Warum hochwertige ADLER-Batteriesicherungen bei LiFePO4-Speichern unverzichtbar sind

Warum ADLER-Sicherungen bei LiFePo4-Batteriespeichern sinnvoll sind

Moderne LiFePo4-Batteriespeicher können innerhalb kürzester Zeit sehr hohe Ströme liefern. Das ist im normalen Betrieb gewünscht, stellt bei einem Kurzschluss jedoch eine erhebliche Gefahr dar. Ohne eine geeignete Batteriesicherung können Kabel, Sammelschienen, Kabelschuhe, Batterieverbinder und angeschlossene Geräte innerhalb weniger Augenblicke extrem heiß werden.

Eine hochwertige DC-Hochstromsicherung von ADLER dient deshalb nicht nur als zusätzliches Zubehör. Sie ist ein zentraler Bestandteil eines fachgerecht aufgebauten Batteriesystems. ADLER entwickelt Sicherungen unter anderem für Energiespeichersysteme, Elektromobilität, industrielle Stromverteilungen und leistungsstarke Gleichstromanwendungen.

Besonders bei Batteriesystemen mit EVE-LiFePo4-Zellen, Victron MultiPlus, Victron Quattro, Deye-Hybridwechselrichtern oder vergleichbaren Hochstromverbrauchern muss die eingesetzte Sicherung für die vorhandene Gleichspannung, den Betriebsstrom und den möglichen Kurzschlussstrom geeignet sein.

Das eigentliche Risiko: extrem hohe Kurzschlussströme

Ein LiFePO4-Batteriespeicher besitzt einen sehr niedrigen Innenwiderstand. Bei einem direkten Kurzschluss wird der Strom daher nicht allein durch die Kapazität des Akkus begrenzt. Entscheidend sind unter anderem:

• Innenwiderstand der Batteriezellen
• Anzahl parallel geschalteter Zellen oder Batteriemodule
• Länge und Querschnitt der Batterieleitungen
• Widerstand der Zellverbinder und Sammelschienen
• Kontaktwiderstände an Kabelschuhen und Verschraubungen
• Aufbau und Schaltvermögen der eingesetzten Sicherung

Bei großen Batteriespeichern können dadurch Kurzschlussströme von mehreren tausend Ampere auftreten. Eine Sicherung muss diesen Strom nicht nur erkennen, sondern den Gleichstromkreis auch sicher unterbrechen können.

Warum Gleichstrom besonders anspruchsvoll ist

Beim Abschalten eines hohen Stroms entsteht innerhalb der Sicherung ein Lichtbogen. Bei Wechselstrom wird dieser Lichtbogen durch den regelmäßigen Nulldurchgang der Spannung beim Löschen unterstützt. In einem Gleichstromsystem gibt es diesen periodischen Nulldurchgang nicht.

Eine Sicherung für Batteriespeicher muss deshalb konstruktiv in der Lage sein, den entstehenden DC-Lichtbogen zu begrenzen und sicher zu löschen. Eine Sicherung, die lediglich für Wechselspannung vorgesehen ist, darf daher nicht automatisch mit derselben Spannung in einem Gleichstromkreis verwendet werden.

ADLER-Hochstromsicherungen werden speziell für Batterie-, EV- und Energiespeicheranwendungen angeboten. Je nach Baureihe besitzen sie ein hohes DC-Ausschaltvermögen und sind auf die zuverlässige Unterbrechung hoher Kurzschlussströme ausgelegt.

Was bedeutet Ausschaltvermögen?

Das Bemessungsausschaltvermögen beschreibt den maximalen prospektiven Kurzschlussstrom, den eine Sicherung unter festgelegten Bedingungen sicher unterbrechen kann. Dieser Wert darf nicht mit dem Nennstrom der Sicherung verwechselt werden.

Eine Sicherung mit beispielsweise 200 A Nennstrom ist für einen regulären Betriebsstrom in dieser Größenordnung ausgelegt. Bei einem Kurzschluss können jedoch innerhalb kürzester Zeit mehrere Kiloampere fließen. Die Sicherung muss diesen erheblich höheren Fehlerstrom sicher abschalten können, ohne dabei unkontrolliert zu zerplatzen oder einen dauerhaften Lichtbogen aufrechtzuerhalten.

Bei bestimmten Ausführungen der ADLER-EF3-Serie wird ein Ausschaltvermögen von bis zu 50 kA angegeben. Die konkrete Belastbarkeit hängt jedoch immer vom jeweiligen Sicherungsmodell, von der Nennspannung und von den Prüfbedingungen ab. Daher ist stets das Datenblatt der tatsächlich eingesetzten Sicherung maßgeblich.

