteriekomponenten

Batteriemodellierung

Batteriebegriffe

Energiespeicher

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AC (Wechselstrom)

Batteriebegriffe

Ein elektrischer Strom, der periodisch die Richtung wechselt und in Stromversorgungssystemen und Geräten verwendet wird.

Alterungsmodell

Batteriemodellierung

Ein Alterungsmodell verwendet mathematische Beschreibungen relevanter Prozesse, die die Verschlechterung von Lithium-Ionen-Batterien im Laufe der Zeit vorhersagen. Es erfasst die Auswirkungen verschiedener Faktoren, wie z. B. Temperatur, Ladezustand und Zyklusmuster , auf die Lebensdauer und Leistung der Batterie. Alterungsmodelle betrachten in der Regel den Kapazitätsabfall und den erhöhten Innenwiderstand als primäre Indikatoren für die Batteriealterung. Durch die Vorhersage des Gesundheitszustands (SoH) der Batterie und die Schätzung ihrer verbleibenden Nutzungsdauer helfen Alterungsmodelle bei der Optimierung von Batteriemanagementstrategien, der Planung von Wartung oder Austausch und der Verbesserung der Gesamtleistung und Zuverlässigkeit batteriebetriebener Systeme.

Ampere

Batteriebegriffe

Eine Einheit der elektrischen Ladung, die die Ladungsmenge angibt, die durch einen gleichmäßigen Strom von einem Ampere, der eine Stunde lang fließt, übertragen wird.

Anode

Batteriezelle

Elektrode, an der die Oxidation stattfindet - setzt bei der Entladung Elektronen frei. Besteht in der Regel aus Graphit und Bindematerial. Die Batteriewissenschaft und die Industrie haben sich darauf geeinigt, sie als "negative" Elektrode zu bezeichnen, obwohl sich der Oxidations- und Reduktionsprozess von der Entladung zur Ladung ändert.

Arbitrage

Energiespeicher

Im Energiesektor bedeutet Arbitrage, Energie zu kaufen, wenn die Preise niedrig sind, und sie zu verkaufen, wenn die Preise hoch sind. Für Batteriespeichersysteme kann dies bedeuten, dass sie Energie außerhalb der Spitzenlastzeiten speichern, wenn der Strom billiger ist, und sie dann während der Spitzenlastzeiten zu einem höheren Preis wieder an das Netz verkaufen. Diese Praxis kann dazu beitragen, Angebot und Nachfrage auszugleichen, die Netzpreise zu stabilisieren und den Betreibern von Energiespeichern eine Investitionsrendite zu verschaffen.

Auto-Trading

Energiespeicher

Im Zusammenhang mit Energie bezieht sich der Begriff Autohandel auf den Einsatz automatischer Systeme zum Kauf und Verkauf von Energie auf dem Markt. Diese Systeme können Algorithmen zur Analyse von Marktdaten, zur Vorhersage von Preistrends und zum Abschluss von Geschäften verwenden, um Gewinne zu maximieren oder andere Ziele zu erreichen, z. B. den Ausgleich der Netznachfrage.

BMS (Batterie-Management-System)

Batteriekomponenten

Ein BMS ist ein elektronisches System, das die Leistung eines Batteriepacks überwacht und steuert. Es schützt die Batterie davor, außerhalb ihrer sicheren Spannungs-, Temperatur- und Stromgrenzen zu arbeiten, und sorgt so für optimale Leistung und Langlebigkeit. Ein BMS liefert auch wichtige Informationen über den Ladezustand, den Gesundheitszustand und andere Leistungsparameter der Batterie.

Nebenreaktionen von Batteriezellen

Batteriebegriffe

Unerwünschte chemische Reaktionen innerhalb einer Batteriezelle, die die Materialien zersetzen und die Gesamteffizienz und Lebensdauer verringern können.

Batterie-Kühlsystem

Batteriebegriffe

Ein Mechanismus, der dazu dient, überschüssige Wärme von einem Akkupack abzuleiten, um eine Überhitzung zu verhindern und eine optimale Leistung zu gewährleisten.

Batterieintegration

Batteriebegriffe

Das Verfahren zur Integration einer Batterie in ein System, das optimale Kompatibilität, Leistung und Sicherheit gewährleistet.

Akku-Entspannung

Batteriebegriffe

Die Zeitspanne nach dem Laden oder Entladen , in der sich die internen Bedingungen einer Batterie stabilisieren und ihre Spannung in einen stabilen Zustand zurückkehrt.

Schätzung des Batteriezustands

Batteriemodellierung

Der Prozess der Bestimmung wichtiger Batterieparameter (wie z. B. Ladezustand, Gesundheit) durch Algorithmen und Sensordaten.

Alterung/Abbau der Batterie

Batteriebegriffe

Dies ist der Prozess, bei dem eine Batterie im Laufe der Zeit aufgrund chemischer und physikalischer Veränderungen in den Batteriezellen allmählich an Leistungsfähigkeit verliert. Zu den Faktoren, die zur Alterung beitragen, gehören die Anzahl der Zyklen, die Entladetiefe, die Temperatur und die Ladegeschwindigkeit. Die Alterung kann zu einer Verringerung der Energie- und Leistungskapazität sowie der Effizienz führen und den Innenwiderstand der Batterie erhöhen.

Batteriezelle

Kleinste einzelne elektrochemische Einheit, die eine bestimmte Energiemenge liefert, die von Größe, Chemie und Nutzung abhängt.

Batteriebrand

Batteriebegriffe

Tritt auf, wenn eine Batterie überhitzt wird und einen thermal runaway verursacht, was zu einem sich selbst erhaltenden Brand führen kann. Häufige Ursachen sind externe Kurzschlüsse, interne Fehler, mechanischer Missbrauch, schlechtes Design oder Überladung.

