Leitfaden zur Auswahl von Batteriesicherungen für Energiespeichersysteme (BESS): So finden Sie die richtige Sicherung

Einleitung

Batteriespeichersysteme (Battery Energy Storage Systems, BESS) spielen eine immer wichtigere Rolle in der modernen Energieversorgung. Ob zur Integration erneuerbarer Energien, zur Netzstabilisierung, für das Energiemanagement in Gewerbe und Industrie oder als Notstromversorgung – Batteriespeicher benötigen zuverlässige elektrische Schutzkomponenten, um einen sicheren und effizienten Betrieb zu gewährleisten.

Eine der wichtigsten Komponenten für den Schutz von Batteriespeichersystemen ist die Batteriesicherung. Sie schützt Batteriemodule, Batterieracks, DC-Verteilungssysteme und Leistungselektronik vor Überströmen und Kurzschlüssen.

Die Auswahl der richtigen Batteriesicherung ist jedoch komplexer, als lediglich den Sicherungsnennstrom an den Betriebsstrom der Batterie anzupassen. Ingenieure und Systemintegratoren müssen verschiedene technische Parameter berücksichtigen, darunter die maximale DC-Spannung, den Dauerstrom, Temperatur-Derating, den zu erwartenden Kurzschlussstrom, das Ausschaltvermögen und die Schutzkoordination mit nachgeschalteten Komponenten.

Dieser Leitfaden zur Auswahl von Batteriesicherungen erläutert die wichtigsten technischen Kriterien, Berechnungen und praktischen Überlegungen, die bei der Auswahl geeigneter Sicherungen für Batteriespeichersysteme zu beachten sind.

1. Wo werden Batteriesicherungen in Energiespeichersystemen eingesetzt?

Ein typisches Batteriespeichersystem besteht aus mehreren miteinander verbundenen Komponenten. Dazu gehören Batteriezellen, Batteriemodule, Batterieracks, DC-Sammelschienen, Schutzvorrichtungen und Leistungsumrichter.

Jede dieser Komponenten arbeitet unter unterschiedlichen elektrischen Bedingungen und benötigt einen entsprechend ausgelegten Überstromschutz.

In einem typischen BESS gibt es vier wesentliche Schutzebenen.

Schutz auf Batteriemodulebene

Modulsicherungen schützen einzelne Batteriemodule oder Modulstränge vor internen Kurzschlüssen und überhöhten Strömen.

Ihre Hauptaufgabe besteht darin, ein fehlerhaftes Modul vom übrigen System zu trennen, bevor sich der Fehler auf andere Komponenten auswirkt.

Bei der Auswahl sind insbesondere die Modulspannung, der Dauerstrom und der verfügbare Kurzschlussstrom zu berücksichtigen.

Schutz auf Batterierackebene

Rack-Sicherungen schützen einzelne Batterieracks, die parallel an eine gemeinsame DC-Sammelschiene angeschlossen sind.

Im Fehlerfall ermöglichen sie die Trennung des betroffenen Racks, ohne dass zwangsläufig alle anderen parallel geschalteten Racks abgeschaltet werden müssen.

Die Auslegung hängt unter anderem von der Batteriekapazität, dem Betriebsstrom, der Umgebungstemperatur und dem Kurzschlussstrom ab, der durch die parallel geschalteten Batterieracks bereitgestellt werden kann.

Schutz von DC-Sammelschienen und Combiner-Systemen

Sicherungen auf DC-Sammelschienen und in Combiner-Systemen schützen die zentrale DC-Verteilung sowie nachgeschaltete Stromkreise.

Da mehrere Batterieracks parallel mit derselben DC-Sammelschiene verbunden sein können, ist der verfügbare Kurzschlussstrom an dieser Stelle häufig deutlich höher als auf Ebene eines einzelnen Racks.

Deshalb muss der maximale prospektive Kurzschlussstrom vor der Auswahl der Sicherung sorgfältig berechnet werden.

Schutz am Eingang des Power Conversion Systems (PCS)

Das Power Conversion System verbindet den DC-Stromkreis der Batterie mit dem AC-Stromnetz.

