WSB Battery Technology · OEM-Auslegung für kalte Einsatzbedingungen
Aus „muss im Winter funktionieren“ wird ein prüfbares Anforderungsprofil.
Schnell erklärt
Ein Akkupack bei Kälte muss mehr können als eine zulässige Mindesttemperatur nennen. Für ein OEM-Gerät sind Kaltstart, Laufzeit, Laden und Lagerung getrennt festzulegen. Entscheidend sind Lastprofil, Ausgangsladezustand, tatsächliche Packtemperatur und die Spannungsgrenze des Geräts. Ein Kälteprüfprofil macht daraus überprüfbare Anforderungen. Die endgültige Auslegung benötigt passende Zell-, Pack- und Geräteunterlagen.
- Start und Laufzeit getrennt prüfen: Ein Pack kann Energie enthalten und trotzdem die Einschaltspitze nicht ausreichend versorgen.
- Entladen ist keine Ladefreigabe: Beide Vorgänge haben eigene temperaturabhängige Grenzen.
- Lufttemperatur ist nur ein Messwert: Die Temperaturen im Pack und die Sensorposition gehören zur Bewertung.
- Anforderungen brauchen Bedingungen: Ladezustand, Alterungszustand, Lastverlauf und Abnahmekriterien ausdrücklich festlegen.
Warum kann ein Akkupack bei Kälte den Start verhindern?
Bei niedriger Temperatur kann der wirksame Innenwiderstand einer Lithium-Ionen-Zelle steigen. Unter Last kann ihre Spannung dadurch stärker einbrechen. Texas Instruments beschreibt den Zusammenhang zwischen niedriger Temperatur, höherem Widerstand und eingeschränkter Batterieleistung in seinen Hinweisen zur Temperaturüberwachung. Quelle: TI, thermische Überwachung von Batteriesystemen.
Beim Einschalten benötigen beispielsweise Funkmodul, Display oder Spannungswandler kurzfristig mehr Strom als im normalen Betrieb. Sinkt die Versorgung dabei unter die zulässige Gerätegrenze oder spricht die Packschutzschaltung an, kann der Start abbrechen. Eine zuvor gemessene Leerlaufspannung beantwortet diese Frage nicht.
Prüfen Sie den gesamten Versorgungspfad: Akkupack, Schutzschaltung, Leitung, Stecker und Geräteeingang. Entscheidend ist der Spannungsverlauf während der tatsächlichen Lastspitze. Die Startprüfung benötigt deshalb deren Höhe, Dauer und Verlauf sowie die relevanten Abschaltbedingungen.
Merksatz
„Bei −10 °C entladbar“ bedeutet nicht automatisch „startet jedes Gerät bei −10 °C“. Der Nachweis gilt für die geprüfte Kombination aus Pack, Gerät, Ladezustand und Lastprofil.
Welche Temperaturbereiche gehören ins OEM-Lastenheft?
Betrieb, Start, Laden und Lagerung beschreiben unterschiedliche Aufgaben. Dokumentieren Sie außerdem, ob eine Temperaturangabe die Umgebung, einen bestimmten Sensor oder die Zelle betrifft. Die jeweils maßgeblichen Grenzen ergeben sich aus dem freigegebenen Gesamtkonzept.
Auf kleinen Bildschirmen können Sie die Tabelle seitlich scrollen.
| Aufgabe | Was festgelegt wird | Wie der Nachweis aussieht |
|---|---|---|
| Kaltstart | Mindesttemperatur, Ausgangsladezustand, Einschaltstrom und zulässige Spannung. | Startsequenz nach definierter Temperierung; Spannung, Strom und Gerätefunktion aufzeichnen. |
| Betrieb / Laufzeit | Temperaturprofil, Arbeitszyklus, gewünschte Dauer und Zustand des Packs. | Vollständiges Lastprofil mit festgelegtem Endkriterium am Gerät prüfen. |
| Laden | Zulässige Bedingungen, temperaturabhängiger Ladestrom und Freigabelogik. | Sperre, Begrenzung und Wiederfreigabe anhand einer abgestimmten Prüfanweisung nachweisen. |
| Lagerung / Stillstand | Temperatur, Dauer, Ladezustand und Eigenverbrauch des Gesamtsystems. | Zustand nach der Pause sowie den geforderten Wiederanlauf prüfen. |
Ein belegtes Zellbeispiel: Molicel nennt für die INR-18650-P28A im Datenblatt Version 1.3 als Umgebungstemperaturbereich 0 bis +60 °C beim Laden und −40 bis +60 °C beim Entladen. Diese Angaben gelten für dieses Zellmodell. Sie sind keine Zusage für einen WSB-Akkupack oder die Laufzeit eines Geräts. Quelle: Molicel-P28A-Datenblatt.
Auch Herstellerkurven brauchen ihre Prüfbedingungen. Das genannte Datenblatt zeigt temperaturabhängige Entladekurven bei 2,8 A bis 2,5 V Zellspannung. Ein Gerät mit einem anderen Lastprofil oder einer früheren Abschaltung kann weniger Energie nutzen. Übertragen Sie solche Kurven deshalb nicht unverändert auf Ihren Pack.