Batteriezustand

Batteriebegriffe

Ein Maß für den aktuellen Zustand einer Batterie im Vergleich zu ihrem Ausgangszustand. Er kann durch Faktoren wie Alter, Anzahl der Lade-/Entladezyklen, extreme Temperaturen und Überladung beeinflusst werden.

Lebenszyklus der Batterie

Batteriebegriffe

Dieser Begriff bezieht sich auf die Phasen, die eine Batterie von ihrer Herstellung bis zu ihrer Entsorgung durchläuft. Er umfasst die Herstellung, den Transport, die Nutzung, die Wartung, die mögliche Wiederverwendung (z. B. für Second-Life-Anwendungen ) und das Recycling oder die Entsorgung am Ende der Nutzungsdauer.

Modellierung von Batterien

Batteriemodellierung

Die Batteriemodellierung umfasst die Erstellung mathematischer Darstellungen von Lithium-Ionen-Batterien unter Verwendung grundlegender Beschreibungen aus Physik, Chemie und Thermodynamik, um ihre Leistung, ihr Verhalten und ihre Verschlechterung vorherzusagen. Diese Modelle helfen Ingenieuren in vielerlei Hinsicht, unter anderem bei der verbesserten Gestaltung von Batteriemanagementsystemen, der Optimierung von Ladealgorithmen und der Verbesserung der Gesamtleistung von Batterien.

Batteriemodul

Batteriekomponenten

Module fassen 'n' Zellen zu einem größeren Paket zusammen, wobei n größer als 1 ist. In der Regel sind Module die kleinste Einheit eines Batteriesatzes, die bei der Wartung ausgetauscht werden kann.

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Akku-Pack

Batteriekomponenten

Die Batteriepakete bestehen aus einer Anzahl von n Modulen , wobei n größer als 1 ist.

Leistung der Batterie

Batteriebegriffe

Dieser Begriff umfasst verschiedene Aspekte des Betriebs einer Batterie, vor allem ihre elektrische und thermische Leistung, einschließlich ihrer Kapazität (wie viel Ladung sie speichern kann), ihrer Energiedichte (wie viel Energie sie in einem bestimmten Volumen oder Gewicht speichern kann), ihrer Leistungsdichte (wie schnell sie Energie abgeben kann), ihrer Lade-/Entladeraten, ihres Wirkungsgrads und ihrer Lebensdauer.

Batterie-Recycling

Batteriebegriffe

Der Prozess der Rückgewinnung und Wiederverwendung von Materialien aus Altbatterien. Recycling trägt dazu bei, die Anzahl der auf Deponien entsorgten Batterien zu verringern und Ressourcen zu schonen.

Batteriegröße

Batteriebegriffe

Bezieht sich auf die elektrische Speicherkapazität, oft gemessen in Wattstunden (Wh) oder Amperestunden (Ah).

Batteriekette

Batteriekomponenten

Dies bezieht sich auf eine Konfiguration von mehreren Batteriezellen oder -modulen, die in Reihe, parallel oder in einer Kombination aus beidem miteinander verbunden sind, um einen Batteriesatz zu bilden. Der Zweck eines Batteriestrangs ist es, die gewünschte Spannung und Kapazität für eine bestimmte Anwendung zu erreichen. Bei Reihenschaltungen addiert sich die Spannung (V), während bei Parallelschaltungen die Kapazität (Ah) zunimmt.

Batterieschwellung

Batteriebegriffe

Batterien schwellen an, wenn die Li-Ionen zwischen Kathode und Anode hin- und herwandern. Die Volumenausdehnung ist abhängig von der verwendeten Elektrodenchemie . Einige Elektrodenmaterialien wie Silizium dehnen sich bei der Aufnahme von Li-Ionen um mehr als 300 % aus. Darüber hinaus kann die Batterie anschwellen, wenn sich Gas im Inneren einer Lithium-Ionen-Batterie ansammelt und sie dadurch aufbläht. Dies ist besonders bei Pouch-Zellen zu beobachten. Die Gasbildung kann auf verschiedene Faktoren zurückzuführen sein, darunter Überladung, hohe Temperaturen und Herstellungsfehler. Aufgeblähte Batterien stellen ein Sicherheitsrisiko dar und sollten umgehend ausgetauscht werden.

Batteriesystem

Batteriekomponenten

Batteriesysteme kombinieren eine Anzahl von n" Akkus , wobei n größer oder gleich 1 ist.

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Beginning of Life (BoL)

Batteriemodellierung

Der anfängliche Zustand einer Batterie oder eines Systems, der ihre Leistung und Kapazität angibt, bevor sie genutzt oder abgebaut wird.

Bootstrap-Wiederholungsstichprobe

Batteriemodellierung

Hierbei handelt es sich um ein statistisches Verfahren zur Schätzung der Verteilung einer Statistik (z. B. des Mittelwerts oder der Standardabweichung) durch Zufallsstichproben mit Ersatz aus dem Datensatz. Bei dieser Methode werden zahlreiche Stichproben entnommen, jede Stichprobe wird analysiert, und die Ergebnisse werden zur Bildung einer Verteilung verwendet. Dieser Ansatz ist besonders nützlich, wenn der ursprüngliche Datensatz klein ist, da er die Schätzung der Verteilung einer Statistik ermöglicht, ohne dass eine große Anzahl von ursprünglichen Beobachtungen erforderlich ist. Bootstrap-Resampling wird häufig beim maschinellen Lernen und bei der Datenanalyse verwendet, um die Unsicherheit eines Modells zu bewerten oder die Modellgenauigkeit zu verbessern.