Sicherungen am PCS-Eingang schützen die Leistungselektronik, einschließlich Wechselrichtern und Halbleiterkomponenten, vor überhöhten Strömen und Kurzschlüssen.

Je nach Anwendung können schnell auslösende DC-Sicherungen erforderlich sein. Dabei müssen insbesondere das Strombegrenzungsverhalten und die Durchlassenergie der Sicherung mit den Anforderungen der Leistungselektronik abgestimmt werden.

2. Die richtige DC-Spannungsbemessung bestimmen

Die Bemessungsspannung ist einer der ersten Parameter, die bei der Auswahl einer Batteriesicherung geprüft werden müssen.

Die DC-Bemessungsspannung der Sicherung muss mindestens so hoch sein wie die maximale Spannung, die unter allen zulässigen Betriebsbedingungen über der Sicherung auftreten kann.

Entscheidend ist dabei nicht die Nennspannung der Batterie, sondern ihre maximale Ladespannung.

Berechnungsbeispiel

Angenommen, ein Batterierack arbeitet in einem Spannungsbereich von 720 V DC bis 960 V DC.

In diesem Fall muss die ausgewählte Sicherung für mindestens 1.000 V DC ausgelegt sein.

Die grundlegende Auswahlregel lautet:

Sicherungs-Bemessungsspannung ≥ Maximale Batteriespannung

Bei der Überprüfung der Spannungsbemessung sollten folgende Faktoren berücksichtigt werden:

• Maximale Ladespannung der Batterie.

• Maximale Spannung der DC-Sammelschiene.

• Gesamter Betriebsspannungsbereich des Batteriesystems.

• Erdungskonzept und Systemkonfiguration.

• DC-Spannungsbemessung der Sicherung.

• Relevante Normen und Prüfanforderungen.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Eignung der Sicherung für DC-Anwendungen. Wechselstrom- und Gleichstromkreise unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Lichtbogenlöschung. Bei Gleichstrom gibt es keinen natürlichen Nulldurchgang des Stroms, der die Lichtbogenunterbrechung unterstützt.

Deshalb muss eine Sicherung ausdrücklich für die vorgesehene DC-Anwendung geeignet sein.

Die Norm IEC 60269-7 enthält ergänzende Anforderungen an Sicherungseinsätze zum Schutz von Batterien und Batteriesystemen. Sie behandelt unter anderem Anwendungen mit Nennspannungen bis 1.500 V DC.

3. Dauerstrom berechnen und Derating-Faktoren berücksichtigen

Die richtige Auswahl des Sicherungsnennstroms ist entscheidend, um unnötige Auslösungen zu vermeiden und gleichzeitig einen wirksamen Schutz der Leitungen und angeschlossenen Komponenten sicherzustellen.

Eine Batteriesicherung muss den erwarteten Dauerbetriebsstrom zuverlässig führen können, ohne sich unzulässig zu erwärmen oder während normaler Lade- und Entladevorgänge auszulösen.

Gleichzeitig muss ihr Nennstrom so gewählt werden, dass die angeschlossenen Leiter und Betriebsmittel ausreichend geschützt werden.

Betriebsstrom der Batterie berechnen

Wenn die Kapazität und die Lade- beziehungsweise Entladerate eines Batterieracks bekannt sind, lässt sich der nominale Betriebsstrom folgendermaßen berechnen:

I = Batteriekapazität × C-Rate

Beispiel:

• Batteriekapazität: 200 Ah

• Lade- beziehungsweise Entladerate: 0,25 C

Daraus ergibt sich:

I = 200 × 0,25

I = 50 A

Der nominale Betriebsstrom beträgt somit 50 A.

Allerdings bedeutet dies nicht automatisch, dass eine 50-A-Sicherung geeignet ist. Umgebungsbedingungen und thermische Belastungen können die tatsächlich nutzbare Stromtragfähigkeit einer Sicherung reduzieren.

Die wichtigsten Derating-Faktoren verstehen

Mehrere Faktoren beeinflussen die Leistungsfähigkeit von Batteriesicherungen in Energiespeichersystemen.

