Batterie-Enzyklopädie
Alles, was Sie über Batterien wissen möchten, von A bis Z, zusammengestellt von den TWAICE-Experten.
Eine Form von Kohlenstoff, die in vielen Batterien als Elektrodenmaterial verwendet wird und für ihre elektrische Leitfähigkeit und ihre Fähigkeit, Lithiumionen einzulagern, bekannt ist.
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.
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.
Energiequellen, die mit Hilfe von Wechselrichtern Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln und so die Integration in das Stromnetz ermöglichen.
Unabhängiger Netzbetreiber: Unabhängige Systembetreiber (ISOs) sind Organisationen, die regionale Stromnetze verwalten und eine zuverlässige Stromversorgung in den Vereinigten Staaten sicherstellen. Sie erleichtern den Marktbetrieb und die Integration neuer Technologien, einschließlich Batteriespeicher.
Ein Zustand, bei dem die Zellen in einem Akkupack unterschiedliche Lade-, Gesundheits- oder Spannungszustände aufweisen, was sich auf die Leistung und Langlebigkeit auswirkt.
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.
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.
Als Interkalation von Ionen bezeichnet man den Vorgang, bei dem Ionen in die Schichten eines Materials eingefügt werden, ohne dessen Gesamtstruktur wesentlich zu verändern. Dieser Prozess ist häufig bei Materialien wie Graphit oder geschichteten Metalloxiden zu beobachten, bei denen Ionen, wie z. B. Lithiumionen im Fall von Lithium-Ionen-Batterien, reversibel zwischen die Schichten des Wirtsmaterials eingefügt werden. Der Interkalationsprozess ist der Schlüssel zum Funktionieren verschiedener elektrochemischer Systeme, einschließlich wiederaufladbarer Batterien, da er die Speicherung und Freisetzung von Energie ermöglicht.
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.
Ein Wechselrichter wandelt Gleichstrom (DC) aus Batterien in Wechselstrom (AC) um und umgekehrt. Ein Anwendungsfall ist die Umwandlung von Gleichstrom aus Batterien in Wechselstrom zur Verwendung in Haushalten, Unternehmen und im Stromnetz. Wechselrichter sind entscheidend für die Integration von Batteriesystemen in die bestehende elektrische Infrastruktur
Als "Wechselrichter-Ungleichgewicht" wird ein Zustand bezeichnet, bei dem der Ausgang eines Wechselrichters (ein Gerät, das Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) umwandelt) über seine Phasen nicht ausgeglichen ist. Dies tritt in der Regel bei dreiphasigen Wechselrichtern auf, bei denen die Spannungen oder Ströme in den drei Ausgangsphasen (üblicherweise als A, B und C bezeichnet) nicht gleich oder nicht um 120 Grad phasenverschoben sind, wie es in einem perfekt ausgeglichenen System der Fall sein sollte.
Im Zusammenhang mit Batterien bezieht sich der Ionentransport auf die Bewegung von Ionen zwischen den Elektroden durch den Elektrolyten. Dieser Prozess ist für den Betrieb einer Batterie von grundlegender Bedeutung, da er für den Stromfluss und die Speicherung und Freisetzung von Energie unerlässlich ist
Eisen ist ein wichtiger Bestandteil der Kathode von Lithiumeisenphosphat-Batterien (LiFePO₄), wo es das Kathodenmaterial bildet. Lithiumeisenphosphat (LiFePO₄) ist bekannt für seine thermische Stabilität, Sicherheit, lange Zykluslebensdauer und relativ niedrigen Kosten, obwohl es im Vergleich zu anderen Kathodenmaterialien wie Lithiumkobaltoxid oder NMC (Nickel-Mangan-Kobalt) eine geringere Energiedichte aufweist
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.
Ein Key Performance Indicator (KPI) im Zusammenhang mit Batterien ist ein messbarer Wert, der zur Bewertung der Leistung und Effizienz eines Batteriesystems verwendet wird. KPIs für Batterien können Kennzahlen wie Energiedichte, Zyklusdauer, Lade- und Entladeraten, Effizienz und Kapazitätserhalt umfassen. Anhand dieser Indikatoren lässt sich beurteilen, wie gut eine Batterie unter bestimmten Bedingungen funktioniert, und sie dienen als Richtschnur für Verbesserungen in der Batterietechnologie.