C-Rate

Batteriebegriffe

Die C-Rate ist ein Maß für die Lade- oder Entladerate einer Batterie im Verhältnis zu ihrer Kapazität. Eine höhere C-Rate bedeutet eine schnellere Ladung oder Entladung. Batterien mit hoher C-Rate können mehr Leistung liefern, haben aber möglicherweise eine kürzere Lebensdauer und eine höhere Wärmeentwicklung.

Kalendarische Alterung

Batteriebegriffe

Bezieht sich auf die Verschlechterung von Batterien(Kapazitätsabnahme und Widerstandserhöhung ) im Laufe der Zeit. Diese Art der Alterung tritt auch auf, wenn die Batterie nicht geladen oder entladen wird. Ein vorherrschender Faktor ist die Entwicklung der Passivierungsschichten.

Kapazität

Batteriebegriffe

Die Kapazität einer Zelle ist, elektrochemisch gesehen, die Menge an Lithiumionen, die zwischen der oberen Grenzspannung und der unteren Grenzspannung zwischen Kathode und Anode ausgetauscht werden kann. Theoretische Werte weichen in der Regel von den praktisch erreichbaren ab, da nur ein Teil des in den Elektroden gespeicherten Lithiums für die elektrochemischen Reaktionen zur Verfügung steht. In der Praxis wird die Kapazität durch die Integration des Stroms über die Zeit berechnet. Zusätzliche Komplexität ergibt sich aus der Tatsache, dass sich Kathoden- und Anodenpotenziale mit der Temperatur ändern und somit die Kriterien für die obere und untere Grenzspannung beeinflussen. Um die Kapazität zu bestimmen, werden also sowohl die Stromrate als auch Temperaturinformationen benötigt. Außerdem muss angegeben werden, ob die Kapazität während der Ladung oder während der Entladung gemessen wird.

Die Zellenhersteller geben in der Regel einen Nennkapazitätswert für ihre Zellen an: Die Nennkapazität ist die Kapazität einer Zelle während der Entladung, die in der Regel in Amperestunden gemessen wird, und die unter vordefinierten Spezifikationen gemessen wird. In der Regel stellt der Zellenhersteller Informationen zur Bestimmung der Nennkapazität zur Verfügung, wie z. B. Temperatur, angewandter Strom und Abschaltspannung. Der Einfluss verschiedener Parameter auf die messbare Kapazität macht es schwierig, Tests von verschiedenen Parteien mit derselben Batteriezelle zu vergleichen. Ein direkter Vergleich ist nur möglich, wenn jedes Detail spezifiziert und vereinbart ist. Daher gibt es nicht die eine wahre Kapazität, sondern nur verschiedene Möglichkeiten, die verfügbare Kapazität unter bestimmten Bedingungen zu bestimmen.

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Kathode

Batteriezelle

Elektrode in einer Batteriezelle, in der eine Reduktion, d. h. die Aufnahme von Elektronen, stattfindet. Sie besteht in der Regel aus Metalloxiden, einem elektrisch leitenden Pulver und einem Bindemittel. In der Batterieforschung und -industrie hat man sich darauf geeinigt, sie als "positive" Elektrode zu bezeichnen.

Zellexplosion

Batteriebegriffe

Ein schwerwiegender Fehlermodus in Batterien, bei dem eine Zelle physisch zerbricht, oft aufgrund eines internen Druckaufbaus oder thermal runaway.

Aufladen

Batteriebegriffe

Dies ist der Vorgang, bei dem einer Batterie elektrische Energie zugeführt wird, so dass sie Energie für eine spätere Verwendung speichern kann. Beim Laden werden Elektronen von einer externen Stromquelle in die Batterie übertragen, wobei die chemischen Reaktionen, die beim Entladen stattfinden, umgekehrt werden.

Einspannkraft

Batteriebegriffe

Im Zusammenhang mit Batterien bezieht sich die Klemmkraft auf den Druck, der ausgeübt wird, um die Komponenten einer Batteriezelle, insbesondere die Elektroden und den Separator, fest zusammenzuhalten. Dies ist entscheidend für die Aufrechterhaltung eines guten elektrischen Kontakts und eines effizienten Ionentransports zwischen den Elektroden sowie für die strukturelle Integrität der Zelle. Eine unzureichende Klemmkraft kann zu einem erhöhten Innenwiderstand und einer ungleichmäßigen Stromverteilung führen, was die Leistung und Lebensdauer einer Batterie erheblich beeinträchtigen kann.

Cloud-basierte Batterie-Analytik

Batteriebegriffe

Die Nutzung von Cloud Computing zur Erfassung, Speicherung und Analyse von Batteriedaten, was eine Fernüberwachung und -verwaltung ermöglicht. Im Vergleich zu einem herkömmlichen Batteriemanagementsystem (BMS) kann Batterieanalytik-Software Trends und Anomalien frühzeitig erkennen, um Ausfälle zu vermeiden. Durch die Analyse historischer Daten liefert die Software tiefere Einblicke in relevante KPIs als ein BMS und bietet damit eine zweite Sicherheitsebene.

Inbetriebnahme

Energiespeicher

Dabei handelt es sich um den Prozess der Installation, Prüfung und Bestätigung, dass ein Batteriesystem wie vorgesehen funktioniert. Dazu gehören die Überprüfung der Installation, die Gewährleistung der Sicherheit, die Überprüfung der Leistung anhand der Spezifikationen und häufig auch die Einrichtung von Kommunikations- und Kontrollsystemen.

Konfidenzintervalle

Batteriemodellierung

Konfidenzintervalle sind ein aus der statistischen Analyse von Daten abgeleiteter Wertebereich, von dem man annimmt, dass er den wahren Wert eines unbekannten Parameters mit einem bestimmten Konfidenzniveau umfasst, das üblicherweise in Prozent ausgedrückt wird (z. B. 95 % Konfidenzintervall). Sie liefern einen geschätzten Wertebereich, in dem der interessierende Parameter wahrscheinlich enthalten ist, und sind von grundlegender Bedeutung für Hypothesentests und Regressionsanalysen. Bei Studien zur Batterieleistung kann ein Konfidenzintervall zum Beispiel die Zuverlässigkeit der geschätzten durchschnittlichen Batterielebensdauer angeben.