Wie werden Temperaturerfassung und Ladefreigabe abgestimmt?
Beim Laden sind eigene Schutzgrenzen erforderlich. Ungünstige Kombinationen aus niedriger Temperatur und Ladestrom können bei Lithium-Ionen-Zellen die Ablagerung von metallischem Lithium begünstigen. Diese sogenannte Lithium-Plattierung kann die Zelle schädigen. Die passende Temperatur- und Stromfreigabe ist daher aus den konkreten Zellvorgaben abzuleiten. Quelle: TI, Schutzfunktionen bei Temperatur, Folie 11.
- Temperatursensor: Erfasst die Temperatur an seinem Einbauort. Position, Ankopplung, Kennlinie und Messfehler müssen zur vorgesehenen Auswertung passen.
- Packschutz / BMS: Überwacht die im Konzept vorgesehenen Größen und reagiert auf festgelegte Grenzwerte. Welche Temperaturfunktionen vorhanden sind, ist zu dokumentieren.
- Ladeelektronik: Setzt das geeignete Ladeverfahren und die temperaturabhängigen Freigaben um. Sperrung, Wiederfreigabe und Fehlerverhalten müssen mit Pack und Gerät abgestimmt sein.
Ein Gehäuse kann sich nach dem Wechsel in einen warmen Raum schneller erwärmen als die Zellen im Inneren. Für die Ladeentscheidung reicht daher weder eine pauschale Wartezeit noch die Raumtemperatur allein. Bestimmen Sie repräsentative Messpunkte und berücksichtigen Sie Temperaturunterschiede sowie die Unsicherheit der Messung.
Sicherheitshinweis
Temperatursensoren und Schutzfunktionen nicht überbrücken. Laden außerhalb der bestätigten Bedingungen ist keine Methode zum Aufwärmen. Eine integrierte Temperierung benötigt ein abgestimmtes Konzept für Energiequelle, Regelung, Freigabe und Fehlerfälle.
Eine Heizung kann ein Entwicklungsthema sein, wenn die Anwendung sie erfordert. Sie benötigt Energie und beeinflusst Aufwärmzeit, Bauraum und verfügbare Laufzeit. Ob sie sinnvoll und technisch umsetzbar ist, muss im konkreten Projekt geprüft werden.
Ausgefülltes Beispiel: ein Kälteprüfprofil für ein Messgerät
Das folgende Profil ist fiktiv und beschreibt Anforderungen eines Geräteherstellers. Die Werte sind weder geprüfte Ergebnisse noch eine zugesicherte Produkteigenschaft. Es geht um die erste Musterbewertung eines geschlossenen Packs; die endgültige Zell- und Packauslegung ist noch abzustimmen.
Auf kleinen Bildschirmen können Sie die Tabelle seitlich scrollen.
| Prüfpunkt | Festlegung im Beispiel |
|---|---|
| Gerät und Prüflinge | Mobiles Messgerät K1, Geräte- und Firmwarestand dokumentieren. Drei neue Packmuster derselben Revision einzeln kennzeichnen. |
| Einsatz und Vergleich | Betriebsziel: −10 bis +40 °C Umgebung. Kälteversuch bei −10 °C; Vergleichsversuch bei +20 °C mit demselben Lastprofil. |
| Ladezustand | Startversuch: 40 %; Laufzeitversuch: 90 %, jeweils vor der Abkühlung nach dokumentiertem Verfahren einstellen. Bezugsgröße ist die bei +20 °C ermittelte Referenzkapazität. |
| Temperierung | Kammer: −10 °C ±1 °C. Vor dem Start müssen die vereinbarten Packmesspunkte −10 °C ±1 °C erreichen und sich über 30 Minuten um höchstens 1 °C ändern. Dies ist eine fiktive Projektvorgabe, keine allgemeine Prüfnorm. |
| Lastverlauf | Grundlast 0,4 A am Geräteeingang. Alle 60 Sekunden insgesamt 1,2 A für 1 Sekunde. Beim Start insgesamt bis 2,0 A für 200 Millisekunden. |
| Spannung und Start | Geräteeingang im Beispiel: 6,0 bis 8,4 V. Keine Unterschreitung von 6,0 V während der Lastspitzen; Start innerhalb von 5 Sekunden, ohne Neustart oder Datenverlust. |
| Laufzeitziel | Mindestens 6 Stunden im beschriebenen Kälteprofil. Ende beim ersten Verfehlen eines Spannungs- oder Funktionskriteriums. Packtemperaturen während des Betriebs weiter aufzeichnen. |
| Messung | Packausgang und Geräteeingang, Laststrom, Kammer- und vereinbarte Packtemperaturen sowie Gerätestatus erfassen. Bandbreite und Abtastrate nach den relevanten Laständerungen festlegen und dokumentieren. |
| Ladeanforderung | Laden im projektspezifisch freizugebenden Bereich von +10 bis +35 °C an den relevanten Packmesspunkten ermöglichen. Bei −10 °C keine Zellladung. Schaltschwellen, Toleranzen, Hysterese und Wiederfreigabe separat abstimmen. |
| Ergebnis und offene Punkte | Jedes Muster einzeln bewerten. Vor Serienfreigabe zusätzlich Alterungszustand, Lagerprofil, Feuchtebedingungen, weitere Einsatzfälle und Umfang der Qualifikation festlegen. |
Die Start- und Laufzeitversuche sind getrennte Durchläufe mit eigener Konditionierung. Protokollieren Sie die Temperierdauer und den Eigenverbrauch vor dem Start. Während der Entladung darf sich der Pack erwärmen; der Verlauf wird gemessen, während die vereinbarte Umgebung bestehen bleibt.
