Lebensdauer von Solarstrom-Speichern erhöhen

Wer sich in der Elektronik etwas auskennt weiß, dass neben mechanischen Bauteilen vor allem Elektrolyt-Kondensatoren Frühausfälle verursachen. Denn diese Bauteile sind besonders anfällig für die thermische Alterung (Austrocknung).  Chemische Speicher für Strom sind nicht unähnlich den Elko`s aufgebaut. Deswegen altern Batterien bei zunehmender Wärme ebenfalls recht schnell.

Die Lebensdauer eines Batteriepacks aus Lithium-Ionen Batterien wird neben anderen Einflussgrößen maßgeblich von der Betriebstemperatur der Zellen beeinflusst. Darum legen Hersteller von solchen kompakten Stromspeichern auch Wert auf eine ausreichende Kühlung. Denn eine Verringerung der Betriebstemperatur um 10°C verdoppelt die Lebensdauer der Batteriezellen.

Seit wenigen Jahren werden größere Lithium-Ionen Speicher auch verstärkt im privaten Bereich eingesetzt. Insbesondere Besitzer von Solaranlagen rüsten Ihre Anlagen mit solchen Energiespeichern aus, um auch in sonnenarmen Zeiten auf billigen Solarstrom zugreifen zu können. Diese Geräte speichern bis zu 10 kWh in Li-Ion Batteriepacks, die meistens aus Pouch-Zellen bestehen. Diese werden dicht an dicht gestapelt, um bei kompaktem Aufbau eine ausreichende Speicherkapazität zu erreichen.

Neben dem elektrischen Batteriemanagement (BMS) ist auch das thermische Management wesentlich für die Lebensdauer eines solchen Energiespeichers. Denn Lade- und Entladeströme erwärmen die Zellen. Diese Eigenerwärmung addiert sich zu der Umgebungstemperatur. Beträgt diese an warmen Sommertagen bereits 30°C, kommen in einem Gehäuse schnell etliche Grad hinzu, so dass die Batterien sich über den optimalen Betriebsbereich hinaus erwärmen können.
Besonders in den mittleren Bereichen eines Batteriestapels erhöht sich die Temperatur stärker, da die Wärme nicht so gut abfliessen kann wie in den Randbereichen. Kühlmaßnahmen wie Kontakt mit den metallenen Aussenwänden oder forcierte Ventilation helfen dabei wenig.

An dieser Stelle kommt das neue Material OHS™ (Organic Heat Spreader) von Du Pont zum Einsatz. Die nur 0,06 mm starke Folie kann Wärme mit bis zu 50 W/m*K in eine Richtung abführen. Auf diese Weise kann die elektrisch isolierende Folie Stauwärme z.B. zu einem Gap-Filler leiten, der dann die thermische Verbindung mit einem Kühlkörper (Gehäuse) herstellt.  Zu diesem Zweck werden zwischen den einzelnen Zellen Formstanzteile aus OHS™ eingelegt. Wegen der geringen Materialstärke verliert man nur wenig Bauraum. Durch diesen Aufbau wird die durch den Stromfluss erzeugte Verlustwärme in den Zellen großflächig dem System entzogen.

Damit trägt die OHS™-Folie wesentlich dazu bei, die Einsatzzeit solcher Energiespeicher zu erhöhen. Und damit die Zufriedenheit des Kunden mit dem System und dem Anbieter des Solarspeichers.

Ein Beispiel für die in vielen Bereichen der Elektronik einsetzbaren OHS™ – Folie von DuPont.

 

Gerichtete Wärmeabfuhr mit OHS™ in Batteriepacks zur Entwärmung der einzelnen Zellen