SoC — State of Charge
Der State of Charge (SoC) gibt den aktuellen Ladezustand einer Zelle oder eines Akkupacks als Prozentwert an, bezogen auf die Nennkapazität. Ein SoC von 100 % bedeutet vollständig geladen, 0 % vollständig entladen. Das BMS berechnet den SoC typischerweise per Coulomb-Zählung (Strom-Zeit-Integration), korrigiert an Ruhespannungspunkten. Bei LiFePO4 ist die Berechnung anspruchsvoll, weil die Entladekurve über weite Bereiche nahezu flach verläuft.
SoH — State of Health
Der State of Health (SoH) beschreibt den Alterungszustand eines Akkus relativ zum Neuzustand. Er wird aus der gemessenen Restkapazität und dem gestiegen Innenwiderstand abgeleitet. Ein SoH von 80 % gilt branchenweit als End-of-Life-Grenze (EOL) — der Pack liefert dann nur noch vier Fünftel seiner ursprünglichen Kapazität. Der SoH ist die Grundlage für zustandsorientierte Wartungsplanung und Restlaufzeitprognosen.
DoD — Depth of Discharge
Die Depth of Discharge (DoD) gibt an, welcher Anteil der Nennkapazität in einem Zyklus entnommen wird. Eine DoD von 80 % bedeutet, dass der Akku von 100 % auf 20 % SoC entladen wird. Tiefere DoD-Werte verringern die Zyklenlebensdauer deutlich, während flachere Entladetiefen die Lebensdauer erheblich verlängern. In der AGV-Praxis wird häufig eine DoD von 70–80 % als Kompromiss zwischen Kapazitätsnutzung und Lebensdauer gewählt.
C-Rate
Die C-Rate normiert den Lade- oder Entladestrom auf die Nennkapazität des Akkus. Bei einem 100-Ah-Pack entspricht 1C einem Strom von 100 A, 2C entspricht 200 A. Höhere C-Raten erzeugen mehr Wärme und belasten die Zellen stärker, was die Lebensdauer reduziert. Für Dauerlade- und Dauerentladeanwendungen liegt die empfohlene C-Rate typischerweise bei 0,5C bis 1C; Kurzzeitspitzen können je nach Zelltechnologie deutlich höher liegen.
BMS — Batteriemanagementsystem
Das Batteriemanagementsystem (BMS) ist die Schutz- und Überwachungselektronik im Akkupack. Es misst Zellspannungen, Ströme und Temperaturen, balanciert Zellungleichgewichte, begrenzt Lade- und Entladestrom und schützt vor Über- und Unterspannung sowie Kurzschluss. Im Industriebetrieb kommuniziert das BMS über Feldbusse wie CAN-Bus oder SMBus mit der übergeordneten Maschinensteuerung und liefert SoC, SoH und Fehlercodes in Echtzeit.
LiFePO4 — Lithiumeisenphosphat
LiFePO4 (Lithiumeisenphosphat, LFP) ist eine Lithium-Ionen-Zellchemie mit besonders hoher Thermostabilität und langer Zyklenlebensdauer. Die Nennspannung liegt bei etwa 3,2 V pro Zelle, das zulässige Spannungsfenster bei rund 2,5 V bis 3,65 V. LFP-Zellen sind weniger energiedicht als Li-NMC, dafür deutlich sicherheitsstabiler und für Anwendungen mit vielen Vollzyklen — wie AGV, FTS oder stationäre Speicher — die bevorzugte Wahl.
Li-NMC — Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt
Li-NMC (Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid) ist eine Lithium-Ionen-Zellchemie mit hoher gravimetrischer und volumetrischer Energiedichte. Die Nennspannung liegt bei etwa 3,6–3,7 V pro Zelle, das Spannungsfenster bei rund 3,0 V bis 4,2 V. Li-NMC eignet sich für gewichtskritische oder platzkritische Anwendungen, weist jedoch eine geringere Thermostabilität als LFP auf und stellt höhere Anforderungen an das thermische Management des Packs.