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 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.
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 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 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 ist eine Schlüsselkomponente sowohl in der Kathode als auch in der Anode von Lithium-Ionen-Batterien. In der Kathode ist es häufig in Verbindungen wie Lithiumkobaltoxid (LiCoO₂), Lithiumeisenphosphat (LiFePO₄) und Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid (NMC) enthalten. In der Anode kann Lithium in Form von Lithiummetall oder als Einlagerungsmaterial in Graphit verwendet werden. Lithium erhöht die Energiedichte der Batterie und ermöglicht eine längere Lebensdauer, ein geringeres Gewicht und eine effizientere Stromspeicherung.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Fehler in einem System oder Gerät, z. B. einer Batterie, die verhindern, dass es wie vorgesehen funktioniert.
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.
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 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.
NPCC (Northeast Power Coordinating Council) ist eine regionale Organisation, die für die Zuverlässigkeit und Sicherheit des Stromnetzes im Nordosten der Vereinigten Staaten und in Teilen Kanadas zuständig ist. Der NPCC überwacht die Koordinierung des Stromnetzbetriebs, entwickelt und setzt Zuverlässigkeitsstandards durch und fördert die Zusammenarbeit zwischen den Versorgungsunternehmen und Netzbetreibern in seinem Zuständigkeitsbereich, um ein stabiles und zuverlässiges Stromnetz zu erhalten.
Nickel wird hauptsächlich in der Kathode von Lithium-Ionen-Batterien verwendet, in der Regel in nickelhaltigen Verbindungen wie Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid (NMC), Nickel-Metallhydrid (NiMH) und Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid (NCA). Nickel verbessert die Energiedichte, die Stabilität und die Gesamtleistung der Batterie, so dass sie sich für die Speicherung von Energie mit hoher Kapazität und langer Lebensdauer eignet.
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.
Die Eigenschaft einer Batterie, die dazu führt, dass ihr Entladeverhalten bei unterschiedlichen Belastungen und Bedingungen nicht linear variiert.
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.
Ein Zustand, in dem eine Unterbrechung im Stromkreis vorliegt, die den Stromfluss verhindert.
OCV ist die Differenz des elektrischen Potenzials zwischen den Polen einer Batterie, wenn sie nicht belastet wird (d. h. wenn kein Strom in die Batterie hinein oder aus ihr heraus fließt). Der OCV einer Lithium-Ionen-Batterie wird unter bestimmten Bedingungen wie dem Ladezustand (SoC) oder der Temperatur bestimmt und kann in Abhängigkeit von der spezifischen Chemie der Zelle variieren.
Zu diesen Strategien kann die Steuerung der Lade- und Entladezyklen gehören, um ein Gleichgewicht zwischen Leistung und Batterielebensdauer herzustellen, oder die dynamische Anpassung der Parameter auf der Grundlage der Echtzeitnutzung und der Fahrzeug-/Netzbedingungen.
Dies sind die Grenzen, innerhalb derer eine Batterie oder ein Energiesystem arbeiten muss, um Sicherheit, Zuverlässigkeit und Langlebigkeit zu gewährleisten. Zu den Betriebsgrenzen können maximaler und minimaler Ladezustand, Spannungspegel, Temperaturbereiche und Lade-/Entladeraten gehören.
Bei der Optimierung geht es darum, die Leistung und Effizienz von Batterien durch fortschrittliche Techniken und Technologien wie prädiktive Batterieanalytik zu verbessern. Dies kann die Verbesserung der Lade- und Entladeraten, die Erhöhung der Energiedichte und die Verlängerung der Batterielebensdauer umfassen.
Bezeichnet das Aufladen einer Batterie über ihre maximale Spannungsgrenze hinaus. Eine Überladung kann zu Überhitzung, Elektrolytzusammenbruch und in schweren Fällen zu einer thermal runaway.
Im Zusammenhang mit Batteriesystemen bedeutet Überdimensionierung, dass eine Batterie mit mehr Kapazität installiert wird, als routinemäßig benötigt wird. Dies geschieht häufig, um zukünftige Laststeigerungen oder die Verschlechterung der Batterie im Laufe der Zeit zu berücksichtigen oder um die Zuverlässigkeit und unterbrechungsfreie Stromversorgung in kritischen Anwendungen zu gewährleisten.