1. Temperatur-Derating

Batteriespeichercontainer und elektrische Schaltschränke können insbesondere bei Anlagen mit hoher Leistungsdichte erhebliche Umgebungstemperaturen erreichen.

Mit steigender Umgebungstemperatur kann die zulässige Strombelastbarkeit einer Sicherung sinken.

Ingenieure müssen deshalb die Temperatur-Derating-Kurven des Herstellers berücksichtigen und den entsprechenden Korrekturfaktor anwenden.

2. Lade- und Entladezyklen

Batteriespeichersysteme wechseln häufig zwischen Lade- und Entladebetrieb.

Diese wiederholten Betriebswechsel führen zu thermischen Belastungszyklen, die sich auf die langfristige Zuverlässigkeit der Sicherung auswirken können.

Bei Anwendungen mit häufigen Schalt- und Betriebszyklen sollte daher ein geeigneter Korrekturfaktor berücksichtigt werden.

3. Thermische Bedingungen und Sammelschienen-Auslegung

Die Abmessungen der Sammelschienen, die Leiterquerschnitte, die Belüftung des Gehäuses und die Wärmeabfuhr beeinflussen die thermischen Bedingungen rund um die Sicherung.

Eine unzureichende Wärmeableitung kann die Betriebstemperatur erhöhen und die effektive Stromtragfähigkeit reduzieren.

4. Kühlbedingungen

Eine Zwangsbelüftung oder andere Kühlmaßnahmen können die Betriebstemperatur der Sicherung beeinflussen.

Korrekturfaktoren für Kühlung sollten jedoch nur dann angewendet werden, wenn sie durch die tatsächlichen Installationsbedingungen und die technischen Herstellerangaben gerechtfertigt sind.

Formel zur Berechnung des erforderlichen Sicherungsnennstroms

Für die Berechnung des erforderlichen Sicherungsnennstroms kann folgende Formel verwendet werden:

Iₙ = Iₗ / (FAT × FL × FSS × FWR × FFC)

Dabei gilt:

• Iₙ = Erforderlicher Sicherungsnennstrom.

• Iₗ = Nominaler Betriebsstrom.

• FAT = Temperatur-Korrekturfaktor.

• FL = Korrekturfaktor für die Sicherungsbelastung.

• FSS = Korrekturfaktor für die Schalthäufigkeit.

• FWR = Thermischer Korrekturfaktor für Leiter und Sammelschienen.

• FFC = Korrekturfaktor für Zwangskühlung.

Die jeweiligen Korrekturfaktoren müssen anhand der technischen Dokumentation und der tatsächlichen Installationsbedingungen ermittelt werden. Sie sind keine universell gültigen Werte.

Praktisches Berechnungsbeispiel für eine Batteriesicherung

Betrachten wir ein Batterierack mit folgenden Betriebsbedingungen:

• Batteriekapazität: 200 Ah.

• Lade- beziehungsweise Entladerate: 0,25 C.

• Nominaler Betriebsstrom: 50 A.

• Umgebungstemperatur: 70 °C.

• Temperatur-Korrekturfaktor: 0,8.

• Korrekturfaktor für Schalthäufigkeit: 0,8.

• Thermischer Korrekturfaktor: 0,8.

• Sicherungsbelastungsfaktor: 1,0.

• Faktor für Zwangskühlung: 1,0.

Die Berechnung lautet:

Iₙ = 50 / (1,0 × 0,8 × 0,8 × 0,8 × 1,0)

Iₙ = 97,66 A

Der nächsthöhere verfügbare Standardnennstrom kann 100 A betragen.

Damit kommt eine 100-A-Sicherung grundsätzlich als geeignete Lösung infrage, sofern auch die Spannungsbemessung, das Ausschaltvermögen, die Zeit-Strom-Kennlinie und die Schutzkoordination mit Leitungen und Betriebsmitteln erfüllt sind.