Auflösung von Kupfer

Batteriebegriffe

Dies geschieht, wenn sich das Kupfer des Anodenstromabnehmers der Batterie unter bestimmten Bedingungen, wie z. B. Tiefentladung oder hohe Temperaturen, im Elektrolyten auflöst. Dies kann zu einer Verringerung der Kapazität und Lebensdauer der Batterie und in schweren Fällen zu einem internen Kurzschluss führen.

Coulomb

Batteriebegriffe

Die Standardeinheit der elektrischen Ladung im Internationalen Einheitensystem (SI), die der Ladung entspricht, die durch einen Strom von einem Ampere in einer Sekunde übertragen wird.

Coulomb-Zählung

Batteriemodellierung

Dies ist eine Methode zur Schätzung des Ladezustands (SoC) einer Batterie. Dabei wird der Strom gemessen, der im Laufe der Zeit in die Batterie hinein- oder aus ihr herausfließt, und diese Werte werden summiert (ein Prozess, der als Integration des Stroms bekannt ist). Wenn man die Gesamtmenge an Ladung kennt, die in die Batterie hinein- oder aus ihr herausgeflossen ist, kann man den aktuellen Ladezustand der Batterie abschätzen. Diese Methode kann jedoch ohne Neukalibrierung im Laufe der Zeit ungenau werden, da sie Faktoren wie Effizienzverluste oder Alterungseffekte nicht berücksichtigt.

Strom

Batteriebegriffe

Ein Fluss von geladenen Elektronen oder Ionen, der normalerweise in Ampere (A) gemessen wird. Im Zusammenhang mit Batterien bezieht er sich auf die Menge an Ladung, die in die Batterie hinein oder aus ihr heraus fließt.

Zyklus

Batteriebegriffe

Ein Zyklus ist definiert als der Zeitpunkt, an dem die Zelle zum Ausgangspunkt zurückkehrt, nachdem sie einen Lade- und Entladevorgang durchlaufen hat, bei dem sowohl die obere als auch die untere Grenze der durch den Betrieb definierten Abschaltspannung erreicht wurde. Da ein Zyklus außer bei Zelltests (insbesondere bei Alterungstests) nur selten vorkommt, wird das Fahrprofil häufig durch äquivalente volle Zyklen charakterisiert:

Äquivalenter vollständiger Zyklus (EFC): Er wird verwendet, um jeden Zyklus oder jede Ladung oder Entladung in Bezug auf den Ladedurchsatz eines vollständigen Zyklus zu klassifizieren. Zum Beispiel entspricht ein Zyklus zwischen 50 und 100 % Ladezustand (SoC) (d. h. Beginn bei 50 % SoC, Laden auf 100 % und dann Entladen wieder auf 50 % SoC) 0,5 EFC

Halbzyklus: Das tatsächliche Fahrprofil kann in eine Reihe von Halbzyklen unterteilt werden, die auf verschiedenen Algorithmen wie dem Regenflussalgorithmus usw. basieren. Die Klassifizierungen für Halbzyklen können recht spezifisch sein, z. B. jedes Mal, wenn der Strom auf Null abfällt, ist ein Halbzyklus beendet. Oder wenn das SoC-Signal seine Richtung ändert.

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Zyklische Alterung

Batteriebegriffe

Bezieht sich auf die Verschlechterung von Batterien(Kapazitätsabfall und Widerstandszunahme ) aufgrund der Nutzung. Diese Art der Alterung tritt auf, wenn die Batterie geladen oder entladen wird. Die mechanische Beanspruchung der aktiven Elektrodenmaterialien ist ein wichtiger Faktor.

Zylindrische Zelle

Batteriezelle

Batteriezellen, die eine zylindrische Form haben und die heute am häufigsten verwendete Zellenart sind. Sie sind in verschiedenen Anwendungen weit verbreitet, darunter Elektrowerkzeuge und Elektrofahrzeuge.

DC (Gleichstrom)

Batteriebegriffe

Ein elektrischer Strom, der in eine Richtung fließt und in Batterien, Elektronik und einigen erneuerbaren Energiesystemen verwendet wird.

DCR (Gleichstromwiderstand)

Batteriebegriffe

Ist der Widerstandswert, der sich aus dem Verhältnis der Spannungsdifferenz vor und nach der Beaufschlagung der Zelle mit einem Stromimpuls und dem Stromwert des Impulses in einer bestimmten Zeitspanne ergibt.

Datengesteuerte Modelle

Batteriemodellierung

Modelle, die ausschließlich auf der Grundlage von Versuchs- oder Beobachtungsdaten entwickelt werden, ohne sich unbedingt auf die zugrunde liegenden theoretischen Mechanismen zu stützen. Bei diesem Ansatz werden häufig Algorithmen des machine learnings verwendet.

Dendritenwachstum

Batteriebegriffe

Dendritenwachstum ist ein Phänomen, das vor allem in Lithium-Ionen-Batterien beobachtet wird, wo Lithiumablagerungen während des Ladevorgangs stachelige Strukturen, so genannte Dendriten, bilden. Diese Dendriten können so groß werden, dass sie den Separator durchbrechen und zu Kurzschlüssen führen. Dies verringert nicht nur den Wirkungsgrad und die Lebensdauer der Batterie, sondern stellt auch ein erhebliches Sicherheitsrisiko dar, da Kurzschlüsse zu Überhitzung oder sogar Bränden führen können. Die Verhinderung des Dendritenwachstums ist ein wichtiger Forschungsbereich in der Batterietechnologie.