Warum ein BMS die Batteriesicherung nicht ersetzt

Ein Batteriemanagementsystem überwacht je nach Ausführung Zellspannungen, Temperaturen, Lade- und Entladeströme sowie weitere Betriebszustände. Bei einer Grenzwertverletzung kann das BMS ein Schütz, einen Leistungsschalter oder interne MOSFETs abschalten.

Trotzdem ersetzt ein BMS keine korrekt ausgelegte Schmelzsicherung. Dafür gibt es mehrere Gründe:

• Das BMS benötigt eine funktionierende Spannungsversorgung und Messung.
• Sensoren, Steuerung oder Schaltelemente können ausfallen.
• Ein externer Kurzschluss kann schneller ansteigen, als das BMS abschaltet.
• MOSFETs oder Schütze besitzen ein begrenztes Ausschaltvermögen.
• Ein Fehler kann außerhalb des vom BMS überwachten Bereichs entstehen.
• Eine verschweißte Schützkontaktstelle kann den Stromkreis geschlossen halten.

Das BMS übernimmt die elektronische Überwachung und Betriebssteuerung. Die Batteriesicherung stellt dagegen eine unabhängige, rein physikalisch arbeitende Schutzebene gegen Überstrom und Kurzschluss dar.

Welche Komponenten werden durch die Sicherung geschützt?

Eine Batteriesicherung wird nicht ausschließlich nach der maximalen Leistung des Wechselrichters ausgewählt. Sie muss vor allem die nachgeschalteten Leiter und Komponenten vor thermischer und mechanischer Überlastung schützen.

Hierzu gehören insbesondere:

• Batteriekabel und deren Isolierung
• Kabelschuhe und Anschlussbolzen
• Sammelschienen und Verteiler
• Batterietrennschalter
• Schütze und Leistungsrelais
• BMS-Leistungspfade
• Wechselrichter und Ladegeräte
• DC-Unterverteilungen

Der Sicherungswert muss so gewählt werden, dass der normale Betriebsstrom einschließlich zulässiger Lastspitzen nicht zu unerwünschten Abschaltungen führt. Gleichzeitig muss die Sicherung auslösen, bevor Kabel oder andere Komponenten unzulässig erwärmt oder beschädigt werden.

Vorteile von ADLER-Hochstromsicherungen

1. Für Gleichstrom- und Batterieanwendungen entwickelt

ADLER bietet Sicherungsbaureihen für Energiespeicher, Elektrofahrzeuge und industrielle DC-Systeme an. Diese Produkte sind nicht lediglich gewöhnliche AC-Sicherungen, die nachträglich in einer Batterieanlage eingesetzt werden.

2. Hohes Ausschaltvermögen

Je nach Baureihe und Ausführung können ADLER-Sicherungen hohe prospektive Kurzschlussströme sicher unterbrechen. Das ist bei LiFePO4-Speichern besonders wichtig, da diese Batterien sehr hohe Fehlerströme bereitstellen können.

3. Kompakte Bauweise

Baureihen wie die ADLER EF3 bieten eine hohe Leistungsdichte bei vergleichsweise kompakten Abmessungen. Dadurch lassen sie sich gut in Batteriegehäusen, DC-Verteilungen und Energiespeicherschränken integrieren.

4. Verschraubte Hochstromanschlüsse

Viele ADLER-Hochstromsicherungen besitzen verschraubbare Anschlüsse. Dies ermöglicht eine mechanisch stabile Verbindung mit geeigneten Sicherungshaltern, Sammelschienen oder Kabelschuhen.

5. Definiertes und reproduzierbares Abschaltverhalten

Eine geprüfte Schmelzsicherung besitzt eine festgelegte Zeit-Strom-Kennlinie. Damit kann beurteilt werden, wie sich die Sicherung bei länger andauernder Überlastung und bei hohen Kurzschlussströmen verhält.

6. Geringe Verlustleistung

Eine passende Sicherung soll im normalen Betrieb möglichst wenig Verlustleistung erzeugen. Trotzdem ist jede Sicherung ein elektrisches Bauteil mit einem gewissen Widerstand. Eine fachgerechte Dimensionierung, ausreichende Belüftung und ein geeigneter Sicherungshalter sind deshalb unverzichtbar.

7. Rückverfolgbarkeit

Bei verschiedenen ADLER-Produkten ist eine eindeutige Kennzeichnung beziehungsweise Rückverfolgbarkeit vorgesehen. Dies erleichtert die Zuordnung des Sicherungstyps und die Prüfung der technischen Produktdaten.