Dieses Beispiel verdeutlicht, warum bei der Auswahl einer Batteriesicherung sämtliche relevanten Betriebsbedingungen berücksichtigt werden müssen und nicht nur der nominale Batteriestrom.

4. Das DC-Ausschaltvermögen überprüfen

Das Ausschaltvermögen gehört zu den wichtigsten technischen Kenngrößen bei der Auswahl von Batteriesicherungen für Energiespeichersysteme.

Es beschreibt den maximalen prospektiven Kurzschlussstrom, den eine Sicherung unter den festgelegten Betriebs- und Prüfbedingungen sicher unterbrechen kann.

Übersteigt der verfügbare Kurzschlussstrom das Bemessungs-Ausschaltvermögen der Sicherung, kann eine sichere Fehlerunterbrechung nicht gewährleistet werden.

Den verfügbaren Kurzschlussstrom berechnen

Der zu erwartende Kurzschlussstrom hängt von verschiedenen Faktoren ab:

• Innenwiderstand der Batterie.

• Konfiguration der Batteriezellen und -module.

• Anzahl parallel geschalteter Batterieracks.

• Impedanz der DC-Sammelschiene.

• Widerstand von Kabeln und Verbindungen.

• Betriebsspannung des Systems.

Parallel geschaltete Batterieracks können den verfügbaren Kurzschlussstrom erheblich erhöhen.

Berechnungsbeispiel

Angenommen, ein Energiespeichersystem besteht aus acht parallel geschalteten Batterieracks.

Jedes Rack kann im Fehlerfall einen Kurzschlussstrom von 8 kA liefern.

Der geschätzte Gesamtfehlerstrom beträgt:

Gesamt-Kurzschlussstrom = 8 × 8 kA

Gesamt-Kurzschlussstrom = 64 kA

In diesem vereinfachten Beispiel muss die Sicherung zum Schutz der DC-Sammelschiene ein Ausschaltvermögen von mindestens 64 kA bei der entsprechenden DC-Spannung und unter den maßgeblichen Prüfbedingungen besitzen.

Bei einer tatsächlichen Kurzschlussstromberechnung müssen zusätzlich die Netzimpedanz, der Fehlerort, die Batterieeigenschaften und die Beiträge weiterer angeschlossener Energiequellen berücksichtigt werden.

Wichtige Anforderungen an das Ausschaltvermögen

Vor der Auswahl einer Batteriesicherung sollten folgende Punkte überprüft werden:

• Der maximale prospektive Kurzschlussstrom wurde berechnet.

• Das Ausschaltvermögen der Sicherung ist mindestens so hoch wie der verfügbare Kurzschlussstrom.

• Die Beiträge parallel geschalteter Batterieracks wurden berücksichtigt.

• DC-Spannungsbemessung und Ausschaltvermögen sind miteinander kompatibel.

• Die Systemzeitkonstante (L/R) liegt innerhalb der zulässigen Spezifikationen der Sicherung.

Ein ausreichendes Ausschaltvermögen ist entscheidend, um die elektrische Sicherheit auch bei schwerwiegenden Fehlerfällen zu gewährleisten.

5. I²t-Koordination und Auslösecharakteristik überprüfen

In modernen Batteriespeichersystemen müssen Sicherungen mit empfindlichen nachgeschalteten elektrischen Komponenten abgestimmt werden.

Leistungsumrichter, Wechselrichter und DC/DC-Wandler enthalten Halbleiterbauelemente, die bereits durch kurzzeitige Überströme und eine zu hohe Fehlerenergie beschädigt werden können.

Deshalb ist die I²t-Koordination ein wichtiger Bestandteil der Auswahl von Batteriesicherungen.

Was bedeutet I²t?

I²t beschreibt die thermische Energie, die mit einem Stromfluss über einen bestimmten Zeitraum verbunden ist.

Die Kenngröße wird häufig verwendet, um die Energie zu bewerten, die eine Sicherung während eines Fehlerfalls bis zur vollständigen Unterbrechung durchlässt.