Entladungstiefe (DoD)

Batteriebegriffe

Die Entladetiefe (Depth of Discharge, DoD) ist die Differenz zwischen der oberen und unteren Grenze des Ladezustands (State of charge, SoC) eines Zyklus. Sie wird manchmal auch als Zyklustiefe bezeichnet. So ergibt z. B. ein Zyklus zwischen 10 % und 80 % SoC eine Entladetiefe von 70 % DOD. Sie wird gewöhnlich als Prozentsatz ausgedrückt.

Digital Commissioning

Energiespeicher

Validieren Sie die Installation und Leistung eines Systems vor dem Betrieb. Digital commissioning von Batteriespeichersystemen kann Herstellungs- oder Installationsprobleme aufdecken, die bei der physischen Inbetriebnahme nicht entdeckt wurden.

Digitaler Zwilling

Batteriemodellierung

Ein virtuelles Modell eines physischen Objekts oder Systems, das zur Simulation, Analyse und Steuerung verwendet wird.

Entladung

Batteriebegriffe

Der Vorgang, bei dem Strom aus einer Batterie entnommen wird, wodurch die gespeicherte Energie verbraucht wird. Beim Entladen wird die gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt.

Reichweite

Batteriebegriffe

Die maximale Entfernung, die ein Fahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrzeug, unter bestimmten Bedingungen mit einer vollen Ladung zurücklegen kann.

ESS / BESS / Batteriespeicher

Energiespeicher

ESS steht für Energiespeichersystem. BESS steht für Batterie-Energiespeichersystem. Dabei handelt es sich um Systeme, die elektrische Energie mithilfe von Batterietechnologie speichern, um sie zu einem späteren Zeitpunkt zu nutzen. Sie werden häufig zur Netzstabilisierung, zur Integration erneuerbarer Energien und zur Spitzenlastreduzierung eingesetzt.

Elektrisches Modell

Batteriemodellierung

Ein elektrisches Modell wird verwendet, um das Verhalten einer physischen Batteriezelle nachzubilden. Häufig werden für das elektrische Modell Komponenten aus elektrischen Schaltkreisen verwendet, um das elektrische Verhalten von Batterien zu imitieren, z. B. Widerstände, Kondensatoren oder Induktoren. Mithilfe eines elektrischen Modells lässt sich das elektrische Verhalten einer Batterie auf der Grundlage eines vordefinierten Eingangsprofils vorhersagen. Ein genaues elektrisches Modell muss Effekte wie die Hysterese von Batterien und auch die Temperaturabhängigkeit der Modellparameter berücksichtigen.

Elektrisches Netz

Energiespeicher

Ein Netz von Stromübertragungsleitungen, Umspannwerken, Transformatoren usw., das den Strom vom Kraftwerk zum Verbraucher liefert.

Elektrochemische Impedanzspektroskopie

Batteriemodellierung

Ein Verfahren zur Charakterisierung der Impedanz von elektrochemischen Systemen, das Einblicke in den Zustand und das Verhalten von Batterien ermöglicht. Sie liefert detaillierte Informationen über die internen Prozesse und Mechanismen und hilft so bei der Diagnose von Leistungsproblemen und der Entwicklung effizienterer und langlebigerer Batterien.

Elektroden

Batteriezelle

Dünne Beschichtungen auf Aluminium- oder Kupferfolie, die aus einer Mischung von Materialien bestehen, in denen die elektrochemischen Reaktionen stattfinden.

Elektrolyt

Batteriezelle

Die Komponente in der Batterie, die es geladenen Teilchen ermöglicht, von einer Elektrode zur anderen zu gelangen, und die den Elektronenfluss blockiert. In herkömmlichen Batterien ist der Elektrolyt flüssig. In Festkörperbatterien ist der Elektrolyt ein Feststoff.

Elektrolyt-Zersetzung

Batteriebegriffe

Dieser Begriff bezieht sich auf den chemischen Zerfall des Elektrolyts in einer Batterie, der oft durch Faktoren wie Überladung, übermäßige Hitze oder Verunreinigungen verursacht wird. Dieser Zerfall kann zu einer verminderten Batterieleistung, Gasbildung, einem erhöhten Innenwiderstand und einer Abnahme der Gesamtkapazität führen. Dies zu verhindern, ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Batterieleistung und -sicherheit.

Elektronen

Batteriezelle

Elektronen sind negativ geladene subatomare Teilchen, die in der Elektrizität eine Schlüsselrolle spielen. Im Zusammenhang mit Batterien und Stromkreisen sind sie die Träger des elektrischen Stroms, die sich in einem Stromkreis vom negativen zum positiven Pol bewegen.

Elektrothermisch

Batteriemodellierung

Bezieht sich auf die kombinierten elektrischen und thermischen Eigenschaften oder Prozesse, oft im Zusammenhang mit Batteriebetrieb und -management.

End of Life (EoL)

Batteriebegriffe

Das End-of-Life-Kriterium ist der Zeitpunkt, an dem die Zelle aus ihrer (ersten) Anwendung ausscheidet. In der Regel wird für Automobilanwendungen ein Gesundheitszustand (SoH) von 80 % oder eine Erhöhung des ohmschen Widerstands um bis zu 200 % verwendet. Nach der Automobilanwendung ist ein zweites Leben in stationären Anwendungen mit anderen EoL-Kriterien (z. B. 50% SoH) möglich.