Die sechs Stunden im Beispiel sind ein Prüfziel. Sie lassen sich nicht allein aus Nennkapazität geteilt durch Durchschnittsstrom bestätigen. Abschaltspannung, Stromspitzen, Packverluste und Temperaturverlauf gehören zum Nachweis. Drei bestandene Neumuster belegen zudem noch keine allgemeine Zuverlässigkeit über die Lebensdauer.
Praxis-Tipp
Erst Zell- und Packgrenzen bestätigen, dann den Versuch freigeben. Dokumentieren Sie Prüfling, Revision, Konditionierung, Messmittel und Ergebnis gemeinsam. Bei Abweichungen prüfen Sie den Spannungsverlauf und den Gerätestatus statt nur die erreichte Laufzeit.
Welche Angaben braucht WSB für einen Akkupack bei Kälte?
Senden Sie das Temperaturprofil, das Lastprofil und die bemaßte Einbausituation zusammen. Ergänzen Sie Gerätespannungsgrenzen, gewünschte Start- und Laufzeitbedingungen, Ladeort, Stückzahlen und Projektstand. Kennzeichnen Sie Messwerte, Zielvorgaben und noch offene Angaben.
Musteranfrage
Wir entwickeln das mobile Messgerät K1 für −10 bis +40 °C Umgebung. Bei −10 °C soll es nach definierter Temperierung mit 40 % Ausgangsladezustand starten. Der Start benötigt bis 2,0 A für 200 ms; im Betrieb fallen 0,4 A Grundlast und jede Minute 1,2 A für 1 s an. Am Geräteeingang sind 6,0 bis 8,4 V vorgesehen. Mit 90 % Ausgangsladezustand soll der Kälteversuch mindestens sechs Stunden erreichen. Laden soll im freizugebenden Packtemperaturbereich +10 bis +35 °C möglich sein, bei −10 °C gesperrt bleiben. Zelltyp, Packaufbau und Freigabeschwellen sind offen. Bitte stimmen Sie diese Anforderungen mit unseren beigefügten Geräte- und Bauraumunterlagen ab.
Das vollständige Projektbriefing erläutert der Ratgeber Lastenheft für einen OEM-Akkupack. Einen Überblick geben OEM-Akkupacks und Serienlösungen sowie Design und Entwicklung. Auch die Ladetechnik muss zum bestätigten Konzept passen.
Dieser Beitrag behandelt neue OEM-Akkulösungen. WSB bietet keine Reparatur, Öffnung oder Neubestückung gebrauchter Lithium-Ionen-Akkupacks und keinen Zellentausch an.
Häufige Fragen zu OEM-Akkupacks bei Kälte
Ist weniger Laufzeit bei Kälte automatisch ein Defekt?
Nein. Vergleichen Sie den Pack unter definierten Temperatur- und Lastbedingungen mit der freigegebenen Spezifikation. Ein einzelner kalter Einsatz trennt Temperaturwirkung und Alterung nicht zuverlässig.
Gilt eine Entladefreigabe auch fürs Laden?
Nein. Ladebedingungen müssen separat bestätigt sein. Das Molicel-Beispiel zeigt bereits auf Zellebene unterschiedliche Bereiche; die tatsächliche Packfreigabe folgt aus dem Gesamtkonzept.
Reicht ein Temperaturfühler im Gerätegehäuse?
Nur wenn seine Eignung für die vorgesehene Entscheidung nachgewiesen ist. Ein Messpunkt muss die relevanten Packbedingungen ausreichend abbilden; Sensorlage und Temperaturunterschiede sind zu berücksichtigen.
Hilft einfach ein größerer Akkupack?
Mehr Kapazität kann die Energiereserve erhöhen. Ob Kaltstart, Bauraum, Schutzschaltung und Laden damit passen, muss trotzdem geprüft werden. Kapazität allein löst keine zu niedrige Spannung unter Last.
Wie lange muss ein Pack vor dem Prüfen abkühlen?
Bis die vereinbarten Temperatur- und Stabilitätskriterien erfüllt sind. Eine feste Stunde gilt nicht für jede Packgröße und Einbausituation. Die tatsächliche Konditionierung gehört ins Prüfprotokoll.
Akkulösung für Ihren Temperaturbereich anfragen
Sie planen ein Gerät für kalte Einsatzbedingungen? Senden Sie WSB Temperaturprofil, Start- und Dauerlast, Laufzeitziel und Bauraum. Daraus lässt sich die technische Abstimmung für eine passende neue Akkulösung vorbereiten.
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