Die grundlegende mathematische Beziehung lautet:

I²t = ∫ i²(t) dt

Das gesamte Ausschaltintegral der Sicherung sollte grundsätzlich unterhalb des zulässigen I²t-Grenzwerts der nachgeschalteten Betriebsmittel liegen, die geschützt werden sollen.

Die erforderliche Beziehung lautet:

Gesamtes Ausschalt-I²t der Sicherung < I²t-Belastbarkeit des Betriebsmittels

Dadurch wird sichergestellt, dass die Sicherung den Fehler unterbricht, bevor eine übermäßige thermische Energie empfindliche Komponenten beschädigt.

Zeit-Strom-Kennlinien verstehen

Zeit-Strom-Kennlinien zeigen, wie schnell eine Sicherung bei unterschiedlichen Stromstärken auslöst.

Bei der Auswahl sollten folgende Parameter untersucht werden:

• Minimale Schmelzzeit.

• Gesamtausschaltzeit.

• Spitzen-Durchlassstrom.

• Vorlichtbogen-I²t.

• Gesamtes Ausschalt-I²t.

• Verfügbarer prospektiver Kurzschlussstrom.

Diese Eigenschaften helfen bei der Beurteilung, ob die Sicherung sowohl bei Überlastungen als auch bei Kurzschlüssen einen ausreichenden Schutz gewährleistet.

Mehrere Schutzebenen aufeinander abstimmen

Ein Batteriespeichersystem verfügt normalerweise über mehrere Schutzebenen.

Ein Fehler in einem einzelnen Batterierack sollte idealerweise isoliert werden, ohne das gesamte Energiespeichersystem unnötig abzuschalten.

Daher müssen Modul-, Rack-, DC-Sammelschienen- und PCS-Sicherungen aufeinander abgestimmt werden.

Die geeignete Schutzstrategie hängt von der Systemarchitektur, den Sicherungskennlinien und den Belastungsgrenzen der angeschlossenen Betriebsmittel ab.

In bestimmten Batterieanwendungen können auch Konzepte der umgekehrten Schutzkoordination (Reverse Coordination) berücksichtigt werden, um die durchgelassene Fehlerenergie zu begrenzen und empfindliche Komponenten zu schützen.

Die endgültige Schutzkoordination sollte anhand von Herstellerdaten, Zeit-Strom-Kennlinien und einer systemweiten Fehlerstromanalyse überprüft werden.

6. Die passende Sicherung für jede BESS-Schutzebene auswählen

Die verschiedenen Bereiche eines Energiespeichersystems stellen unterschiedliche Anforderungen an den elektrischen Schutz.

Deshalb ist es in der Regel nicht sinnvoll, überall denselben Sicherungstyp einzusetzen.

Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten Auswahlkriterien zusammen.

BESS-Schutzebene	Primäres Schutzziel	Wichtige Auswahlparameter
Batteriemodul	Schutz einzelner Module vor Kurzschlüssen	Modulspannung, Betriebsstrom, verfügbarer Kurzschlussstrom
Batterierack	Schutz einzelner Batterieracks	Rackspannung, Dauerstrom, Temperatur-Derating, Kurzschlussstrom
DC-Sammelschiene/Combiner	Schutz der zentralen DC-Verteilung	Maximale DC-Spannung, Gesamtstrom, Gesamt-Kurzschlussstrom
PCS-Eingang	Schutz der Leistungselektronik	DC-Eingangsspannung, I²t-Belastbarkeit der Halbleiter, Ausschaltcharakteristik

Auswahl von Sicherungen für Batteriemodule

Der Schutz auf Modulebene erfordert die Berücksichtigung vergleichsweise niedriger Betriebsströme und der spezifischen Fehlerstrombedingungen einzelner Module.

Die ausgewählte Sicherung sollte einen ausreichenden Schutz bieten, ohne den normalen Batteriebetrieb zu beeinträchtigen.

Auswahl von Sicherungen für Batterieracks

Rack-Sicherungen müssen den kontinuierlichen Betriebsstrom des jeweiligen Racks führen können und gleichzeitig einen ausreichenden Schutz gegen Fehlerströme aus parallel geschalteten Batterien gewährleisten.