Eine verbleibende Kapazität von 80 % mag wie eine willkürliche Wahl erscheinen, um die Zelle aus ihrer primären Anwendung zu nehmen, aber sie könnte ihren Ursprung in der schnellen Zelldegradation haben, die über diesen Gesundheitszustand der Zelle hinausgeht. Oberhalb von 80 % der verbleibenden Kapazität ist im Allgemeinen ein quasi-linearer Kapazitätsabfall und Widerstandsanstieg zu beobachten. Nach dem Übergang von 80 % auf 70 % verhalten sich der Kapazitätsabfall und der Widerstandsanstieg eher nichtlinear, was längerfristige Prognosen erschwert. Die oben genannten charakteristischen Parameter wurden zwar für Zellen definiert, werden aber auch häufig für höhere Ebenen wie Module, Systeme und Batterien verwendet.

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Energie

Batteriebegriffe

Die Energie ist die Gesamtmenge an Arbeit, die eine Lithium-Ionen-Batterie leisten kann und wird normalerweise in Wattstunden (Wh) gemessen. Sie ist ein Produkt aus Batteriespannung und -kapazität und bestimmt die Dauer, für die eine Batterie ein Gerät mit Strom versorgen kann.

Energiespeicher-Management-System (ESMS)

Energiespeicher

Ein System, das das Laden, Entladen und die Gesamtleistung eines Energiespeichersystems verwaltet und optimiert und so Sicherheit, Langlebigkeit und effizienten Betrieb gewährleistet.

Energiedichte

Batteriebegriffe

Die Energiedichte ist die Energiemenge , die eine Batterie pro Volumen- (volumetrische Energiedichte) oder Gewichtseinheit (gravimetrische Energiedichte) speichern kann. Batterien mit höherer Energiedichte können mehr Energie in einem kleineren, leichteren Gehäuse speichern, was sie für Anwendungen wie Elektrofahrzeuge und tragbare Elektronik wünschenswert macht.

FCR (Frequency Containment Reserve)

Energiespeicher

Eine Leistungsreserve, die dazu beiträgt, die Frequenz des Stromnetzes durch schnelle Leistungsanpassung stabil zu halten.

Schnellladung

Batteriebegriffe

Unter Schnellladung versteht man das Aufladen einer Batterie mit einem höheren Strom oder einer höheren Spannung als bei der Standardladung, wodurch die Zeit bis zum Erreichen einer vollen Ladung verkürzt wird. Schnelles Laden kann zwar bequem sein, aber es kann mehr Wärme erzeugen und die Batterie belasten, was sich möglicherweise auf ihre Lebensdauer auswirkt. Es gibt keinen definierten Schwellenwert für die Klassifizierung von Schnellladungen. Einige Anwendungen gelten als schnelles Laden, wenn eine vollständige Aufladung innerhalb von 30 Minuten erfolgt, während andere nur dann als schnelles Laden gelten, wenn eine vollständige Aufladung innerhalb von 10 bis 12 Minuten erfolgt.

Flow-Batterie

Batteriezellchemien

Eine Art von wiederaufladbarer Batterie, bei der die Energie durch chemische Komponenten, die in den im System enthaltenen Flüssigkeiten gelöst sind, gespeichert und wieder abgegeben wird.

Frequenzregelung/ -steuerung

Energiespeicher

Unter Frequenzregelung versteht man im Zusammenhang mit Energiesystemen die Aufrechterhaltung einer konstanten Frequenz des elektrischen Netzes (z. B. 60 Hz in Nordamerika oder 50 Hz in Europa). Dies ist entscheidend für die Stabilität und Zuverlässigkeit des Netzes. Batterien, insbesondere große Energiespeichersysteme, können zur Frequenzregulierung beitragen, indem sie überschüssige Energie aufnehmen, wenn die Frequenz zu hoch ist, oder Energie abgeben, wenn die Frequenz zu niedrig ist, und so helfen, Angebot und Nachfrage in Echtzeit auszugleichen.

Graphit

Batteriezelle

Eine Form von Kohlenstoff, die in vielen Batterien als Elektrodenmaterial verwendet wird und für ihre elektrische Leitfähigkeit und ihre Fähigkeit, Lithiumionen einzulagern, bekannt ist.

HVAC-Komponente

Batteriekomponenten

Teile des Heizungs-, Belüftungs- und Klimatisierungssystems, die für das Temperaturmanagement der Batterie von Bedeutung sind.

Wärmeübergangskoeffizienten

Batteriemodellierung

Im Zusammenhang mit Batterien geben die Wärmeübergangskoeffizienten an, wie effizient Wärme von den Batteriezellen abgeführt werden kann. Hohe Wärmeübergangskoeffizienten sind wünschenswert, um die Wärme effizient abzuführen und optimale Betriebstemperaturen aufrechtzuerhalten, wodurch die Leistung und Lebensdauer der Batterie erhöht wird.

Hysterese

Batteriebegriffe

Im Zusammenhang mit Batterien bezieht er sich auf die unterschiedlichen Gleichgewichtspotentiale (Spannungsunterschied zwischen Laden und Entladen) bei gleichem Ladezustand. Der Hystereseeffekt kann je nach Batteriechemie sehr ausgeprägt sein und erfordert eine sehr genaue Schätzung oder Messung der Klemmenspannung.

IBR (Inverted Based Resources)

Batteriebegriffe

Energiequellen, die mit Hilfe von Wechselrichtern Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln und so die Integration in das Stromnetz ermöglichen.

Unausgewogene Batteriezelle

Batteriebegriffe

Ein Zustand, bei dem die Zellen in einem Akkupack unterschiedliche Lade-, Gesundheits- oder Spannungszustände aufweisen, was sich auf die Leistung und Langlebigkeit auswirkt.

Impedanz

Batteriebegriffe

Enthält Informationen über den inneren Zustand einer Batterie und setzt sich aus Innenwiderstand und Reaktanz zusammen, die unter bestimmten Bedingungen wie Wechselstromfrequenz, Ladezustand, Gesundheitszustand und Temperatur gemessen werden.

