Was ist eine Batteriezelle, ein Batteriemodul und ein Batteriepack?

Wenn Sie in Branchen wie Elektrofahrzeugen und erneuerbaren Energien arbeiten, ist es wichtig, den Unterschied zwischen einer Batteriezelle, einem Batteriemodul und einem Batteriepack zu verstehen. Diese Teile haben in einem Batteriesystem unterschiedliche Aufgaben und ihre jeweilige Konfiguration kann sich erheblich auf Leistung, Effizienz und Sicherheit auswirken. In diesem Artikel werden daher die Besonderheiten der einzelnen Komponenten erläutert, indem erklärt wird, was sie voneinander unterscheidet und wie sie miteinander interagieren, um ein vollständiges Batteriesystem zu bilden.

Was ist eine Batteriezelle?

Eine Batteriezelle ist die kleinste Einheit eines Batteriesystems und fungiert als grundlegender Baustein. Jede Zelle besteht aus der Kathode (positive Elektrode), der Anode (negative Elektrode), einem Elektrolyten, der die Ionenbewegung zwischen den Elektroden unterstützt, und einem Separator. Die Ionenbewegung zwischen positiven und negativen Elektroden erzeugt einen Ionenfluss, den wir als elektrische Energie zum Betrieb verschiedener Geräte nutzen. Jede Zelle hat ihre eigene Kapazität, Spannung, Zyklenlebensdauer usw., die ihre Leistung für verschiedene Anwendungen bestimmt.

Arten von Batteriezellen

Batteriezellen gibt es in verschiedenen Formen, darunter zylindrische Zellen, prismatische Zellen und Pouch-Zellen.

Was ist ein Batteriemodul?

Ein Batteriemodul ist eine Baugruppe, die mehrere Batteriezellen kombiniert. Diese Zellen können entweder in Reihe oder parallel geschaltet werden. Eine einzelne Zelle dieser Art hat eine begrenzte Energiekapazität und kann daher für die meisten Anwendungen allein nicht genügend Strom liefern. Innerhalb der Module sind die Zellen über elektrische Verbindungen miteinander verbunden und in einem Schutzgehäuse untergebracht. Ein solches Design verbessert die Gesamtleistung/Effizienz und Energiekapazität des Systems. Infolgedessen bietet dieser modulare Ansatz mehr Flexibilität beim Entwurf von Batteriesystemen, die in vielen Anwendungen eingesetzt werden können, von miniaturisierten elektronischen Geräten bis hin zu groß angelegten Energiespeichersystemen.

Vorteile der Verwendung von Batteriemodulen

Es stimmt zwar, dass es einige Kleinanwendungen gibt, bei denen Batteriezellen direkt zu einem Batteriepack zusammengebaut werden können. Dieser Ansatz eignet sich am besten für kleine Geräte mit mäßigem Leistungsbedarf, wie z. B. kleine Elektronikgeräte. Für Anwendungen, die jedoch eine höhere Leistung, ein höheres Sicherheitsniveau und bessere Skalierbarkeitsaussichten erfordern, sind Batteriemodule besser geeignet, um diese Anforderungen zu erfüllen. Zu diesen Anwendungen zählen Elektrofahrzeuge, Speichersysteme für erneuerbare Energien und Industriemaschinen.

Einfache Wartung

Batteriemodule vereinfachen die Wartung im Vergleich zu einzelnen Zellen. Falls eines der Module defekt ist, kann es ausgetauscht werden, ohne dass der gesamte Batteriesatz zerlegt werden muss. Dadurch werden Ausfallzeiten und Wartungskosten reduziert. Standardisierte Module erleichtern Reparaturen und Austausch. Dies gewährleistet die Betriebskontinuität, insbesondere bei Anwendungen wie Elektrofahrzeugen und Energiespeichern im großen Maßstab.

Reduziertes Risiko eines thermischen Durchgehens

Batteriemodule erhöhen die Sicherheit, indem sie die Gefahr eines thermischen Durchgehens verringern. Wenn zu viel Hitze zu einem schädigenden Ausfall führt, spricht man von einem thermischen Durchgehen. Module ermöglichen fortschrittliche Wärmemanagementlösungen wie Flüssigkeitskühlung und Kühlkörper. Solche Systeme verwalten und leiten Wärme effektiv ab, wodurch sie in allen Zellen gleichmäßige Temperaturen aufrechterhalten. Außerdem können die Module Schutzschaltungen und Sicherungen aufweisen, die beschädigte Zellen isolieren, sodass sich Ausfälle nicht ausbreiten können.

Höhere Gesamtstrukturfestigkeit

Batteriemodule bieten einen robusten Schutz für einzelne Zellen. Das robuste Design reduziert das Risiko von Schäden durch Stöße, Vibrationen und andere Belastungen. Dies gewährleistet Zuverlässigkeit und Haltbarkeit. Eine verbesserte strukturelle Integrität ist insbesondere bei Anwendungen wie Elektrofahrzeugen von Vorteil, bei denen Batterien ständiger Bewegung und möglichen Kollisionen ausgesetzt sind.