Ein Marktmechanismus, der die Teilnehmer für die Bereitstellung von Sofortreaktionsdiensten zum Ausgleich der Netzfrequenz entschädigt.
In Batteriezellen bezieht sich Partikelrissbildung auf den mechanischen Abbau von Elektrodenmaterialien, der häufig bei Kathodenpartikeln auftritt. Dies kann durch wiederholte Lade- und Entladezyklen geschehen, was zu einer Abnahme der mechanischen Integrität der Partikel führt. Diese Degradation kann zu einem Verlust des elektrischen Kontakts innerhalb der Elektrode führen, wodurch sich die Kapazität und Effizienz der Batterie mit der Zeit verringern.
Der Performance Manager von TWAICE ist ein Software-Tool, mit dem Anlagenmanager mühelos leistungsschwache Komponenten innerhalb ihrer Batterieenergiespeichersystemen (BESS) identifizieren und beheben können, um Systemtransparenz und Einblicke zu erhalten. Es bietet einen umfassenden Überblick über das System und zeigt die Anzahl der Probleme mit unzureichender Leistung, ihren Schweregrad, den genauen Ort innerhalb des BESS und die empfohlenen Maßnahmen an.
Dies sind Modelle, die auf den physikalischen und chemischen Prozessen innerhalb eines Systems basieren. Im Zusammenhang mit Batterien berücksichtigen sie elektrochemische Reaktionen, Ionendiffusion und andere Phänomene, um das Batterieverhalten zu beschreiben und vorherzusagen.
Ein Typ von Batteriezellen, der in einem flexiblen, flachen und rechteckigen Gehäuse untergebracht ist. Das Verpackungsmaterial besteht in der Regel aus einem Laminat aus dünnen Metall- und Kunststoffschichten.
Die Leistung bezieht sich auf die Geschwindigkeit, mit der eine Lithium-Ionen-Batterie Energie liefert oder verbraucht, gemessen in Watt (W). Eine Batterie mit höherer Leistung kann in einem kürzeren Zeitraum mehr Energie liefern, was schnellere Lade- und Entladeraten ermöglicht.
Ein Typ von Batteriezellen, der eine rechteckige oder quadratische Form hat und in einem Hartmetall- oder Kunststoffgehäuse untergebracht ist. Prismatische Zellen werden häufig in Energiespeichersystemen und Elektrofahrzeugen verwendet.
Preußischblau ist ein tiefblaues Pigment mit der chemischen Formel Fe4[Fe(CN)6]3. In Batterieanwendungen wird es in Form einer Verbindung verwendet, die als "Preußischblau-Analoga" oder "Preußischblau-Derivate" bekannt ist. Es wird in den Kathoden von Natrium-Ionen-Batterien verwendet, wo seine einzigartige Struktur mehrere Vorteile bietet. Die Stabilität in Verbindung mit der Kosteneffizienz der Materialien macht Preußischblau zu einer vielversprechenden Option für groß angelegte Energiespeichersystemen, z. B. für die Netzspeicherung, bei der eine lange Batterielebensdauer und niedrige Kosten entscheidend sind. Darüber hinaus könnten auf Preußischblau basierende Batterien, die sich noch in der Entwicklungsphase befinden, schließlich auch in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden, insbesondere in preisgünstigeren Modellen.
Der Wirkungsgrad eines Batteriesystems wird berechnet, indem die abgegebene Energie durch die zugeführte Energie über einen vollständigen Lade-/Entladezyklus geteilt wird.
Recyclebarkeit ist die Fähigkeit einer Batterie, nach ihrem ersten Lebenszyklus verarbeitet und wiederverwendet zu werden. Dieser Prozess trägt dazu bei, die Umweltbelastung zu verringern und wertvolle Materialien wie Nickel, Kobalt und Kupfer für die künftige Batterieproduktion zurückzugewinnen.
