Natrium-Ionen vs. LFP: Speicherkapazität bei Kälte und Lebenszykluskosten

Elektrisches Modell. Jede Referenzzelle wird durch ein Rint-Ersatzschaltbild mit $V_d=U(z)-I_dR(T)$ und $V_c=U(z)+I_cR(T)$ beschrieben. Der Widerstand folgt einem Arrhenius-Gesetz. Analytische Leerlaufspannungskennlinien bilden den Spannungsanstieg der Natrium-Ionen-Zelle und das LFP-Plateau ab; es sind keine gemessenen Herstellerkennlinien. Die spannungsbedingten Endpunkte werden durch Bisektion bestimmt. Die Mittelpunktquadratur integriert Ladungsmenge, Energie, Verluste und verstrichene Zeit über das gewählte SoC-Fenster.

Feste Kapazitätskalibrierung. Die Kapazitäts-Temperatur-Angaben und der Referenzwiderstand werden einmalig gemeinsam kalibriert: Na-Ionen verwendet 10 mΩ und 20 kJ/mol; LFP verwendet die angenommenen Werte 0,5 mΩ und 25 kJ/mol. Bei jeder Temperatur der Quelldaten ist die effektive Ladungsmenge gleich der angegebenen, bei 0,5C entnommenen Ladungsmenge, geteilt durch die SoC-Entladespanne dieses FESTEN Referenzersatzschaltbilds. PCHIP interpoliert zwischen diesen kalibrierten Werten der verfügbaren Ladungsmenge. Eine Änderung des Widerstands verändert diese verfügbare Ladungsmenge niemals. Der daraus resultierende Na-Ionen-Energieerhalt bei Kälte wird anhand der unabhängigen HiNa-Messung von 2026 geprüft. Konsistenzprüfungen weisen Widerstandskombinationen zurück, bei denen die im Referenzfall im Warmen oder bei Kälte entnommene Ladungsmenge unter 95 % der Quellenangabe oder der Na-Ionen-Energieerhalt bei Kälte unter 90 % des Messwerts fällt. Unterhalb von 25 °C überschreitet die verfügbare Ladungsmenge niemals ihren im Warmen kalibrierten Wert.

Laderegelung. HiNa verwendet seine temperaturabhängigen Strom-, Spannungs- und oberen SoC-Grenzen. Der CV-Abschaltstrom beträgt bei oder unter 0 °C 0,1C und oberhalb von 0 °C 0,05C (original HiNa p. 5). LFP verwendet das Konstantleistungskennfeld aus EVE revision A §4.2.1 für das GESAMTE SoC-Fenster (attached s1 p. 23), einschließlich 0,12P bei 5 °C. Das alternative Kennfeld mit gestufter Leistung wird nicht verwendet. P bezeichnet die Zellnennenergie je Stunde. Zwischen den veröffentlichten Temperaturen werden die Leistungsgrenzen linear interpoliert. Der angelegte Strom ist das Minimum aus angefordertem Strom, zulässigem Hauptladestrom, leistungsbegrenztem Strom und CV-Strom. Der leistungsbegrenzte Strom wird aus $I(U+IR)=P_{max}$ mit der simulierten Klemmenspannung bestimmt. Die CV-Ladung endet bei dem in der Quelle angegebenen Abschaltstrom; liegt der Hauptladestrom bereits darunter, endet die Ladung stattdessen beim Beginn der CV-Phase. SoC- und Spannungsgrenzen können die Ladung früher beenden. Die LFP-Ladung ist bei und unter 0 °C gesperrt.

