Batteriespeichersysteme (BESS) entwickeln sich hin zu höheren Spannungsniveaus und größeren Kapazitäten, um den Anforderungen von Anwendungen im Wohn-, Gewerbe-, Industrie- und erneuerbaren Energiebereich gerecht zu werden.

Mit steigender Systemleistung wird die Schutzauslegung komplexer. Verschiedene Teile der elektrischen Architektur sind unterschiedlichen Strombedingungen und Fehlerszenarien ausgesetzt, weshalb die Schutzkomponenten entsprechend ihrer spezifischen Anwendung ausgewählt werden müssen.

Batteriesicherungen sind eine wichtige Schutzkomponente in Hochspannungs-Gleichstromsystemen. Ihr Einsatz beschränkt sich nicht auf einen einzelnen Ort, sondern erstreckt sich über verschiedene Stufen der Energiespeicherarchitektur.

Die Rolle von Batteriesicherungen in Energiespeicherarchitekturen

Ein typisches Hochvolt-Batterie-Energiespeichersystem kann Folgendes umfassen:

• Batteriezellen und Module
• Batteriehalterungen
• Hochspannungskästen
• Leistungsumwandlungssysteme (PCS)
• Gleichstromverteilungsanschlüsse

Jeder Abschnitt weist unterschiedliche elektrische Eigenschaften auf.

Beispielsweise können in batterieseitigen Schaltkreisen aufgrund der in den Batteriezellen gespeicherten Energie hohe Fehlerströme auftreten, während PCS-seitige Anschlüsse möglicherweise andere Anforderungen in Bezug auf die Leistungsumwandlung und den Systembetrieb haben.

Daher muss bei der Auswahl der Batteriesicherung die tatsächliche Einbaulage und die Betriebsbedingungen berücksichtigt werden.

Anwendungen von Batteriesicherungen in Akkupacks und -gestellen

Der Schutz von Akkupacks und Racks ist eine der häufigsten Anwendungen für Batteriesicherungen.

Auf dieser Ebene trägt die Sicherung dazu bei, die Batteriekreise vor anormalen Stromzuständen zu schützen und die Auswirkungen von Fehlern innerhalb einzelner Abschnitte zu begrenzen.

Wichtige Überlegungen sind:

• Batteriespannungspegel
• Dauerbetriebsstrom
• Kurzschlussstromfestigkeit
• Thermische Bedingungen
• Installationsumgebung

Die richtige Auswahl der Sicherungen trägt dazu bei, dass ein Fehler in einem Batteriebereich nicht das gesamte Energiespeichersystem beeinträchtigt.

Anwendungen von Batteriesicherungen in Hochspannungskästen

Der Hochspannungskasten (HV-Kasten) ist ein wichtiger Verbindungspunkt zwischen Batteriesystemen und nachgeschalteten Stromversorgungsgeräten.

Je nach Systemdesign können die Hochspannungskästen Folgendes integrieren:

• Gleichstromschütze
• Vorladeschaltungen
• Schutzkomponenten
• Überwachungsschnittstellen

Die in HV-Box-Anwendungen verwendeten Batteriesicherungen müssen mit den Schalt- und Steuerungskomponenten zusammenarbeiten.

Während Gleichstromschütze im Normalbetrieb eine kontrollierte Verbindung und Trennung gewährleisten, bieten Batteriesicherungen einen schnellen Schutz bei abnormalen Strombedingungen.

Die Abstimmung zwischen diesen Komponenten ist wichtig für den sicheren und zuverlässigen Systembetrieb.

Batteriesicherungsschutz auf der PCS-Gleichstromseite

Die Verbindung zwischen dem Batteriesystem und dem Leistungsumwandlungssystem (PCS) ist ein weiterer wichtiger Schutzpunkt.

Das PCS steuert die Energieumwandlung zwischen Batterie-Gleichstrom und Wechselstromsystemen, weshalb ein zuverlässiger Schutz auf der Gleichstromseite unerlässlich ist.

Bei der Auswahl von Sicherungen für PCS-Schnittstellen müssen folgende Aspekte berücksichtigt werden:

• Gleichbetriebsspannung
• Aktuelle Eigenschaften
• Fehlerunterbrechungsfähigkeit
• Systemkoordinierungsanforderungen

Eine geeignete Gleichstromsicherung schützt sowohl das Batteriesystem als auch die angeschlossenen Stromumwandlungsgeräte.

Wichtige Parameter für die Auswahl der Batteriesicherung

Obwohl der Einsatzort eine wichtige Rolle spielt, müssen Ingenieure bei der Auswahl von Batteriesicherungen auch verschiedene elektrische Parameter berücksichtigen.

Nennspannung

Die Nennspannung der Sicherung sollte der maximalen Betriebsspannung des Batteriesystems entsprechen.

Da Energiespeichersysteme zunehmend mit höheren Spannungsarchitekturen arbeiten, sind Hochspannungs-Gleichstromsicherungen erforderlich, um auch unter anspruchsvollen Bedingungen einen zuverlässigen Schutz zu gewährleisten.

Aktuelle Bewertung

Die aktuelle Nennleistung sollte auf der Grundlage der tatsächlichen Betriebsbedingungen und nicht nur der nominalen Systemwerte ausgewählt werden.

Zu berücksichtigende Faktoren sind unter anderem:

• Kontinuierlicher Lade- und Entladestrom
• Lastcharakteristik
• Umgebungstemperatur
• Systembetriebsbedingungen

Bruchkapazität

Batteriesysteme können aufgrund ihrer gespeicherten elektrischen Kapazität erhebliche Fehlerenergie freisetzen.

Die Abschaltleistung der Sicherung muss für den zu erwartenden Fehlerstrom geeignet sein, um eine sichere Unterbrechung bei anormalen Zuständen zu gewährleisten.

Abstimmung zwischen Batteriesicherungen und anderen Schutzkomponenten

Batteriesicherungen sind Teil eines kompletten elektrischen Schutzsystems.

Bei Hochspannungs-Energiespeicheranwendungen hängt ein zuverlässiger Betrieb von der Koordination folgender Faktoren ab:

• Batteriesicherungen
• Gleichstromschütze
• Batteriemanagementsysteme (BMS)
• Leistungsumwandlungssysteme
• Überwachungs- und Steuerungssysteme

Jede Komponente erfüllt eine andere Funktion.

Zum Beispiel:

• Sicherungen bieten schnellen Schutz vor Überstrom;
• Schütze ermöglichen kontrolliertes Schalten und Trennen;
• Das Batteriemanagementsystem (BMS) überwacht den Batteriezustand und steuert den Systembetrieb.

Zusammen ermöglichen diese Komponenten sicherere und zuverlässigere Energiespeichersysteme.

Unterstützung der Entwicklung zuverlässiger Hochspannungsenergiespeicher

Da die Spannungs- und Leistungskapazität von Energiespeichersystemen stetig zunimmt, werden die Schutzanforderungen immer anwendungsspezifischer.

Batteriesicherungen bleiben eine wichtige Komponente in verschiedenen Stufen der BESS-Architektur, von Batteriegestellen bis hin zu Hochspannungsverteilung und PCS-Anschlüssen.

Das Verständnis der Anwendungsumgebung und der elektrischen Anforderungen hilft Ingenieuren bei der Auswahl geeigneter Schutzlösungen für verschiedene Energiespeichersysteme.