Temperatur-Derating und Schalthäufigkeit spielen dabei eine besonders wichtige Rolle.

Auswahl von Sicherungen für DC-Sammelschienen

Sicherungen für DC-Sammelschienen müssen entsprechend dem gesamten Betriebsstrom und dem zu erwartenden Kurzschlussstrom der angeschlossenen Anlage ausgelegt werden.

Das Ausschaltvermögen ist besonders wichtig, da mehrere parallel geschaltete Batterieracks gleichzeitig zu einem Fehlerstrom beitragen können.

Auswahl von Sicherungen für den PCS-Eingang

Der Schutz am PCS-Eingang erfordert eine sorgfältige Abstimmung auf die Spezifikationen des Wechselrichters und der Halbleiterkomponenten.

Schnell auslösende DC-Sicherungen können erforderlich sein, wenn die Grenzwerte für die Fehlerenergie der angeschlossenen Betriebsmittel dies verlangen.

Spannungsbemessung, Ausschaltvermögen, Spitzen-Durchlassstrom und gesamtes Ausschalt-I²t müssen überprüft werden.

7. Wichtige Normen für die Auswahl von Batteriesicherungen

Normen helfen Ingenieuren dabei, einheitliche technische Anforderungen an elektrische Schutzkomponenten zu definieren.

Eine wichtige Referenz ist die IEC 60269-7. Sie enthält ergänzende Anforderungen für Sicherungseinsätze zum Schutz von Batterien und Batteriesystemen.

Bei der Bewertung einer Sicherung für ein Energiespeichersystem sollten insbesondere folgende Eigenschaften geprüft werden:

• DC-Bemessungsspannung.

• Bemessungsstrom.

• Ausschaltvermögen.

• Zeit-Strom-Kennlinien.

• I²t-Verhalten.

• DC-Lichtbogenlöschfähigkeit.

• Zulässige Umgebungs- und Betriebstemperaturen.

• Relevante Zertifizierungen und Prüfdokumentationen.

Wichtig ist die Unterscheidung zwischen einer Sicherung, die lediglich eine geeignete DC-Spannungsbemessung besitzt, und einer Sicherung, die speziell für die Anforderungen von Batterieanwendungen geprüft wurde.

Eine für Batteriesysteme geeignete Sicherung trägt dazu bei, dass ihre elektrischen Eigenschaften den tatsächlichen Anforderungen der Installation entsprechen.

8. Häufige Fehler bei der Auswahl von BESS-Sicherungen vermeiden

Selbst wenn die grundlegenden Spannungs- und Stromberechnungen korrekt sind, können übersehene technische Parameter die Zuverlässigkeit des Schutzsystems beeinträchtigen.

Die folgenden Fehler sollten Ingenieure und Systemintegratoren vermeiden.

Eine Sicherung ausschließlich anhand des Nennstroms auswählen

Der nominale Batteriestrom berücksichtigt weder Temperaturbedingungen noch Schalthäufigkeit oder thermische Installationsbedingungen. Alle relevanten Derating-Faktoren müssen überprüft werden.

Die maximale Ladespannung ignorieren

Wer bei der Auswahl nur die nominale Batteriespannung berücksichtigt, riskiert eine unzureichende Spannungsbemessung der Sicherung.

Den Kurzschlussstrom parallel geschalteter Batterieracks unterschätzen

Mehrere parallel geschaltete Batterieracks können einen erheblichen Kurzschlussstrom liefern. Der verfügbare Fehlerstrom muss deshalb an jedem Installationsort der Sicherung berechnet werden.

Das DC-Ausschaltvermögen vernachlässigen

Eine Sicherung muss in der Lage sein, den prospektiven Kurzschlussstrom unter den vorgesehenen DC-Betriebsbedingungen sicher zu unterbrechen.

Die I²t-Koordination übersehen

Eine ungeeignete Sicherung kann bei einem Fehler zu viel Energie durchlassen, bevor sie auslöst. Dadurch können empfindliche Leistungselektronik und Halbleiter beschädigt werden.