LTO — Lithiumtitanat
LTO (Lithiumtitanat) ist eine Lithium-Ionen-Zellchemie, bei der das Anodenmaterial aus Lithiumtitanat besteht statt aus Graphit. LTO-Zellen zeichnen sich durch extrem schnelle Ladefähigkeit (5C–10C sind typisch), sehr hohe Zyklenlebensdauer und exzellente Kälteleistung aus. Die Energiedichte ist jedoch deutlich geringer als bei LFP oder Li-NMC, was LTO auf Anwendungen mit höchsten Anforderungen an Schnellladung und Lebensdauer beschränkt.
Zell-Balancing
Zell-Balancing bezeichnet die Maßnahme des BMS, Spannungsunterschiede zwischen den seriell geschalteten Zellen auszugleichen. Beim passiven Balancing wird die höchste Zelle über einen Ablasswiderstand entladen, bis die anderen aufschließen. Beim aktiven Balancing wird Ladung von der vollsten in die leerste Zelle umgeschichtet — verlustärmer, aber schaltungstechnisch aufwendiger. Ohne Balancing driften die Zellen mit jedem Zyklus weiter auseinander, was die Kapazität des Gesamtpacks progressiv reduziert.
UN 38.3
UN 38.3 ist die UN-Transportprüfnorm für Lithium-Zellen und -Batterien. Sie fordert eine Reihe von Prüfungen — darunter Höhensimulation, Temperaturwechsel, Schwingung, Stoß, Außenkurzschluss und Überladung — bevor Lithium-Akkus als Gefahrgut auf dem Luft-, See- oder Landweg transportiert werden dürfen. Der Hersteller muss einen Prüfnachweis (Testzusammenfassung) bereitstellen; ohne diesen ist der Transport unzulässig.
IEC 62619
IEC 62619 ist die internationale Sicherheitsnorm für wiederaufladbare Lithium-Zellen und -Batterien in industriellen Anwendungen. Sie definiert Sicherheitsanforderungen für Design, Herstellung und Prüfung und ist ein zentrales Dokument für die CE-Konformität von Industrieakkus. Die Norm ergänzt die produktspezifischen Prüfungen der UN 38.3 um systemische Sicherheitsanforderungen an BMS, Zellschutz und Missbrauchssicherheit.
CE-Kennzeichnung
Die CE-Kennzeichnung signalisiert, dass ein Produkt den geltenden EU-Richtlinien entspricht. Für Industrie-Akkupacks sind je nach Anwendung die Niederspannungsrichtlinie (LVD, 2014/35/EU), die EMV-Richtlinie (2014/30/EU) und bei Maschinenintegration die Maschinenrichtlinie (2006/42/EG) relevant. Die CE-Konformitätserklärung liegt beim Hersteller; ohne sie darf das Produkt nicht im EWR in Verkehr gebracht werden.
IP-Schutzklasse (IEC 60529)
Die IP-Schutzklasse (Ingress Protection) nach IEC 60529 kennzeichnet den Schutz eines Gehäuses gegen Fremdkörper und Wasser. Der erste Kennziffer beschreibt den Feststoffschutz (0–6), die zweite den Feuchtigkeitsschutz (0–9K). IP54 bedeutet Staubschutz und Spritzwasserschutz; IP67 bedeutet Staubdichtheit und Schutz gegen zeitweiliges Untertauchen. Für AGV und Flurförderzeuge im Einsatz in Nasslagern oder im Außenbereich werden häufig IP65 oder höher gefordert.
Zyklenlebensdauer
Die Zyklenlebensdauer gibt an, wie viele vollständige Lade-Entlade-Zyklen ein Akku bei definierter DoD und definierten Bedingungen übersteht, bevor seine Kapazität auf 80 % des Neuwerts absinkt (EOL-Kriterium). LFP-Zellen erzielen unter günstigen Bedingungen mehrere tausend Zyklen, Li-NMC typischerweise einige hundert bis über tausend. Hohe Temperaturen, tiefe DoD-Werte und hohe C-Raten verkürzen die Lebensdauer.
