Lastenheft für einen OEM-Akkupack: Laufzeit, Spitzenstrom und Bauraum richtig spezifizieren

• Laufzeit immer mit Betriebsprofil, Temperatur und Alterungszustand angeben.
• Spitzenstrom einschließlich Dauer, Häufigkeit und Messpunkt beschreiben.
• Den vollständigen Pack mit BMS, Gehäuse, Stecker und Leitungsführung einplanen.
• Muss-Anforderungen, Wünsche und noch zu klärende Punkte eindeutig trennen.

Wie WSB Entwicklung, Konfektionierung und Serienlösungen verbindet, erläutert der bestehende Beitrag OEM-Akkus für Gerätehersteller. Dieser Ratgeber vertieft die Vorbereitung der technischen Anforderungen.

Was gehört in ein Lastenheft für einen OEM-Akkupack?

Das Lastenheft beschreibt die Anforderungen aus Sicht des Geräteherstellers. Die technische Umsetzung wird danach im Entwicklungskonzept beziehungsweise Pflichtenheft festgelegt. Eine bestimmte Zellbauform sollte deshalb nur vorgegeben werden, wenn dafür ein nachvollziehbarer Grund besteht.

1. Anwendung und elektrische Schnittstelle

Beschreiben Sie das Gerät, seine Betriebsarten und den zulässigen Spannungsbereich. Benennen Sie ausdrücklich, ob eine Angabe am Zellverbund, am Packanschluss oder hinter einem Spannungswandler gelten soll. „12-V-Gerät“ kann einen geregelten 12-V-Ausgang verlangen; es sagt noch nicht, welche Packspannung geeignet ist.

2. Laufzeit und Lastprofil

Listen Sie aktive Phasen, Bereitschaft, Funkübertragung, Motorlauf oder Messzyklen mit Leistung beziehungsweise Strom und Dauer auf. Ergänzen Sie das Verhalten beim Einschalten und bei ungünstigen Betriebszuständen. Liegt noch keine Messung vor, markieren Sie Werte als Annahmen.

Die Laufzeitvorgabe benötigt Randbedingungen: zum Beispiel acht Stunden bei einer festgelegten Temperatur, einem definierten Arbeitszyklus und einem vereinbarten Alterungszustand. Der Strom von BMS, Wandler und weiteren Hilfsfunktionen gehört ebenfalls in das Energiebudget.

3. Stromspitzen und Schutzkonzept

Zu einer Stromspitze gehören Höhe, Pulsdauer, Wiederholrate und zulässiger Spannungseinbruch. Auch Einschaltströme durch Kondensatoren und gegebenenfalls Rückspeisung müssen bekannt sein. Zellverbund, BMS, Kontaktierung und Leitungen müssen das gesamte Profil unterstützen.

Ein BMS schützt und überwacht den Pack. Es ersetzt weder ein geeignetes Ladegerät noch automatisch eine geregelte Ausgangsspannung. Herstellerreferenzen wie Texas Instruments – Batteriepack mit Schutz- und Überwachungsfunktionen zeigen typische Aufgaben wie Zellspannungs-, Strom- und Temperaturüberwachung. Die konkrete Umsetzung richtet sich nach dem Projekt.

4. Bauraum, Anschlüsse und Ladung

Liefern Sie eine bemaßte Zeichnung mit Einbaulage, Befestigung, Toleranzen und allen Freiräumen. Die Zellabmessungen sind nicht die Packabmessungen. Schutzplatine, Isolation, Gehäuse, Leitungsaustritt, Stecker und Montage benötigen zusätzlichen Platz.

Beschreiben Sie außerdem Ladeort, Energiequelle, gewünschte Ladezeit und zulässige Ladetemperaturen. Ein mechanisch passender Stecker belegt keine elektrische Kompatibilität. Einen Überblick über Standardlösungen bieten Akkupacks und Ladetechnik im WSB-Shop.

Wie werden Laufzeit und Spitzenstrom sinnvoll berechnet?

Die folgende Rechnung verwendet ein fiktives mobiles Industriemessgerät. Sie ist ein Planungsbeispiel und beschreibt keinen bereits entwickelten oder freigegebenen WSB-Akkupack.

Das Gerät benötigt einen geregelten 12-V-Ausgang. Pro Stunde läuft es 45 Minuten mit 5 W und bleibt 15 Minuten mit 0,5 W in Bereitschaft. Während der aktiven Phasen tritt einmal pro Minute ein einsekündiger Impuls mit insgesamt 3 A am 12-V-Ausgang auf. Die gewünschte Laufzeit beträgt acht Stunden.

Die 360 Impulse ergeben sich aus sechs aktiven Stunden. Weil die 5 W Grundlast bereits berücksichtigt sind, wird beim Puls nur die zusätzliche Leistung von 31 W gerechnet. So wird die Grundlast nicht doppelt gezählt.

Für die Vorabschätzung wurden 90 % Wandlerwirkungsgrad und ein nutzbarer Energieanteil von 80 % angenommen. Dieser Anteil ist ein vorläufiger Planungsfaktor für die tatsächlich entnehmbare Energie unter den vorgesehenen Bedingungen. Hilfsverbrauch, Temperatur, Alterung und Abschaltgrenzen müssen später mit Messdaten berücksichtigt werden. Die Rechnung allein belegt keine Acht-Stunden-Laufzeit.

Warum sind 3 A am Gerät nicht automatisch 3 A am Akkupack?

