Was ist die Entladeschlussspannung? Definition, technische Begründung und praktische Anwendungen bei Lithiumbatterien

Entladeschlussspannung: Eine exakte Definition

Die Entladeschlussspannung ist der niedrigste Spannungspunkt, bei dem eine Batteriezelle oder ein Akkupack entladen werden darf, bevor der Entladevorgang gestoppt werden muss, um Kapazitätsverluste, Zellschäden und eine Beeinträchtigung der Sicherheit zu vermeiden (Quelle).

Ausführliche Erläuterung

In Lithiumbatteriesystemen ist die Entladeschlussspannung eine von den Zellenherstellern festgelegte technische Schutzmaßnahme, die von einem Batteriemanagementsystem (BMS) oder der Geräteelektronik durchgesetzt wird. Diese Spannung ist chemiespezifisch: Bei gängigen Lithium-Ionen-Zellen liegt die Abschaltspannung in der Regel zwischen 3,0 V und 2,5 V pro Zelle (Batterie-Universität), während bei Lithiumeisenphosphat (LiFePO4) häufig 2,5-3,0 V pro Zelle. Der Hauptzweck besteht darin, ein Gleichgewicht zwischen der nutzbaren Kapazität und der langfristigen Zuverlässigkeit und Sicherheit herzustellen - eine geringfügige Absenkung der Abschalttemperatur führt zwar zu mehr Energie, beschleunigt aber die Batteriealterung und das Risiko irreversibler Schäden drastisch.

Die Durchsetzung der Abschaltung funktioniert folgendermaßen: Ein BMS oder eine Schutzschaltung überwacht kontinuierlich die Spannung der einzelnen Zellen. Wenn die niedrigste Zelle den festgelegten Grenzwert erreicht, schaltet das BMS die Last ab. Die Nichtbeachtung der Abschaltung kann zu Kupferauflösung, Lithiumplattierung und drastischem Kapazitätsabfall führen, wodurch Akkupacks außer Betrieb gesetzt oder sogar Sicherheitsvorfälle verursacht werden können.

Schlüsselkomponenten und Einflussfaktoren

• Zellchemie: Die sichere Entladeschwelle hängt von der Lithiumchemie ab (z. B. NMC vs. LFP).
• Angaben der Hersteller: In jedem Datenblatt sind Mindestspannungswerte und entsprechende Auswirkungen auf die Lebensdauer angegeben.
• Betriebsbedingungen: Hoher Strom (C-Rate) und niedrige Temperatur können höhere Abschaltwerte erfordern.
• Systemsteuerungen: Die BMS-Integration ermöglicht programmierbare Abschaltungen, die auf das Packungsdesign, die Alterung und die Sicherheitsspannen zugeschnitten sind.

Vergleichende Tabelle: Typische Entladeschlussspannungen nach Chemie

Anwendungsbeispiele und Systemrelevanz

• Unterhaltungselektronik: Handys und Laptops stellen die BMS-Abschaltung auf 3,0 V/Zelle ein, um die Sicherheit und die Lebensdauer der Batterie zu maximieren.
• Elektrofahrzeuge (EVs): BMS schreibt strikt 3,0 V oder mehr für NMC/LFP vor, da bei Tiefentladung die Gefahr einer kostspieligen Beschädigung des Akkus besteht.
• Stationäre Lagerung: Solar-/Grid-Packs sind standardmäßig auf 2,8-3,0 V/Zelle eingestellt, um ein Gleichgewicht zwischen nutzbarer Energie und Feldzuverlässigkeit herzustellen.

Verwandte Konzepte

• Obere Abschaltspannung: Höchste Ladespannung (z. B. 4,2 V bei Lithium-Ionen), bevor die Gefahr einer Überladung beginnt.
• Nennspannung: Durchschnittliche Betriebsspannung (z. B. 3,6 V für Li-Ion, 3,2 V für LFP), die für die Systemauslegung verwendet wird.
• Ladezustand (State of Charge, SoC): Prozentualer Anteil der verfügbaren Kapazität im Verhältnis zur vollen Ladung.
• Tiefe der Entleerung (DOD): Prozentsatz der von der vollen Kapazität entfernten Kapazität.
• Batterie-Management-System (BMS): Elektronisches System zur Spannungsunterbrechung und zum Schutz.
• Entladeschlussspannung: Wird manchmal austauschbar verwendet, sollte aber pro Zelle oder Pack/Anwendung definiert werden.

Schlussfolgerung

Die korrekte Festlegung und Umsetzung der Entladeschlussspannung ist entscheidend für die Sicherheit, Lebensdauer und effiziente Nutzung von Lithium-Akkus. Die beste Praxis in der Branche ist es, sich immer an die Empfehlung des Herstellers zu halten und fortschrittliche BMS für eine robuste, programmierbare Abschaltung zu nutzen.