Integratoren

Energiespeicher

Im Energiesektor beziehen sich Integratoren auf Systeme oder Unternehmen, die verschiedene Energietechnologien und -dienstleistungen kombinieren, um eine umfassende Lösung anzubieten. Dazu kann die Integration von erneuerbaren Energiequellen mit herkömmlichen Stromsystemen, Batteriespeichern und intelligenten Netztechnologien gehören, um die Effizienz, Zuverlässigkeit und Nachhaltigkeit zu verbessern.

Innenwiderstand

Batteriebegriffe

Der Innenwiderstand einer Batterie bezieht sich auf den Widerstand, den die internen Komponenten der Batterie, wie Elektroden, Elektrolyt und Pole, dem Stromfluss innerhalb der Batterie entgegensetzen. Dieser Widerstand führt dazu, dass ein Teil der von der Batterie erzeugten elektrischen Energie in Wärme umgewandelt wird, wodurch die verfügbare Spannung und der Strom, die an einen externen Stromkreis abgegeben werden können, verringert werden.

Joule

Batteriebegriffe

Die Einheit der Energie im Internationalen Einheitensystem (SI), definiert als die Energie, die übertragen wird, wenn ein Ampere Strom eine Sekunde lang durch einen Widerstand von einem Ohm fließt.

LCO (Lithium-Kobalt-Oxid)

Batteriezellchemien

LCO ist eine weit verbreitete Kathodenchemie für Lithium-Ionen-Batterien, die für ihre hohe Energiedichte und gute Zykluslebensdauer bekannt ist. Sie wird vor allem in tragbaren elektronischen Geräten wie Smartphones, Laptops und Kameras verwendet. Es war die erste Zellchemie in den 1990er Jahren, als Sony die Li-Ionen-Batterie auf den Markt brachte.

LFP (Lithium-Eisen-Phosphat)

Batteriezellchemien

LFP ist eine Kathodenchemie für Lithium-Ionen-Batterien, die sich durch hohe thermische Stabilität, lange Zyklenlebensdauer und hervorragende Sicherheitsmerkmale auszeichnet. Sie wird häufig in Elektrofahrzeugen, Netzspeichersystemen und industriellen Anwendungen eingesetzt.

LMFP (Lithium-Ferro-Mangan-Phosphat)

Batteriezellchemien

Dies ist eine Art von Kathodenmaterial, das in Lithium-Ionen-Batterien verwendet wird. Es bietet Vorteile wie hohe thermische Stabilität, Sicherheit und eine lange Zykluslebensdauer, obwohl es im Vergleich zu anderen Kathodenmaterialien wie NMC (Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid) in der Regel eine geringere Energiedichte aufweist.

LMO (Lithium Manganese Oxide)

Batteriezellchemien

LMO ist eine Kathodenchemie für Lithium-Ionen-Batterien, die eine hohe Leistungsabgabe und gute thermische Stabilität bietet. Sie wird in Elektrowerkzeugen, Elektrofahrrädern und einigen Elektrofahrzeugen verwendet.

LTO (Lithium-Titanat)

Batteriezellchemien

LTO ist eine Anodenchemie für Lithium-Ionen-Batterien, die für ihre extrem schnelle Ladefähigkeit, lange Zykluslebensdauer und hohe Sicherheit bekannt ist. Sie wird in Anwendungen eingesetzt, die ein schnelles Laden und Entladen erfordern, wie z. B. Elektrobusse und Netzspeicher.

Lithium Plating

Batteriebegriffe

Lithium plating ist ein Phänomen, das in Lithium-Ionen-Batterien auftritt, wenn sich Lithiumionen als metallisches Lithium auf der Anode (in der Regel aus Graphit) ablagern, anstatt interkaliert oder zwischen die Kohlenstoffschichten der Anode eingefügt zu werden.

Dies geschieht in der Regel unter bestimmten Bedingungen wie Schnellladung, Laden bei niedrigen Temperaturen oder wenn die Zelle bereits einen hohen Ladezustand erreicht hat. Im Laufe der Zeit können dadurch dendritische Strukturen entstehen, die in den Separator eindringen können und die Gefahr eines Kurzschlusses in der Batterie bergen. Dies verkürzt nicht nur die Lebensdauer der Batterie, sondern erhöht auch die Sicherheitsrisiken, da interne Kurzschlüsse zu thermal runaway und zu potenziellen Bränden oder Explosionen führen können.

Lithium-Ionen-Akku

Batteriezellchemien

Eine wiederaufladbare Batterie, bei der sich Lithiumionen beim Entladen von der negativen Elektrode(Anode) zur positiven Elektrode(Kathode) und beim Aufladen wieder zurück bewegen; aufgrund ihrer vergleichsweise hohen Energiedichte und ihres geringen Gewichts werden sie häufig in Mobiltelefonen, Laptops, Elektrofahrzeugen und zur Energiespeicherung im Netz verwendet.

Verlust von aktivem Anodenmaterial (LAMne)

Batteriebegriffe

LAMne beschreibt den Abbau oder Verbrauch des aktiven Materials in der Anode einer Batterie. Bei vielen Lithium-Ionen-Batterien ist Graphit das wichtigste aktive Material in der Anode. Seine Schichtstruktur ermöglicht die Interkalation von Lithiumionen. Der Verlust des aktiven Anodenmaterials wirkt sich direkt auf die Kapazität der Batterie und die gesamte Lebensdauer aus. Wenn das Graphit verbraucht ist, nimmt die Fähigkeit der Batterie, Energie zu speichern, ab, was zu einer Verringerung ihrer Gesamtleistung und Effizienz führt.