Flexibilität und Skalierbarkeit:

Die Flexibilität und Skalierbarkeit von Batteriemodulen hilft bei der Entwicklung des Batteriesystems. Durch modulare Designs können Batteriepakete mit unterschiedlichen Spannungen und Kapazitäten hergestellt werden, was durch die Unterbringung unterschiedlicher Anzahlen dieser Module möglich ist. Dies bedeutet, dass Hersteller Batterien entsprechend den spezifischen Anwendungsanforderungen herstellen können, wenn sie kleine elektronische oder große Industriesysteme benötigen.

Erhöhte Produktionseffizienz

Batteriemodule führen durch standardisierte Prozesse zu einer höheren Produktionseffizienz. Dies gewährleistet Konsistenz in Bezug auf Qualität und Leistung. Vereinfachte Montageprozesse führen zu kürzeren Produktionszeiten sowie geringeren Kosten. Folglich können Hersteller qualitativ hochwertige Batteriesysteme günstig und schnell genug herstellen. Bei groß angelegten Fertigungsbetrieben wird dies bedeutsam, da es darauf abzielt, die Marktnachfrage zu erfüllen.

Was ist ein Akkupack?

Ein Akkupack ist ein komplettes Energiespeichersystem, das aus verschiedenen Akkumodulen besteht, die manchmal mit integrierten Managementsystemen zusammengesetzt werden. Ein ebenfalls in den Akkupack integriertes BMS ist ebenfalls enthalten. Weitere Elemente sind ein Batteriemanagementsystem (BMS), ein Wärmemanagementsystem und ein Gehäuserahmen, aus denen der Akkupack besteht. Alle diese Komponenten arbeiten harmonisch zusammen, um eine bessere Leistung und Sicherheit zu gewährleisten. Folglich verbessert das System die effiziente Speicherung und Verteilung von Energie für verschiedene Zwecke wie tragbare Elektronik, Elektrofahrzeuge und Energiespeicherung im großen Maßstab.

Wie werden Batteriepacks zusammengebaut?

Die Montage eines Batteriepacks umfasst mehrere wichtige Schritte. Zunächst müssen geeignete Batteriemodultypen ausgewählt und in das BMS integriert werden. Um die gewünschte Spannung und Kapazität zu erreichen, werden die Batterien entweder in Reihe oder parallel geschaltet. Dieser Prozess erfordert präzise elektrische Verbindungen, um eine gleichmäßige Leistungsverteilung über die gesamte Baugruppe sicherzustellen. Darüber hinaus muss der Innenwiderstand minimiert werden, da sich eine Erhöhung auf die Gesamtleistung des Packs auswirken kann.

Beim Zusammenbau eines Akkupacks werden thermische Aspekte berücksichtigt. Dazu gehören bei Bedarf fortschrittliche Systeme wie Flüssigkeitskühlung oder Wärmeableitungsmechanismen, um optimale Temperaturen aufrechtzuerhalten und so eine Überhitzung zu vermeiden. Dies ist insbesondere bei Hochleistungsanwendungen von größter Bedeutung, bei denen eine effektive Wärmeableitung ein thermisches Durchgehen verhindert und so die Lebensdauer des Akkupacks sichert.

Andererseits bezieht sich der Gehäuserahmen auf die strukturelle Festigkeit und den Schutz vor Witterungseinflüssen, den dieser Behälter bietet, der alle anderen Teile des Geräts umgibt. Er ist nicht nur für mechanische Stöße, sondern auch für Vibrationen ausgelegt und gewährleistet so die Sicherheit und Zuverlässigkeit eines gesamten Batteriesystems. Abschließend wird das Paket Tests auf Leistungsindikatoren, insbesondere Sicherheit, unterzogen und erfüllt außerdem die Branchenstandards gemäß den behördlichen Vorschriften. Daher ist es nur dann für den Einsatz geeignet, wenn diese Prüfungen seine Qualitätsschwelle erfüllen.

Batteriezelle vs. Batteriemodul vs. Batteriepack

Eine Batteriezelle ist der grundlegende Baustein und stellt die Basiseinheit der Energiespeicherung dar. Mehrere Zellen werden zu einem Batteriemodul kombiniert, das die Kapazität und Spannung erhöht, um bestimmte Leistungsanforderungen zu erfüllen. Die Module werden dann in ein Batteriepaket integriert, eine komplette Energiespeicherlösung mit fortschrittlichen Managementsystemen und Schutzfunktionen.

Anwendungen von Batteriezellen, -modulen und -packs

Batteriezellen, -module und -packs werden in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, die jeweils spezifische Konfigurationen erfordern, um ihren individuellen Anforderungen gerecht zu werden. Beispielsweise werden in kleinen elektronischen Geräten häufig Batteriezellen eingesetzt. In diesen Fällen sind kompakte Größe und hohe Energiedichte entscheidend. Andererseits werden Batteriemodule in den meisten Fällen in Elektrofahrzeugen verwendet. Ihre Hauptfunktion besteht darin, ein schnelles Laden von Elektrofahrzeugen zu ermöglichen, das beim Bremsen oder im Parkzustand aufgeladen werden kann. Tatsächlich stellen solche Batterien sicher, dass dem Benutzer immer die richtige Menge an Strom zugeführt wird, je nach Bedarf.