Bei der Regulierung geht es um die Umsetzung von Gesetzen und Richtlinien für die Herstellung, Verwendung und Entsorgung von Batterien. Diese Vorschriften gewährleisten Sicherheit, Umweltschutz und faire Marktpraktiken. Die Batterierichtlinie der Europäischen Union schreibt beispielsweise bestimmte Recyclingraten für Batteriematerialien vor und verpflichtet die Hersteller zur Einhaltung von Kennzeichnungs- und Leistungsstandards, um die Umweltbelastung zu verringern und die Sicherheit der Verbraucher zu erhöhen. In den Vereinigten Staaten legt der Battery Act (Battery Management and Recovery Act) Richtlinien für das Recycling und die Entsorgung von Batterien fest, die darauf abzielen, Umweltgefahren zu minimieren und die sichere Handhabung von Batterien während ihres gesamten Lebenszyklus zu fördern.
Die Relaxationszeit ist der Zeitraum, den eine Batterie benötigt, um nach dem Laden oder Entladen eine stabile Spannung und Temperatur zu erreichen. Die Kenntnis der Relaxationszeiten ist entscheidend für eine genaue Abschätzung des Lade- und Gesundheitszustands.
Im Zusammenhang mit Batterien und Energiesystemen bezieht sich die Zuverlässigkeit auf die Fähigkeit des Systems, seine erforderlichen Funktionen unter den erwarteten Bedingungen über einen bestimmten Zeitraum zu erfüllen. Sie ist ein entscheidender Faktor bei Anwendungen wie Stromnetzen, Elektrofahrzeugen und tragbarer Elektronik.
Die verbleibende Energiekapazität in einer Batterie, die angibt, wie viel Ladung noch gespeichert werden kann. Die Kenntnis der Restkapazität ist wichtig für die Verwaltung des Energieverbrauchs, die Planung von Aufladungen und die Vermeidung von unerwartetem Energieverlust. Sie spielt auch eine wichtige Rolle bei der Bestimmung des Endes der Lebensdauer einer Batterie, wenn ihre Kapazität unter einen bestimmten Schwellenwert ihrer ursprünglichen Kapazität fällt.
Die Dauer, für die eine Batterie oder ein System unter bestimmten Bedingungen mit einer einzigen Ladung betrieben werden kann.
Bezieht sich auf den Bereich, in dem der Gesundheitszustand (SOH) einer Batterie mit einer gewissen Sicherheit erwartet werden kann. Er liefert ein statistisches Maß für die Unsicherheit oder Variabilität der SOH-Schätzung.
Der Spannungsbereich, in dem eine Batterie oder ein Gerät sicher betrieben werden kann, ohne dass die Gefahr von Schäden oder unsicheren Bedingungen besteht.
Dieses Konzept beinhaltet die Wiederverwendung gebrauchter Batterien (häufig aus Elektrofahrzeugen) für neue Anwendungen, die in der Regel weniger anspruchsvoll sind als ihre ursprüngliche Verwendung. So können beispielsweise Elektrofahrzeugbatterien, deren Degradation unter ein für die Fahrzeugnutzung akzeptables Niveau gesunken ist, noch für stationäre Energiespeicheranwendungen geeignet sein.
Unter Selbstentladung versteht man den Verlust von gespeicherter Energie in einer Batterie, wenn sie nicht benutzt wird. Alle Batterien weisen eine gewisse Selbstentladung auf, aber Lithium-Ionen-Batterien haben im Allgemeinen eine geringere Selbstentladungsrate als andere Speichertechnologien. Die Minimierung der Selbstentladung kann dazu beitragen, die Lebensdauer der Batterie zu verlängern und die optimale Leistung zu erhalten.
Diese Modelle verwenden eine Kombination aus theoretischen Grundlagen und empirischen Daten, um das Verhalten einer Batterie nachzubilden. Sie schließen die Lücke zwischen rein theoretischen Modellen und solchen, die ausschließlich auf Beobachtungsdaten beruhen.
Der Separator ist eine wichtige Komponente in Lithium-Ionen-Batterien, die eine physische Barriere zwischen Anode und Kathode bildet, um Kurzschlüsse zu verhindern und gleichzeitig den Durchgang von Lithiumionen zu ermöglichen. Separatoren werden in der Regel aus porösen Materialien wie Polyethylen oder Polypropylen hergestellt.
Eine Lademethode für Batterien, bei der über einen längeren Zeitraum ein geringerer Strom verwendet wird, um die Batterie zu schonen und ihre Lebensdauer zu verlängern.
