Saftkiste-Heizung und Ladefreigabe bei niedrigen Temperaturen

Dieser Beitrag beschreibt das Verhalten der Saftkiste (ohne PRO-Zusatz).
Bei der Saftkiste PRO gibt es teilweise andere Temperaturbereiche und die Regelung ist dynamischer, das Verhalten ist jedoch sehr ähnlich. Dazu werden wir künftig noch mehr Informationen bereitstellen.

Ziel und Grundprinzip

Lithium-Zellen dürfen bei niedrigen Temperaturen nur innerhalb definierter Grenzen geladen werden. Die Saftkiste setzt deshalb eine temperaturabhängige Ladefreigabe um, die sich streng an den Vorgaben der Zellhersteller orientiert. Der Nutzer muss dafür nichts aktiv tun: Schutzfunktionen (Temperatur, Überstrom etc.) greifen automatisch.

Die Saftkiste ist für den Betrieb in niedrigen Umgebungstemperaturen ausgelegt (bis ca. −30 °C). Entscheidend ist dabei die Unterscheidung zwischen Betrieb und Laden:

  • Auch bei sehr niedrigen Temperaturen kann die Saftkiste grundsätzlich betrieben werden.

  • Laden ist bei solchen Temperaturen jedoch nicht zulässig (entsprechend Zellhersteller-Vorgaben). Genau dafür gibt es die Zellheizung: Sie schafft erst die Voraussetzung für zulässiges Laden.

Wichtige Randbedingungen zur Zellheizung:

  • Die Zellheizung wird nur aktiviert, wenn ein Ladegerät erkannt wird und ausreichender Ladestrom von außen verfügbar ist.

  • Die Zellheizung ist nicht dafür vorgesehen, die Batterie aus eigener Energie zu erwärmen. Sie nutzt also nicht „absichtlich“ Batteriestrom, um die Zellen auf Temperatur zu bringen.

  • Sie ist ebenso kein Temperier-System, das die Batterie dauerhaft auf einem Zielwert (z. B. 5 °C) „warmhält“. Sie dient primär dem Erreichen eines sicheren Ladefensters während eines aktiven Ladevorgangs.

Das Schaubild zeigt Betriebsbereiche in Abhängigkeit von Temperatur (Y-Achse) und Strom (X-Achse; Laden rechts, Entladen links).
Die Temperaturwerte mit „~“ sind als Richtwerte zu verstehen; die Umschaltpunkte besitzen eine Hysterese von bis zu 2,5 °C, um Pendeln an Grenzbereichen zu vermeiden.

Begriffe im Diagramm: *H, *P1, *P2, OCCP

Schutzbereiche und OCCP

In Schutzbereichen (z. B. „TooColdToCharge“, „TooHotProtection“ oder Überstromschutz beim Laden) begrenzt oder unterbricht das System den Ladevorgang automatisch.
Im Diagramm ist u. a. OCCP (Over Charge Current Protection) markiert. Das ist ein Überstromschutz des Batterie-ICs und dient der Absicherung bei ungünstigen Strom-/Temperaturkombinationen.

*H – „Nur Heizung“ (Heater-Only)

*H steht für den Zustand, in dem die Saftkiste bei sehr niedrigen Zelltemperaturen konsequent die Zellenladung unterbindet und die verfügbare Energie ausschließlich in die Heizung leitet. Dieser Modus funktioniert nur, wenn das Ladegerät konstant genug Strom für die Heizung liefert (~5-12 A). In der App wird dieser Strom jedoch nicht als Ladestrom bei der Batterie angezeigt.

  • Zweck: Zellen nicht kalt laden, sondern erst in einen zulässigen Temperaturbereich bringen.

  • Darstellung: In der App gibt es einen Hinweis, dass geheizt wird. Es steht in den Batterie-Details „Heizt vor“.

*P1 – „PreCharge“ (Übergangsbereich)

*P1 markiert den Übergangsbereich, in dem die Saftkiste bereits laden darf, aber weiterhin Heizen sinnvoll/erlaubt ist.

  • Der verfügbare Ladestrom verteilt sich auf Zellen und Heizung.
    Dadurch kommt weniger Netto-Strom in den Zellen an, weil die Heizung typischerweise ca. 5–12 A beanspruchen kann (systemabhängig).

  • Wenn die Strom-/Temperaturkombination ungünstig ist, kann das BMS die Zellenladung temporär blockieren (Schutzfunktion); Heizen kann dabei weiterlaufen. Auch kann die Heizung sich wieder abschalten, falls der Strom weniger werden sollte.

*P2 – „PreCharge unter Überstromschutz“ (OCCP-Fall)

*P2 ist ein spezieller Unterfall im PreCharge-Temperaturbereich: Hier liegt zusätzlich eine Überstromschutz-Situation beim Laden vor (im Diagramm als OCCP-Kontext erkennbar).

  • Zweck: Weiteres Heizen auch dann, wenn eine Quelle/Lastkonstellation den Überstromschutz triggert (z. B. leistungsstarke Ladegeräte in Kombination mit kalten Zellen - wie bei *H, nur bei höheren Temperaturen).

  • Darstellung: In der App gibt es einen Hinweis, dass geheizt wird. Es steht in den Batterie-Details „Heizt vor (PreCharge)“.

    Falls der Strom sinkt, kann es wieder Richtung *P1 bzw. Grün gehen.

Sonderfall: Ladequelle zu schwach für Heizbetrieb (typisch Solar)

Wenn die Quelle nicht genug Leistung liefert, um die Heizung stabil zu betreiben:

  • Die Heizung bleibt aus.

  • Dieser Modus wird erst verlassen, wenn das Laden aufhört (Strom fällt auf 0 A oder darunter).

  • Man erkennt dies, wenn in der App „Heizen blockiert“ angezeigt wird.

„Heizen blockiert“ (App-Hinweis)

Es kann vorkommen, dass das Heizen kurzzeitig blockiert ist, um sicherzustellen, dass tatsächlich eine stärkere Ladequelle angeschlossen wird. Praktisch bedeutet das:

Wenn man nach einer schwachen Quelle (z. B. Solar) auf ein stärkeres Ladegerät wechseln möchte und sicher in den normalen Heiz-/Ladepfad zurück will, sollte der Ladestrom einmal auf 0 A oder darunter fallen (Ladevorgang beenden) und anschließend neu starten. Dies kann man in der Praxis erreichen, indem man z.B. einen stärkeren Verbraucher aktiviert.

Heizung im seriellen Verbund: Balancing und Synchronbetrieb

Im seriellen Verbund hat die Heizung zusätzlich eine Balancing-Funktion:

  • Verbund-Balancing über Heizung: Die Saftkiste mit der höchsten Spannung kann Energie über die Heizung „verbraten“, um sich den anderen anzugleichen.

  • Synchronbetrieb: Im Verbund laufen die Heizungen immer gleichzeitig. Sobald bei einer Saftkiste die Heizbedingungen erfüllt sind, wird die Heizung für alle Saftkisten im Verbund aktiviert.