Bei einem Spannungswandler hängt der Packstrom von Ausgangsleistung, aktueller Packspannung und Wirkungsgrad ab. Bei angenommenen 9,0 V am Pack und 90 % Wirkungsgrad ergibt der 36-W-Impuls:

Packstrom ≈ 36 W ÷ (9,0 V × 0,90) = 4,44 A

Der Pack muss in diesem Modell also rund 4,5 A für eine Sekunde bereitstellen können. Das gilt nur unter den genannten Annahmen. Für die Auslegung zählen der ungünstigste reale Wirkungsgrad, der unter Last zulässige Spannungsbereich, zusätzliche Einschaltströme und das Abschaltverhalten.

Wie könnte ein erstes Packkonzept aussehen?

Als Rechenbeispiel ergibt ein 3S2P-Verbund aus sechs geeigneten Lithium-Ionen-Zellen mit jeweils 3,6 V Nennspannung und 2,5 Ah eine Nennspannung von 10,8 V, eine Kapazität von 5,0 Ah und rechnerisch 54 Wh. 3S bedeutet drei Zellgruppen in Reihe; 2P steht für jeweils zwei parallel geschaltete Zellen je Gruppe.

Bei einer dafür geeigneten Zellvariante mit 4,2 V Ladeschlussspannung je Zelle liegt die volle Packspannung bei 12,6 V. Für einen geregelten 12-V-Ausgang wäre ein passender Aufwärts-/Abwärtswandler nötig. Ob dieses Konzept Laufzeit, Strom, Gewicht und Bauraum erfüllt, muss konstruktiv und messtechnisch geprüft werden.

Ausgefülltes Beispiel: Lastenheft für ein mobiles Industriemessgerät

Die folgende Beispiel-Spezifikation enthält Anforderungen, eine vorläufige Konzeptidee und ausdrücklich offene Entscheidungen. Sie lässt sich als Struktur für eine eigene Projektanfrage verwenden. Die Werte gehören zusammen und dürfen nicht ohne Anpassung auf ein anderes Gerät übertragen werden.

Auf dem Smartphone lässt sich die Tabelle seitlich verschieben.

Wie werden Anforderungen überprüfbar?

Schreiben Sie zu jeder Muss-Anforderung, wie sie geprüft wird und unter welchen Bedingungen sie erfüllt sein muss. „Der Akku soll lange halten“ wird dadurch zum messbaren Laufzeitziel. „Hoher Spitzenstrom“ wird zu einem definierten Lastimpuls mit erlaubtem Spannungsbereich.

• Laufzeit: vollständiges Geräteprofil bei festgelegter Temperatur und vereinbartem Alterungszustand prüfen; Start- und Sendespitzen einschließen.
• Lastwechsel: Ausgangsspannung während der Pulse und beim Einschalten aufzeichnen; kein unbeabsichtigtes Abschalten oder Zurücksetzen des Gerätes.
• Mechanik: Zeichnung und Muster einschließlich Befestigung, Steckerzugang und Leitungsführung abgleichen.
• Ladung: Ladegerät, Pack und Temperaturfreigabe zusammen prüfen; Ladezeit mit eindeutigem Start- und Endzustand messen.
• Dokumentation: Sicherheits-, Transport- und gegebenenfalls branchenspezifische Nachweise anhand von Anwendung und Zielmärkten abstimmen. Zellnachweise ersetzen nicht automatisch alle Nachweise für den fertigen Pack.

Für die Gestaltung des Batteriewechsels ist außerdem der vorhandene WSB-Beitrag Austauschbare Geräteakkus: Was Gerätehersteller planen sollten relevant. Die Einordnung muss zum konkreten Produkt passen.

Welche Unterlagen helfen bei der OEM-Anfrage?

Senden Sie die Beschreibung der Anwendung, das Lastprofil, die bemaßte Einbauzeichnung und vorhandene Messdaten. Ergänzen Sie Schnittstellen, Ladeanforderungen, Stückzahlen, Projektzeitplan sowie bekannte Muss-Anforderungen. Kennzeichnen Sie Werte aus Messungen, Schätzungen und Zielvorgaben.

WSB kann auf dieser Grundlage prüfen, ob ein Standardprodukt passt oder eine kundenspezifische Lösung sinnvoll ist. Der Bereich Design und Entwicklung beschreibt die Zusammenarbeit von der Aufgabenstellung bis zur individuellen Akku- und Ladetechnik.

Häufige Fragen

Muss ich die Zellchemie bereits festlegen?

Nein. Beschreiben Sie zuerst die Anforderungen an Laufzeit, Leistung, Temperatur, Bauraum und Ladung. Bestehende technische Vorgaben nennen Sie ausdrücklich; die geeignete Zellchemie kann anschließend gemeinsam ausgewählt werden.

Reicht die Kapazität in Ah für den Vergleich?

Nur bei gleicher Spannung und passenden Vergleichsbedingungen. Für das Energiebudget sind Wh hilfreicher. Auch dann müssen die tatsächlich nutzbare Energie, die Strombelastbarkeit und das Gerätesystem berücksichtigt werden.

Kann ich zuerst den Bauraum und später die Laufzeit festlegen?

Sie können Grenzen vorgeben, müssen ihre gemeinsame Machbarkeit aber früh prüfen. Falls der verfügbare Platz die gewünschte Energie nicht zulässt, kommen Änderungen am Lastprofil, am Bauraum oder am Laufzeitkonzept infrage.

Braucht die erste Anfrage ein fertiges Lastenheft?

Nein. Anwendung, Spannungsbereich, Lastprofil, Laufzeitziel, Einbauraum und Mengenplanung ermöglichen einen sinnvollen Einstieg. Fehlende Daten sollten als offene Punkte sichtbar bleiben und gemeinsam ergänzt werden.