Energiedichte
Die Energiedichte beschreibt die speicherbare Energie bezogen auf Masse (gravimetrisch, Wh/kg) oder Volumen (volumetrisch, Wh/L). Li-NMC erreicht gravimetrisch höhere Werte als LFP; LFP hat dafür Vorteile bei Sicherheit und Lebensdauer. Für AGV-Anwendungen ist die volumetrische Energiedichte oft entscheidend, weil der Bauraum im Fahrzeugunterboden begrenzt ist.
Nennspannung
Die Nennspannung ist die nominelle Betriebsspannung einer Zelle oder eines Packs unter Normalbedingungen. Sie liegt je nach Zellchemie zwischen der Lade- und der Entladeschlussspannung. Bei LiFePO4 beträgt die Nennspannung ca. 3,2 V pro Zelle; ein 48-V-Pack besteht daher aus 15 LFP-Zellen in Reihe. Die tatsächliche Klemmenspannung weicht je nach Ladezustand und Lastbedingungen von der Nennspannung ab.
Nennkapazität
Die Nennkapazität (Ah) ist die elektrische Ladungsmenge, die ein frisch geladener Akku unter definierten Entladebedingungen (Temperatur, C-Rate, Entladeschlussspannung) abgeben kann. Die nutzbare Kapazität im Betrieb liegt durch den gewählten SoC-Bereich (DoD) sowie durch Alterung und Temperaturnachteile unterhalb der Nennkapazität. Hersteller geben die Nennkapazität typischerweise bei 0,2C und 25 °C an.
CAN-Bus
CAN-Bus (Controller Area Network) ist ein serielles Feldbus-Protokoll, das ursprünglich für die Fahrzeugelektronik entwickelt wurde und heute in mobilen Arbeitsmaschinen, AGV und industriellen Akkupacks weit verbreitet ist. Das BMS kommuniziert über CAN-Bus SoC, SoH, Zellspannungen, Temperaturen und Fehlercodes an die übergeordnete Steuerung. Gängige Profile sind CANopen (inklusive CiA-Batterieprofile) sowie J1939 für Nutzfahrzeuge.
SMBus
SMBus (System Management Bus) ist ein auf I²C basierendes, digitales Kommunikationsprotokoll, das für die Anbindung von Smart-Battery-Systemen (SBS) an einen Host entwickelt wurde. Es definiert ein standardisiertes Register-Set für Kapazität, Spannung, Strom, Temperatur und Fehlerstatus. SMBus wird häufig in kleineren Akkupacks und in portablen Geräten eingesetzt; für mobile Industriemaschinen ist CAN-Bus die üblichere Wahl.
Lithium-Plating
Lithium-Plating bezeichnet die unerwünschte Ablagerung von metallischem Lithium an der Graphit-Anode, die auftritt, wenn der Ladestrom zu hoch ist oder die Zellentemperatur zu niedrig (unter ca. 0 °C). Das abgelagerte Lithium bildet Dendriten, die das Separatormaterial durchdringen und einen internen Kurzschluss verursachen können. Lithium-Plating ist eine der Hauptursachen für irreversible Kapazitätsverluste und thermisches Runaway.
Thermal Runaway
Thermal Runaway (thermisches Durchgehen) ist eine selbstverstärkende exotherme Reaktion in einer Lithium-Zelle: Wärme beschleunigt chemische Zersetzungsreaktionen, die weitere Wärme erzeugen — bis zur unkontrollierten Freisetzung von Energie, Gasen und im Extremfall Feuer. Auslöser sind mechanische Beschädigung, Überladung, externe Wärmequellen oder interner Kurzschluss. Thermisches Management und eine gut ausgelegte Schutzschaltung im BMS sind die primären Gegenmaßnahmen.
Entlade- und Ladeschlussspannung
Die Entladeschlussspannung ist die untere Spannungsgrenze, bei der das BMS den Entladevorgang beendet oder abschneidet, um irreversible Zellschäden zu verhindern. Die Ladeschlussspannung ist die obere Grenze, bis zu der geladen wird. Beide Grenzwerte sind zelltypspezifisch: für LFP typisch 2,5 V (Entlade-) und 3,65 V (Lade-) pro Zelle. Das exakte Einstellen dieser Grenzen im BMS hat direkten Einfluss auf Kapazität, Lebensdauer und Sicherheit des Packs.