Der Prozess der Schätzung des Ladezustands einer Batterie, der das aktuelle Energieniveau im Verhältnis zu ihrer maximalen Kapazität angibt. Eine genaue SoC-Schätzung ermöglicht den optimalen Betrieb von Batteriesystemen und verhindert Überladung oder Tiefentladung , die die Lebensdauer der Batterie beeinträchtigen können. Die Techniken zur SoC-Schätzung reichen von einfachen spannungsbasierten Methoden bis hin zu komplexeren Algorithmen, die mehrere Variablen und historische Daten einbeziehen.
Natrium-Schichtoxide sind eine Klasse von Materialien, die durch ihre geschichtete Kristallstruktur gekennzeichnet sind, bei der Natriumionen (Na) zwischen Schichten von Metalloxiden eingelagert sind. Der Begriff "geschichtet" bezieht sich auf die Stapelung von abwechselnden Schichten aus Natriumionen und Übergangsmetalloxiden, was häufig zu einer zweidimensionalen Struktur führt. Natrium-Schichtoxide sind im Bereich der Energiespeicherung von besonderem Interesse, insbesondere für die Verwendung in Natrium-Ionen-Batterien, da sie in der Lage sind, Natriumionen während der Lade- und Entladezyklen reversibel ein- und auszulagern. Die Eigenschaften dieser Materialien, wie Kapazität, Stabilität und Leitfähigkeit, können durch Variation der Art des Übergangsmetalls und der Natriummenge in der Struktur eingestellt werden.
Dabei handelt es sich um eine Art von wiederaufladbaren Batterien, die Natriumionen als Ladungsträger verwenden. Natrium-Ionen-Batterien sind attraktiv, da Natrium im Vergleich zu Lithium reichlich vorhanden und kostengünstig ist, was sie zu einer potenziell nachhaltigeren und kostengünstigeren Option für die Energiespeicherung in großem Maßstab macht.
Eine Schicht, die sich während der ersten Ladezyklen auf der Grenzfläche zwischen Elektrode und Elektrolyt (auf der Anodenoberfläche ) einer Lithium-Ionen-Batterie bildet. Sie trägt zwar zur Stabilisierung des Batteriebetriebs bei, aber ihr Wachstum führt mit der Zeit auch zu Kapazitätsverlusten und einer Erhöhung des Widerstands .
Festkörperbatterien sind eine neue Technologie, bei der der flüssige Elektrolyt und der Separator in herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien durch einen festen Elektrolyt ersetzt werden. Sie bieten eine höhere Energiedichte, mehr Sicherheit durch ein geringeres Risiko von thermal runaway und eine längere Lebensdauer. Festkörperbatterien stehen jedoch vor Herausforderungen in Bezug auf Herstellung, Skalierbarkeit und Kosten. Im Idealfall ermöglicht der Einsatz von Festkörperelektrolyten die Verwendung anodenfreier Zellkonfigurationen, d. h. während des Herstellungsprozesses ist keine Anode vorhanden, sondern sie wird bei jedem Entladevorgang in Form einer dünnen metallischen Lithiumschicht auf dem Anodenstromabnehmer erzeugt.
Dabei handelt es sich um Algorithmen, die in Batteriemanagementsystemen (BMS) verwendet werden, um wichtige Batterieparameter zu schätzen, die vom BMS nicht gemessen werden können, wie z. B. Ladezustand und Gesundheitszustand. Kalman-Filter beispielsweise verwenden eine Reihe von Messungen, die im Laufe der Zeit beobachtet wurden und statistisches Rauschen und andere Ungenauigkeiten enthalten, und liefern Schätzungen unbekannter Variablen, die in der Regel präziser sind als solche, die auf einer einzigen Messung beruhen.
Vereinfacht ausgedrückt, gibt der Ladezustand (State of Charge, SoC) Auskunft darüber, wie viel Ladung noch in der Batterie vorhanden ist. Im Idealfall kann der SoC durch Messung der aus der Batterie entnommenen und in die Batterie zurückgeführten Ladung bestimmt werden. Eine Herausforderung besteht darin, dass die Messungen nicht ganz präzise sind, d. h. die Messung der entnommenen und der zugeführten Ladung kann unterschiedlich ausfallen, da die Sensoren nicht in der Lage sind, jede Ladungsänderung zu erfassen. Außerdem steht nicht jede Ladung, die in die Batterie eingeführt wird, später wieder zur Verfügung, da einige Prozesse im Inneren der Batterie durch Nebenreaktionen Ladung verbrauchen. Daher muss der SoC auf andere Weise bestimmt werden, nicht nur durch Messung der ein- und ausgehenden Ladung, sondern auch durch Überprüfung der resultierenden Spannung.