Auf allen Schutzebenen denselben Sicherungstyp verwenden

Die Anforderungen an Modul-, Rack-, DC-Sammelschienen- und PCS-Sicherungen unterscheiden sich erheblich. Jede Sicherung muss entsprechend ihrem Installationsort und Schutzziel ausgewählt werden.

Die Kompatibilität des Sicherungshalters vernachlässigen

Sicherungshalter und Montagevorrichtungen müssen mit den Abmessungen, elektrischen Bemessungswerten, Kontaktanforderungen und thermischen Eigenschaften der ausgewählten Sicherung kompatibel sein.

Wer diese Fehler vermeidet, kann die Sicherheit, Zuverlässigkeit und langfristige Leistungsfähigkeit von Batteriespeichersystemen verbessern.

9. Checkliste zur Auswahl von Batteriesicherungen

Vor der endgültigen Festlegung einer Sicherungsspezifikation für ein BESS-Projekt sollten Ingenieure die folgenden Punkte überprüfen.

Spannung und Strom

• Maximale Ladespannung der Batterie bestätigen.

• Ausreichende DC-Spannungsbemessung der Sicherung überprüfen.

• Nominalen Betriebsstrom anhand von Batteriekapazität und C-Rate berechnen.

• Relevanten Temperatur-Korrekturfaktor berücksichtigen.

• Schalthäufigkeit und Lade-/Entladezyklen bewerten.

• Thermische Bedingungen von Sammelschienen und Leitern berücksichtigen.

• Verfügbarkeit einer Zwangskühlung prüfen.

• Erforderlichen Sicherungsnennstrom berechnen.

Kurzschlussschutz

• Prospektiven Kurzschlussstrom am jeweiligen Sicherungsstandort bestimmen.

• Fehlerstrombeiträge parallel geschalteter Batterieracks berücksichtigen.

• Ausreichendes Ausschaltvermögen der Sicherung überprüfen.

• Kompatibilität mit der Systemzeitkonstante (L/R) bestätigen.

Schutzkoordination

• I²t-Belastbarkeit der nachgeschalteten Betriebsmittel ermitteln.

• Gesamtes Ausschalt-I²t der Sicherung mit den zulässigen Belastungsgrenzen vergleichen.

• Zeit-Strom-Kennlinien überprüfen.

• Koordination zwischen vor- und nachgeschalteten Schutzvorrichtungen sicherstellen.

Installation und Normenkonformität

• Einhaltung der geltenden Batteriesicherungsnormen überprüfen.

• Kompatibilität von Sicherungshalter und Montagevorrichtung bestätigen.

• Zulässige Betriebstemperaturen berücksichtigen.

• Technische Dokumentation und Zertifizierungen überprüfen.

Diese Checkliste bietet einen strukturierten Ansatz für die Auswahl geeigneter Batteriesicherungen in unterschiedlichen Energiespeicherkonfigurationen.

10. Häufig gestellte Fragen zur Auswahl von Batteriesicherungen

Frage 1: Was ist der Unterschied zwischen einer Batteriesicherung und einer herkömmlichen DC-Sicherung?

Eine Batteriesicherung ist für die besonderen elektrischen und betrieblichen Anforderungen des Batterieschutzes ausgelegt und entsprechend zu bewerten.

Eine herkömmliche DC-Sicherung kann zwar über eine geeignete DC-Spannungsbemessung verfügen, erfüllt aber möglicherweise nicht alle spezifischen Anforderungen von Batterieanwendungen. Dazu gehören beispielsweise das Ausschaltvermögen, die Kompatibilität mit der Systemzeitkonstante und die entsprechenden Prüfanforderungen.

Für BESS-Anwendungen sollte daher geprüft werden, ob die Sicherung die Anforderungen der IEC 60269-7 erfüllt.

Frage 2: Wie berechnet man den richtigen Nennstrom einer Batteriesicherung?

Zunächst wird der nominale Betriebsstrom anhand der Batteriekapazität und der Lade- beziehungsweise Entladerate berechnet.