Typische Einsatzbereiche

• 12-V-LiFePO4-Batterien in Campern und Wohnmobilen
• 24-V-Batteriesysteme in Fahrzeugen und Booten
• 48-V-Hausspeicher und Gewerbespeicher
• Victron-MultiPlus- und Quattro-Systeme
• Victron-ESS-Anlagen
• Deye-Hybridwechselrichter und Batteriespeicher
• Off-Grid- und Inselanlagen
• USV- und Notstromsysteme
• Elektromobilität und Ladeinfrastruktur
• Industrielle Gleichstromverteilungen

Die richtige Sicherungsgröße bestimmen

Die Auswahl einer Batteriesicherung darf nicht pauschal nur anhand der Batteriekapazität erfolgen. Eine 280-Ah-Zelle benötigt beispielsweise nicht automatisch eine 280-A-Sicherung. Die Kapazitätsangabe in Amperestunden beschreibt die speicherbare Ladungsmenge und nicht den erforderlichen Sicherungsnennstrom.

Für die Dimensionierung müssen mindestens folgende Werte bekannt sein:

• Systemspannung der Batterie
• maximaler Dauerstrom des Verbrauchers oder Wechselrichters
• kurzzeitiger Spitzenstrom
• maximaler Lade- und Entladestrom der Batterie
• zulässiger Strom des BMS
• Kabelquerschnitt und Verlegeart
• Temperatur am Einbauort
• Strombelastbarkeit der Kabelschuhe und Sammelschienen
• DC-Nennspannung der Sicherung
• Ausschaltvermögen der Sicherung
• Zeit-Strom-Kennlinie

Bei einem Wechselrichter kann der ungefähre Gleichstrom auf der Batterieseite aus Leistung, Batteriespannung und Wirkungsgrad abgeschätzt werden:

Ein Wechselrichter mit 5.000 W Ausgangsleistung kann an einem 48-V-Batteriesystem bereits deutlich über 100 A aufnehmen. Bei niedriger Batteriespannung steigt der benötigte Strom weiter an. Zusätzlich müssen Überlastfähigkeit, Einschaltvorgänge und kurzzeitige Leistungsspitzen berücksichtigt werden.

Warum die DC-Spannungsangabe eingehalten werden muss

Die Spannungsangabe einer Sicherung beschreibt die maximale Systemspannung, bei der sie einen Fehlerstrom unter den definierten Bedingungen sicher unterbrechen kann. Eine Sicherung mit einer geeigneten Nennstromstärke darf nicht eingesetzt werden, wenn ihre zulässige DC-Spannung unterhalb der maximal möglichen Batteriespannung liegt.

Dabei ist nicht nur die Nennspannung des Systems zu beachten. Entscheidend ist die höchste auftretende Spannung bei vollständig geladener Batterie beziehungsweise während des Ladevorgangs.

Beispielsweise besitzt ein als 48-V-System bezeichneter LiFePO4-Speicher mit 16 in Reihe geschalteten Zellen eine tatsächliche Betriebsspannung, die deutlich über 48 V liegen kann. Die ausgewählte Sicherung muss für diese maximale DC-Spannung freigegeben sein.

Position der Batteriesicherung

Die Hauptsicherung sollte grundsätzlich möglichst nah am Batterieausgang angeordnet werden. Ziel ist es, die Länge der ungeschützten Leitung zwischen Batterie und Sicherung so gering wie technisch möglich zu halten.

Gleichzeitig müssen die Herstellervorgaben hinsichtlich Montage, Temperatur, Belüftung und Sicherungshalter beachtet werden. Die Sicherung darf nicht so montiert werden, dass ihre Verlustwärme direkt in eine Batteriezelle oder ein temperaturempfindliches Bauteil eingeleitet wird.

Ist eine kurze Verbindung zwischen Batterie und Sicherung konstruktiv nicht möglich, muss dieser Leitungsabschnitt besonders geschützt verlegt werden. Hierzu können je nach Aufbau beispielsweise mechanischer Schutz, eine doppelte Isolierung oder eine kurzschlusssichere Leitungsführung erforderlich sein.

Sicherung direkt auf der Batteriezelle montieren?

Eine direkte Montage einer Hochstromsicherung auf einem Zellterminal ist nicht automatisch empfehlenswert. Sicherungen erzeugen bei hohen Dauerströmen Verlustwärme. Diese Wärme sollte nicht unnötig auf die Batteriezelle übertragen werden.

Zusätzlich können mechanische Kräfte durch schwere Kabel, Vibrationen oder Bewegungen auf das Zellterminal wirken. Für einen professionellen Aufbau ist daher in vielen Fällen ein geeigneter Sicherungshalter oder eine stabile, separat befestigte Sammelschienenkonstruktion sinnvoller.