Saisonale Bilanz. Für jede abgetastete tägliche Lade- und Entladetemperatur wird die Berechnung direkt durchgeführt. Eine exakte Jahresberechnung wird zwischengespeichert und für die Folgejahre wiederverwendet; über Ladebereichsgrenzen hinweg wird nicht interpoliert. Das separate Temperaturraster für das Diagramm enthält Stützstellen beidseits von Unstetigkeiten und bestimmt den Jahresbetrieb nicht. Der Alterungszeitschritt wird auf ganzzahlige monatliche Unterteilungen abgerundet. Die verfügbaren Stunden begrenzen die Zahl abgeschlossener Zyklen. Zyklische Alterung und kalendarischer Kapazitätsverlust aktualisieren die Kapazität in jedem Schritt; die Beschleunigung der zyklischen Alterung bei hohen Temperaturen folgt den Lebensdauerverhältnissen der Datenblätter bei 25/45 °C. Für die Beschleunigung der kalendarischen Alterung werden 35 kJ/mol angenommen. Teilzeitschritte bestimmen den Zeitpunkt der Außerbetriebnahme.

Energie und Kosten. Der Strombezug entspricht der AC-Energieabgabe zuzüglich der integrierten Widerstands-, Umrichter- und Heizverluste. Die ausschließliche Beheizung zum Laden umfasst die sensible Aufwärmenergie je Zyklus und die Wärmeverluste während der Ladung; die kontinuierliche Beheizung umfasst tägliche Wärmeverluste und ein anfängliches Aufwärmen. Die LCOS setzen die abgezinsten Investitionskosten, Instandhaltungskosten und Strombezugskosten zur abgezinsten Energieabgabe ins Verhältnis. Die Kosten je abgeschlossenem Zyklus sind nicht abgezinst. Bei ausbleibender Energieabgabe sind LCOS und Zykluskosten dieser Alternative nicht verfügbar; die Ergebnisse der anderen Alternative bleiben erhalten, und Aussagen zum Break-even oder zu niedrigeren LCOS werden deaktiviert.

• Gleiche Nennenergie, kontinuierliche ideale Zellskalierung und ausgeglichene Zellladezustände. Jeder geplante Zyklus nutzt das erreichbare SoC-Fenster; eine unabhängige Lastprognose liegt nicht zugrunde.
• HiNa MP10: 10 Ah, 3,05 V, 270 g, Ø33,2 × 140 mm und 10 mΩ als konservative DC-Widerstandsgrenze. EVE LF280K A: 280 Ah, 3,2 V, 5,42 kg und 173,7 × 72 × 207,2 mm. Ihr DC-Widerstand von 0,5 mΩ ist angenommen; die veröffentlichte Angabe von ≤0,25 mΩ bezeichnet die Wechselstromimpedanz.
• Form der Leerlaufspannungskennlinie, Referenzaktivierungsenergien, LFP-DC-Widerstand, kalendarischer Kapazitätsverlust, thermischer Leitwert, Umrichterwirkungsgrad, Bauraum- und Massenzuschläge des Batteriepacks und Preise sind Szenarioannahmen. Die Temperatur-Kapazitäts-Kalibrierung bleibt bei Änderungen der Widerstandseingaben unverändert. Die Standardwerte der Zyklenlebensdauer betragen 3000 Zyklen bis 70 % für HiNa und 6000 bis 80 % für EVE unter den jeweils angegebenen Prüfbedingungen.
• Die Alterung skaliert die verfügbare Ladungsmenge und Energie; altersbedingter Widerstandsanstieg, SoC-abhängige Alterung, Standby-Verbrauch, Selbstentladung, Betriebsausfälle und Ersatzinvestitionen werden nicht berücksichtigt. Ein Lebensdauervorteil durch Zyklenbetrieb bei niedrigen Temperaturen wird nicht angenommen.
• Bei ausschließlicher Beheizung zum Laden wird angenommen, dass die Zellen vor der Entladung wieder auf die vorgegebene Umgebungstemperatur abkühlen. Die tägliche Alterungstemperatur ist der Mittelwert der Zelltemperaturen beim Laden und Entladen. Aufwärmzeit und Heizleistung werden nicht aufgelöst.