Die außen an der Batterie gemessene Spannung ist die Differenz zwischen dem Kathoden- und dem Anodenpotenzial . Das Kathoden- und Anodenpotenzial wird durch die Menge der im Material gespeicherten Lithiumionen bestimmt. Eine Möglichkeit wäre daher, mit Hilfe einer Nachschlagtabelle zu prüfen, welcher Spannungswert der Menge der in den Batterieelektroden gespeicherten Lithiumionen entspricht, was dann zur Bestimmung des SoC verwendet werden kann. Die Spannung selbst wird jedoch auch von der Temperatur und dem Alter der Batterie beeinflusst. Andere Effekte wie Polarisationen machen die SoC-Bestimmung allein durch Spannungsmessungen ebenfalls schwierig.
Sie ist im Allgemeinen definiert als das Verhältnis zwischen der aktuellen Kapazität und der ursprünglichen Kapazität. SoH wird im Allgemeinen mit Kapazitäten (SOHc) definiert. SoH kann jedoch auch als Widerstandserhöhung (SOHr) definiert werden oder auf der verfügbaren Energie im Vergleich zur Anfangsenergie basieren (SOHe). Manchmal wird SoH auch zwischen 0 und 1 skaliert, wobei 1 für eine neue Zelle steht und 0, wenn die Zelle das End of Life-Kriterium erreicht (z. B. 80 % Restkapazität).
SoH ist ein anspruchsvoller KPI. Erstens wird oft nicht auf die richtige Formulierung des SoH geachtet. Da der Wert ein Ergebnis ist, das auf der Teilung zweier Werte beruht, müssen wir sicherstellen, dass beide Werte tatsächlich vergleichbar sind. Das heißt, das Kapazitätsangebot muss unter den gleichen Bedingungen ermittelt werden wie die Ausgangskapazität. Konkret bedeutet das, dass z.B. die Spannungs- oder Ladezustandsgrenzen gleich sein müssen. Ansonsten stellen die verfügbare und die Anfangskapazität unterschiedliche Zustände dar und sind nicht vergleichbar.
Zweitens muss die verfügbare Kapazität, Energie oder der Widerstand während des täglichen Betriebs ermittelt werden, der dynamischen und unkontrollierten Mustern folgt. Zusätzlich beeinflussen die Temperatur und die Betriebsgeschichte die verfügbare Kapazität, Energie und den Widerstand, aber ihr Einfluss muss kompensiert werden, um den tatsächlich verfügbaren Zustand zu bestimmen. Daher sind hochentwickelte Modelle und Algorithmen erforderlich, um auch bei verrauschten und unkontrollierten Felddaten genaue Ergebnisse zu erzielen.
Damit ist die Berechnung des Wertes gemeint, unter den ein bestimmter Prozentsatz der Beobachtungen in einem Datensatz fällt. So ist beispielsweise das 50. Perzentil (Median) der Wert, unter dem 50 % der Beobachtungen liegen können. Die Berechnung des Perzentils wird häufig verwendet, um die Verteilung und die Tendenzen in einem Datensatz zu verstehen, z. B. die Leistungsbenchmarks in Batterielebenszyklen oder Energieverbrauchsmuster.
Ein Energiespeicher, der eine hohe Leistungsdichte und schnelle Lade-/Entladefähigkeiten bietet und in einigen Anwendungen Batterien ergänzt oder ersetzt.
Nachhaltigkeit bei Batterien bedeutet, Batteriesysteme so zu entwickeln und zu verwalten, dass die Auswirkungen auf die Umwelt so gering wie möglich sind und ein langfristiges ökologisches Gleichgewicht gefördert wird. Dazu gehören die Verwendung umweltfreundlicher Materialien, effiziente Produktionsmethoden und effektive Recyclingverfahren.
Ein theoretischer Rahmen zum Verständnis und zur Vorhersage der Kräfte, die durch das Schwellen von Batteriekomponenten während des Betriebs entstehen.