Jeder parallele Batteriestrang benötigt Schutz

Werden mehrere Batteriemodule oder Zellstränge parallel betrieben, kann im Fehlerfall nicht nur der betroffene Akku Strom liefern. Auch die übrigen parallel verbundenen Batterien können Energie in den fehlerhaften Strang einspeisen.

Deshalb ist es häufig erforderlich, jeden einzelnen Batteriestrang separat abzusichern. Eine einzige Hauptsicherung hinter der gemeinsamen Sammelschiene schützt nicht zwangsläufig jede Leitung zwischen Batteriemodul und Sammelschiene.

Die Strangsicherungen sollten passend zur jeweiligen Leitung, zum BMS, zum Batteriemodul und zum möglichen Rückspeisestrom aus den übrigen Modulen ausgewählt werden.

Schützt eine Sicherung auch vor Überladung?

Nein. Eine Batteriesicherung schützt primär gegen Überstrom und Kurzschluss. Sie ersetzt weder das BMS noch eine korrekte Ladecharakteristik.

Folgende Aufgaben werden nicht durch die Hauptsicherung übernommen:

• Überwachung einzelner Zellspannungen
• Schutz vor Überladung
• Schutz vor Tiefentladung
• Temperaturüberwachung der Zellen
• Zellbalancierung
• Steuerung von Ladegeräten und Wechselrichtern

Ein sicheres LiFePO4-System benötigt daher ein abgestimmtes Gesamtkonzept aus Batteriezellen, BMS, Sicherungen, Trenneinrichtungen, Leitungen, Sammelschienen, Kabelschuhen und korrekt eingestellten Ladegeräten.

Warum günstige Standardsicherungen nicht immer ausreichen

Bei einer Sicherung kommt es nicht nur darauf an, dass der Schmelzleiter irgendwann durchbrennt. Entscheidend ist, dass der entstehende Lichtbogen sicher gelöscht und der Fehlerstrom kontrolliert unterbrochen wird.

Ungeeignete oder nicht eindeutig spezifizierte Sicherungen können unter anderem folgende Probleme verursachen:

• unzureichendes Ausschaltvermögen bei hohen Kurzschlussströmen
• fehlende oder zu geringe DC-Spannungsfreigabe
• unklares Auslöseverhalten
• übermäßige Erwärmung im Dauerbetrieb
• hohe Übergangswiderstände an den Anschlüssen
• dauerhafter Lichtbogen nach dem Schmelzen des Sicherungselements
• mechanische Beschädigung oder Aufplatzen des Sicherungskörpers

Gerade bei großen LiFePO4-Speichern ist daher eine dokumentierte und für die Anwendung vorgesehene Hochstromsicherung einer nicht näher spezifizierten Billiglösung vorzuziehen.

ADLER EF3 und weitere Baureihen

Die ADLER-EF3-Serie wurde für Hochleistungs-Batterie-, Lade- und Batteriemanagementsysteme entwickelt. Abhängig vom konkreten Modell sind verschiedene Nennströme und Spannungsbereiche erhältlich.

Typische Eigenschaften ausgewählter EF3-Ausführungen sind:

• Einsatz in Batterie- und Energiespeichersystemen
• hohes DC-Ausschaltvermögen
• kompakte Bauform
• verschraubbare Hochstromanschlüsse
• geringe Verlustleistung
• verschiedene Nennstromstärken

Daneben bietet ADLER weitere Sicherungsbaureihen für Energiespeicher, Elektromobilität, Photovoltaik und industrielle Stromverteilungen an. Nicht jede Baureihe ist für jedes Batteriesystem geeignet. Die Auswahl muss deshalb immer anhand des konkreten Datenblatts erfolgen.

Fazit: Eine hochwertige Sicherung schützt die gesamte Anlage

Ein Batteriespeicher besteht häufig aus hochwertigen Zellen, einem leistungsstarken BMS, massiven Sammelschienen und teuren Wechselrichtern. Bei der Hauptsicherung zu sparen, ist daher weder technisch noch wirtschaftlich sinnvoll.

ADLER-Batteriesicherungen bieten je nach Baureihe eine für leistungsstarke Gleichstromsysteme entwickelte Schutzlösung. Ihre Vorteile liegen insbesondere im definierten Auslöseverhalten, der DC-Eignung, dem hohen Ausschaltvermögen und der kompakten Hochstrombauweise.

Richtig ausgewählt und fachgerecht montiert schützt eine geeignete Sicherung Batterieleitungen, Verteiler, BMS, Wechselrichter und weitere Komponenten vor den Folgen eines Überstroms oder Kurzschlusses. Sie ist damit ein unverzichtbarer Bestandteil eines professionellen LiFePO4-Batteriesystems.