Verwenden Sie eine Zellumgebungstemperatur von −20…45 °C, eine angeforderte Entladerate von 0,05…1C und eine angeforderte Laderate von 0,05…0,5C. Die Ladegrenzen sind chemie- und temperaturabhängig. Die Konstantleistungsangaben von EVE gelten über das gesamte SoC-Fenster; sie werden anhand der Klemmenspannung umgerechnet und nicht als C-Raten behandelt. Zwischen den veröffentlichten Temperaturen des Leistungskennfelds wird linear interpoliert. Die Heizsolltemperatur setzt eine unbegrenzte Heizleistung voraus; die Aufwärmzeit wird nicht aufgelöst.

Dies ist ein vergleichendes Rint-Modell mit einer festen gemeinsamen Referenzkalibrierung von Kapazität und Widerstand, keine vom Hersteller qualifizierte Packsimulation. Zulässige Widerstandsänderungen müssen mit den Entladeangaben der Quelldaten und der HiNa-Messung des Energieerhalts bei Kälte konsistent bleiben. Eine Änderung der Leerlaufspannungskennlinie oder der Kapazitätsdaten erfordert eine neue gemeinsame Kalibrierung. Die Obergrenze der verfügbaren Na-Ionen-Ladungsmenge ist die im Warmen kalibrierte Ladungsmenge; die LFP-Warmkalibrierung beträgt aufgrund des unteren Spannungsendpunkts im Referenzmodell etwa das 1,0012-Fache der Nennkapazität. Keiner dieser Werte steigt bei einer Erhöhung des Widerstands.

Analytische Leerlaufspannungskennlinien und isotherme Entladung berücksichtigen weder Hysterese noch RC-Relaxation, Diffusion oder Eigenerwärmung. Die kalendarische Alterung und die Alterung durch Teilzyklen bleiben Annahmen. Der HiNa-Kälteentladetest von 2026 folgt auf eine Ladung im Warmen und garantiert keine Ladbarkeit bei Kälte. Sein niederfrequenter EIS-Widerstand wird nicht anstelle des DC-Widerstands eingesetzt. Ankündigungen zu CATL Naxtra und TENER dienen nur der Einordnung; daraus wird kein voreingestelltes Ersatzschaltbild für CATL oder BYD abgeleitet.

Die Jahresbetriebsberechnung verwendet die tatsächlich abgetasteten Temperaturen einschließlich sämtlicher Freigabe- und Abschaltregeln. Eine Verfeinerung des Alterungszeitschritts prüft die saisonale Zeitintegration; eine Verfeinerung der SoC-Intervalle prüft die Quadratur beim Entladen und Laden. Die Auflösung des Temperaturdiagramms beeinflusst die Jahresenergie nicht. Über Betriebsbereichsgrenzen hinweg wird nicht interpoliert. Die Kapazitätskurven enden bei der Außerbetriebnahme.

Bei einer Alternative ohne Energieabgabe sind LCOS, Zykluskosten und Break-even-Vergleiche nicht verfügbar; Energie, Größe und Masse bleiben sichtbar. Das Ergebnis zum Betriebsstatus weist auf eine gesperrte LFP-Ladung oder eine Spannungs-/SoC-Begrenzung hin. Ein Kältetest nach Ladung im Warmen kann auch dann ein positives Ergebnis liefern, wenn ein wiederholtes tägliches Laden ohne Heizung unmöglich ist.

Die LCOS-Berechnung endet beim ersten Erreichen eines Außerbetriebnahmekriteriums; daher können die Alternativen unterschiedliche Nutzungsdauern haben. Ersatzinvestitionen, Steuern, Finanzierung, Strompreissteigerungen und Restwert werden nicht berücksichtigt. Die Beispielkosten sind Szenarien in konstanten USD zum Preisstand 2026. Die Aufstellfläche umfasst keine Freiräume, Gänge oder Nebenanlagen. Große BESS-Projekte erfordern konkrete Rackanordnungen und gemessene thermische Eigenschaften.