Große Energiespeichersysteme nutzen mittlerweile Batteriepacks mit integrierten Managementsystemen. Diese Batteriepacks gewährleisten eine unterbrechungsfreie Stromversorgung.

In erneuerbaren Energiesystemen speichern Akkupacks überschüssige Energie, die von Solarmodulen oder Windturbinen erzeugt wird. Diese gespeicherte Energie kann später genutzt werden und stellt so eine stabile Stromversorgung auch in Zeiten geringer Energieerzeugung sicher. In Elektrofahrzeugen liefern Akkupacks die notwendige Leistung für den Antrieb. Sie regeln auch die thermischen Bedingungen, um Sicherheit und Langlebigkeit zu gewährleisten. Aufgrund ihrer Vielseitigkeit eignen sich Akkupacks für verschiedene Anwendungen, von der Energiespeicherung im Haushalt bis hin zu industriellen Stromversorgungssystemen.

Auswahl der richtigen Batterielösung

Bei der Auswahl einer Batterielösung müssen Sie bestimmte Aspekte wie Sicherheit, Wärmemanagement, Haltbarkeit, Größe und Gewicht berücksichtigen. Lithium-Ionen-Batterien werden aufgrund ihrer hohen Energiedichte, langen Lebensdauer sowie ihrer starken Sicherheitsfunktionen bevorzugt. Im Gegensatz dazu bieten Nickel-Metallhydrid-Batterien eine gute Energiedichte, haben aber eine kürzere Lebensdauer. Blei-Säure-Batterien sind kostengünstig und zuverlässig, wiegen jedoch mehr und haben weniger Leistung pro Masseneinheit sowie eine geringere Energiedichte bei weniger Zyklen als Lithium- oder Nickelsysteme. Nachfolgend finden Sie eine ausführliche Anleitung, die Ihnen beim Verständnis Ihrer Batteriespezifikationen hilft:

1. Strombedarf

Bestimmen Sie die für Ihre Anwendung erforderliche Leistungsabgabe in Watt (W). Dieser Wert lässt sich wie folgt berechnen:

Leistung (W)=Spannung (V)×Strom (A)Leistung (W)=Spannung (V)×Strom (A)

Wenn Ihr Gerät beispielsweise mit 12 V läuft und 2 Ampere benötigt, beträgt die erforderliche Leistung:

12𝑉×2𝐴=24𝑊12V× 2A= 24W

2. Batterie-Kapazität

Die Batteriekapazität gibt an, wie lange Sie eine Lithium-Ionen-Batterie verwenden können, bevor sie vollständig entladen ist. Sie wird normalerweise in Wattstunden (Wh) oder Amperestunden (Ah) gemessen. Um die erforderliche Kapazität zu berechnen, verwenden Sie die folgende Formel:

Kapazität (Ah)=Leistung (W)×Nutzungsdauer (h)Spannung (V)Kapazität (Ah)=Spannung (V)Leistung (W)×Nutzungsdauer (h)​

Oder direkt in Wattstunden (Wh):

Kapazität (Wh) = Leistung (W) × Nutzungsdauer (h)Kapazität (Wh) = Leistung (W) × Nutzungsdauer (h)

Ein Beispiel hierfür wäre ein Gerät, das über 24 Stunden 10 W verbraucht:

Kapazität (Wh)=24𝑊×10ℎ=240𝑊ℎKapazität (Wh)=24W× 10h= 240Wh

Schlussfolgerung

Jede Komponente in einem Batteriesystem hat eine bestimmte Funktion, damit das gesamte System effizient, sicher und leistungsstark funktioniert. Diese Unterschiede ermöglichen die Entscheidungsfindung und Auswahl der richtigen Batteriekonfiguration für Ihre Anwendung.

Keheng: Ihr Lithiumbatteriehersteller Nr. 1

Bei Keheng sind wir auf die Bereitstellung innovativer modularer Lithiumbatterien spezialisiert, die an alle Kundenanforderungen angepasst sind. Von Energiespeichersystemen über Industriebatterien bis hin zu Freizeitbatterien bietet unser umfangreiches Produktsortiment garantiert eine Lösung für jeden Bedarf.

Jedes einzelne von uns hergestellte Modul zeichnet sich durch überlegene Sicherheitsmerkmale, lange Lebensdauer sowie bessere Leistung aus. Dies liegt daran, dass sie hochentwickelte Wärmemanagementsysteme und starke Sicherheitsfunktionen enthalten, die einen maximalen Betrieb unter allen Umgebungsbedingungen gewährleisten. Als Innovator, der sich der Qualität verschrieben hat, ist Keheng Ihr zuverlässiger Partner, der Ihnen hilft, die Zukunft mit Energie zu versorgen.