Verlust von aktiven Kathodenmaterial (LAMpe)

Batteriebegriffe

LAMpe beschreibt den Abbau oder Verbrauch des aktiven Materials in der Kathode einer Batterie. In Lithium-Ionen-Batterien werden verschiedene Materialien als aktives Kathodenmaterial verwendet. Gängige Beispiele sind Lithium-Kobalt-Oxid (LCO), Lithium-Eisen-Phosphat (LFP) und Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid (NMC). Der Verlust des aktiven Kathodenmaterials führt zu einer geringeren Energiespeicherkapazität der Batterie. Mit dem Abbau dieser Materialien sinkt die Gesamtenergiedichte der Batterie, was zu einer kürzeren nutzbaren Batterielebensdauer und einer geringeren Leistung führt.

Verlust des elektrischen Kontakts

Batteriebegriffe

Bei Batteriezellen bezieht sich dies auf die Unterbrechung der elektrischen Verbindung innerhalb der Zelle, die aus verschiedenen Gründen auftreten kann, z. B. durch physikalische Degradation der Elektrodenmaterialien, Zusammenbruch des leitenden Netzwerks oder mechanische Belastungen. Dieser Verlust behindert den effizienten Elektronenfluss, der für den Betrieb der Batterie entscheidend ist, und führt zu verminderter Leistung, Effizienz und manchmal zum vollständigen Ausfall der Batteriezelle.

Verlust von Lithiumbeständen (LLI)

Batteriebegriffe

Bezeichnet den irreversiblen Verlust von Lithium-Ionen in einer Batterie, der durch Nebenreaktionen wie die Bildung der Solid-Elektrolyte-Interphase entstehen kann. Dieser Verlust führt zu einer Verringerung der Gesamtkapazität einer Batterie.

Modell des maschinellen Lernens

Batteriemodellierung

Ein Modell für maschinelles Lernen ist eine algorithmische Struktur, die auf der Grundlage von Eingabedaten Vorhersagen trifft oder Entscheidungen trifft, indem sie Muster erkennt oder Entscheidungen mit minimalem menschlichem Eingriff trifft. Diese Modelle können von einer einfachen linearen Regression bis hin zu komplexen neuronalen Netzen reichen. Sie werden anhand eines Datensatzes (Trainingsdatensatz) trainiert, um aus den Eigenschaften der Daten zu lernen, und dann verwendet, um Vorhersagen für neue, ungesehene Daten zu treffen. Modelle des maschinellen Lernens haben ein breites Anwendungsspektrum, darunter Bild- und Spracherkennung, medizinische Diagnose, Börsenhandel und Vorhersage der Batterieleistung.

Fehlfunktionen

Batteriebegriffe

Fehler in einem System oder Gerät, z. B. einer Batterie, die verhindern, dass es wie vorgesehen funktioniert.

NCA (Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid)

Batteriezellchemien

NCA ist eine leistungsstarke Lithium-Ionen-Batteriekathodenchemie , die für ihre hohe Energiedichte, lange Zykluslebensdauer und schnelle Ladefähigkeit bekannt ist. Sie wird häufig in Elektrofahrzeugen, wie z. B. Tesla-Modellen, und tragbarer Elektronik verwendet.

NFPA 885

Energiespeicher

Normen der National Fire Protection Association, die Sicherheitsrichtlinien für die Installation von stationären Energiespeichersystemen enthalten. Sie umfassen Anforderungen an die Systemauslegung, Installation, Belüftung und Wartung, um die Sicherheit der Öffentlichkeit und der Rettungskräfte zu gewährleisten.

NMC (Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid)

Batteriezellchemien

NMC ist eine beliebte Kathodenchemie für Lithium-Ionen-Batterien, die eine hohe Energiedichte, gute thermische Stabilität und relativ niedrige Kosten bietet. Sie wird häufig in Elektrofahrzeugen, tragbarer Elektronik und Netzspeicheranwendungen eingesetzt. Die ersten NMC-Kathoden enthielten die gleiche Menge an Nickel (Ni), Mangan (Mn) und Kobalt (Co) und wurden NMC111 oder NMC333 genannt. Jüngste Entwicklungen erhöhten den Ni-Anteil und reduzierten den Mn- und Co-Gehalt, was zu einem Verhältnis von 8 Anteilen Ni zu 1 Anteil Mn und Co führte, auch NMC811 genannt.

Nennspannung

Batteriebegriffe

Die Nennspannung ist die durchschnittliche Spannung, mit der eine Batterie während ihresEntladezyklus arbeitet. Sie ist ein Schlüsselparameter zur Bestimmung der Kompatibilität der Batterie mit Geräten und Anwendungen. Bei Lithium-Ionen-Batterien liegt die Nennspannung in der Regel zwischen 3,3 V und 3,8 V, je nach Zellchemie.

Nichtlineare Entladungseigenschaften

Batteriebegriffe

Die Eigenschaft einer Batterie, die dazu führt, dass ihr Entladeverhalten bei unterschiedlichen Belastungen und Bedingungen nicht linear variiert.

OCV-Alterung

Batteriebegriffe

OCV-Alterung bezieht sich auf die Abnahme oder Verschiebung der Leerlaufspannung einer Batterie während ihrer Lebensdauer. Diese Veränderung der OCV ist auf die irreversiblen chemischen und physikalischen Veränderungen innerhalb der Batterie während ihrer Alterung zurückzuführen. Zu den Faktoren, die zur OCV-Alterung beitragen, gehören der Verlust aktiver Materialien, die Bildung und das Wachstum des Solid-Elektrolyte-Interphase (SEI) und andere Degradationsmechanismen. Während die Batterie altert, können sich ihre maximalen und minimalen OCV-Werte verschieben, was sich auf die gesamte nutzbare Kapazität auswirkt. Eine Verschiebung der OCV-Werte kann die Abschätzung des Ladezustands erschweren, was zu einer geringeren Batterieleistung und Lebensdauer führen kann.

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