Das charakteristischste Merkmal eines Energiespeichersystems besteht darin, dass es ein Energiespeichermedium enthält – Batterien. Einer der wichtigsten Leistungsindikatoren von Batterien ist ihre Lade- und Entladegeschwindigkeit oder -fähigkeit, die oft in Spezifikationen als „***C“-Parameter ausgedrückt wird, wie zum Beispiel „0,2 °C“, „0,3 °C“, „1 °C“ oder „2 °C“. .“ In industriellen und kommerziellen Energiespeichersystemen ist die häufigste Angabe „0,5 °C“. Aber warum wird 0,5 °C am häufigsten verwendet?

1. Was ist „C“?

„C“ ist die Abkürzung für Coulomb, die Einheit der elektrischen Ladung. Dieses Konzept wurde erstmals vom französischen Physiker Charles-Augustin de Coulomb eingeführt und ist definiert als die Menge elektrischer Ladung, die in einer Sekunde durch die Querschnittsfläche eines Leiters fließt.

Im Zusammenhang mit Energiespeicherbatterien steht „C“ für die Lade- und Entladerate, die die Größe des Lade- und Entladestroms angibt. Eine Lade- und Entladerate von 1C bedeutet, dass die Batterie ihre gesamte Kapazität innerhalb einer Stunde entladen kann, während eine Rate von 2C bedeutet, dass die Batterie ihre gesamte Kapazität in einer halben Stunde entladen kann.

2. Wie wird „C“ berechnet oder abgeleitet?

Die „C“-Rate ist ein konzeptioneller Parameter, im Gegensatz zu Strom (A) oder Spannung (V), bei denen es sich um feste Werte handelt. Wenn in einem Stromkreis beispielsweise ein Strom von 1 A fließt, bleibt der Stromwert unabhängig davon, welches Gerät zur Messung verwendet wird, bei 1 A.

Bei einer Lade- und Entladerate von 1C kommt es allerdings auch auf die spezifische Kapazität des Akkus an. Bei einer Batterie mit einer Kapazität von 1 Ah würde der Lade- und Entladestrom bei 1C 1A betragen. Bei einer Batterie mit einer Kapazität von 2 Ah beträgt der Lade- und Entladestrom bei 1C 2A und so weiter.

Daher lautet die Formel:

Lade-/Entladerate der Batterie (C) = Lade-/Entladestrom der Batterie ÷ Nennkapazität der Batterie

Beispielsweise hätte eine 1000-mAh-Batterie bei 0,2 °C einen Lade-/Entladestrom von 200 mA (1000 mAh × 0,2), während sie bei 1 °C einen Lade-/Entladestrom von 1000 mA (1000 mAh × 1) hätte.

Mit der „C“-Rate lässt sich die Lade- und Entladefähigkeit zweier Akkus mit gleicher Gesamtkapazität unter gleichen Bedingungen leicht vergleichen. Wenn beispielsweise zwei Batterien beide eine Kapazität von 1 Ah haben, Batterie 1 jedoch eine Rate von 3 C hat, was bedeutet, dass sie mit 3 A laden/entladen kann, während Batterie 2 nur mit 0,5 C oder 0,5 A laden/entladen kann, wird diese Batterie intuitiv angezeigt 1 hat eine viel bessere sofortige Lade-/Entladefähigkeit (Burst-Leistung).

3. Warum 0,5 °C?

Es ist wichtig, die Auswirkungen der C-Rate auf die Batterie zu verstehen:

• Übermäßige Polarisierung und erhöhter Innenwiderstand: Eine höhere Lade-/Entladerate erhöht die Wachstumsrate der internen Polarisation und des Widerstands, was zu einer verringerten Energiespeicherkapazität führt.
• Verlust von Aktivmaterialien und Li+: Eine höhere Lade-/Entladerate beschleunigt den Verlust von Aktivmaterialien und Li+, was zu einer Verschlechterung der Kapazität führt.
• Elektrolytverbrauch: Eine höhere Lade-/Entladerate erhöht den Elektrolytverbrauch, was sich weiter auf die Batterielebensdauer auswirkt.
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Typische Lithium-Metall-Batterien verwenden Mangandioxid (MnO2) als positives Elektrodenmaterial, metallisches Lithium oder eine Lithiumlegierung als negatives Elektrodenmaterial und eine spezielle nichtwässrige Elektrolytlösung.

Für Lithium-Ionen-Batterien:

• Entladungsreaktion: Li+ + MnO₂ → LiMnO₂
• Ladungsreaktion: LiCoO₂ + 6C → Li(1-x)CoO₂ + LixC6

Eine zu hohe Einstellung der Lade-/Entladerate kann sich negativ auf die Batterielebensdauer auswirken und sollte daher nicht zu hoch eingestellt werden. Ein zu niedriger Wert, wie z. B. 0,1 °C, 0,2 °C oder 0,3 °C – wie er häufig bei Blei-Säure-Batterien auftritt – bedeutet jedoch einen niedrigen Ladestrom und eine langsamere Geschwindigkeit. Obwohl dies die Batterie besser schützt, ist es nicht ideal für industrielle und kommerzielle Energiespeicherprojekte, bei denen der Gewinn aus der Peak-Valley-Arbitrage auf der Grundlage der vom Stromnetz festgelegten Nutzungsdauersätze erzielt wird. Ein niedrigerer C-Tarif reduziert die im gleichen Zeitraum geladene oder entladene kWh, wodurch der Tagesgewinn sinkt und die Amortisationszeit verlängert wird.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Wahl einer Lade-/Entladerate von 0,5 C ein Gleichgewicht zwischen Lade-/Entladekapazität, Batterielebensdauerschutz und Kompatibilität mit Spitzenzeiten bietet. Beispielsweise kann bei einem 209-kWh- oder 215-kWh-Einzelschranksystem gepaart mit einem 100-kW-PCS (Power Conversion System) die Batterie in 2 Stunden vollständig geladen oder entladen werden, entsprechend der Länge der von verschiedenen Netzbetreibern definierten Spitzen- und Talperioden. Dadurch wird sichergestellt, dass das Laden und Entladen innerhalb des vorgegebenen Zeitrahmens ohne Energie- oder Zeitverschwendung erfolgen kann und die erwartete Kapitalrendite erzielt wird. Daher ist eine Rate von 0,5 °C angemessen.