Anschließend werden relevante Derating-Faktoren berücksichtigt. Dazu gehören die Umgebungstemperatur, die Sicherungsbelastung, die Schalthäufigkeit, die thermischen Bedingungen der Sammelschienen und die Kühlung.

Der endgültige Sicherungsnennstrom muss außerdem einen ausreichenden Schutz für Leitungen und angeschlossene Betriebsmittel gewährleisten.

Frage 3: Warum ist das Ausschaltvermögen bei Batteriespeichersystemen so wichtig?

Batteriesysteme können sehr hohe Kurzschlussströme liefern, insbesondere wenn mehrere Batterieracks parallel geschaltet sind.

Eine Sicherung mit unzureichendem Ausschaltvermögen kann einen Fehler möglicherweise nicht sicher unterbrechen.

Deshalb muss das Ausschaltvermögen mindestens dem maximalen prospektiven Kurzschlussstrom am jeweiligen Installationsort entsprechen.

Frage 4: Was bedeutet I²t-Koordination bei einem BESS?

Die I²t-Koordination stellt sicher, dass die während eines Fehlerfalls durch die Sicherung durchgelassene Energie innerhalb der zulässigen Belastungsgrenzen der zu schützenden Betriebsmittel bleibt.

Dies ist besonders wichtig für Wechselrichter, Leistungselektronik und andere halbleiterbasierte Komponenten.

Frage 5: Kann dieselbe Batteriesicherung für Modul-, Rack- und DC-Sammelschienenschutz verwendet werden?

In der Regel nicht.

Jede Schutzebene besitzt unterschiedliche Anforderungen hinsichtlich Spannung, Strom, Kurzschlussfestigkeit und Schutzkoordination.

Eine Sicherung, die für ein einzelnes Batteriemodul ausgelegt ist, verfügt möglicherweise nicht über ausreichende Stromtragfähigkeit oder ausreichendes Ausschaltvermögen für eine DC-Hauptsammelschiene.

Daher muss jede Schutzebene separat bewertet werden.

Frage 6: Welche Norm gilt für Batteriesicherungen in Energiespeichersystemen?

Die IEC 60269-7 enthält ergänzende Anforderungen für Sicherungseinsätze zum Schutz von Batterien und Batteriesystemen.

Ingenieure sollten die jeweils geltende Normausgabe, den Spannungsbereich, die Prüfanforderungen und die projektspezifischen regulatorischen Vorgaben überprüfen.

Fazit

Die richtige Auswahl von Batteriesicherungen ist entscheidend für den sicheren, zuverlässigen und effizienten Betrieb von Batteriespeichersystemen.

Eine geeignete Sicherung muss mehr leisten, als lediglich den normalen Betriebsstrom zu führen. Sie muss der maximalen Systemspannung standhalten, relevante Umgebungs- und Temperaturbedingungen berücksichtigen, den verfügbaren Kurzschlussstrom sicher unterbrechen und mit den nachgeschalteten Betriebsmitteln abgestimmt sein.

Die wichtigsten Auswahlkriterien sind:

1. Auswahl der DC-Spannungsbemessung anhand der maximalen Batteriespannung.

2. Berechnung des Dauerstroms unter Berücksichtigung aller relevanten Derating-Faktoren.

3. Überprüfung des Ausschaltvermögens anhand des verfügbaren Kurzschlussstroms.

4. Sicherstellung der I²t-Koordination mit empfindlicher Leistungselektronik.

5. Auswahl geeigneter Sicherungen für Modul-, Rack-, DC-Sammelschienen- und PCS-Schutz.

6. Überprüfung relevanter Normen und Installationsanforderungen.

Durch einen systematischen Auswahlprozess können Ingenieure und Systemintegratoren den elektrischen Schutz verbessern, unnötige Anlagenabschaltungen reduzieren und die langfristige Zuverlässigkeit von Energiespeichersystemen unterstützen.

Letztendlich hängt die richtige Auswahl von BESS-Sicherungen davon ab, die gesamte elektrische Systemarchitektur zu verstehen und jede Schutzkomponente auf die tatsächlichen Betriebs- und Fehlerbedingungen abzustimmen.