Wenn Geräte eine langlebige, leistungsstarkeLifePo4 Akkupack, sie müssen jede Zelle ausgleichen. 
Warum benötigt ein LifePo4-Akkupack einen Batterieausgleich? LifePo4-Akkus unterliegen vielen Einflüssen wie Überspannung, Unterspannung, Überlade- und Entladestrom, thermischem Durchgehen und Spannungsungleichgewicht. Einer der wichtigsten Faktoren ist das Zellungleichgewicht, das die Spannung jeder einzelnen Zelle im Akkupack mit der Zeit verändert und dadurch die Akkukapazität rapide reduziert. Bei der Verwendung mehrerer in Reihe geschalteter Zellen im LifePo4-Akkupack ist es wichtig, die elektrischen Eigenschaften so zu gestalten, dass die Zellspannungen konstant ausgeglichen werden. Dies dient nicht nur der Leistung des Akkupacks, sondern auch der Optimierung seiner Lebensdauer. Der Batterieausgleich muss vor und nach dem Bau der Batterie erfolgen und während der gesamten Lebensdauer der Batterie durchgeführt werden, um eine optimale Leistung zu gewährleisten! Durch Batterieausgleich können wir Batterien mit höherer Kapazität für verschiedene Anwendungen entwickeln, da die Batterie durch Ausgleich einen höheren Ladezustand (SOC) erreicht. Stellen Sie sich die Reihenschaltung mehrerer LifePo4-Zellen wie einen Schlitten mit vielen Schlittenhunden vor. Der Schlitten kann nur dann mit maximaler Effizienz gezogen werden, wenn alle Schlittenhunde gleich schnell fahren. Bei vier Schlittenhunden gilt: Fährt ein Schlittenhund langsam, müssen auch die anderen drei ihre Geschwindigkeit reduzieren, was die Effizienz mindert. Fährt ein Schlittenhund schneller, zieht er die Last der anderen drei Schlittenhunde und verletzt sich selbst. Wenn mehrere LifePo4-Zellen in Reihe geschaltet werden, sollten die Spannungswerte aller Zellen gleich sein, um ein effizienteres LifePo4-Akkupack zu erhalten. 
Die nominale LifePo4-Batterie ist nur auf etwa 3,2 V ausgelegt, aber inEnergiespeichersysteme für PrivathaushalteFür tragbare Stromversorgungen, Industrie-, Telekommunikations-, Elektrofahrzeug- und Mikronetzanwendungen ist eine deutlich höhere Spannung als die Nennspannung erforderlich. In den letzten Jahren haben wiederaufladbare LifePo4-Akkus aufgrund ihres geringen Gewichts, ihrer hohen Energiedichte, ihrer langen Lebensdauer, ihrer hohen Kapazität, ihrer schnellen Ladefähigkeit, ihrer geringen Selbstentladung und ihrer Umweltfreundlichkeit eine entscheidende Rolle in Leistungsbatterien und Energiespeichersystemen gespielt. Durch den Zellausgleich wird sichergestellt, dass Spannung und Kapazität jeder LifePo4-Zelle auf dem gleichen Niveau liegen. Andernfalls werden Reichweite und Lebensdauer des LiFePo4-Akkupacks erheblich reduziert und die Akkuleistung lässt nach! Daher ist der Zellausgleich der LifePo4-Zellen einer der wichtigsten Faktoren für die Qualität des Akkus. Während des Betriebs tritt eine kleine Spannungslücke auf, die wir jedoch durch Zellausgleich in einem akzeptablen Bereich halten können. Beim Balancing durchlaufen die Zellen mit höherer Kapazität einen vollständigen Lade-/Entladezyklus. Ohne Balancing ist die Zelle mit der geringsten Kapazität eine Schwachstelle. Das Balancing ist neben der Temperaturüberwachung, dem Laden und anderen Funktionen zur Maximierung der Akkulebensdauer eine der Kernfunktionen des BMS. Andere Gründe für den Batterieausgleich: LifePo4-Batterie-Pak unvollständiger Energieverbrauch Eine höhere Stromaufnahme als die Batterie ausgelegt ist oder ein Kurzschluss führt höchstwahrscheinlich zu einem vorzeitigen Batterieausfall. Beim Entladen eines LifePo4-Akkupacks entladen sich schwächere Zellen schneller als gesunde Zellen und erreichen schneller die Mindestspannung als andere Zellen. Erreicht eine Zelle die Mindestspannung, wird der gesamte Akkupack von der Last getrennt. Dies führt zu ungenutzter Energiekapazität. Zellabbau Wenn eine LifePo4-Zelle auch nur geringfügig über den empfohlenen Wert hinaus überladen wird, verringert sich ihre Wirksamkeit und Lebensdauer. Beispielsweise führt eine geringfügige Erhöhung der Ladespannung von 3,2 V auf 3,25 V zu einer um 30 % schnelleren Entladung der Batterie. Bei ungenauem Zellenausgleich verkürzt daher auch eine geringfügige Überladung die Batterielebensdauer. Unvollständiges Laden eines Zellenpakets LifePo4-Akkus werden mit einem Dauerstrom zwischen 0,5 und 1,0 Volt geladen. Die Spannung des LifePo4-Akkus steigt mit fortschreitendem Ladevorgang an und erreicht bei vollständiger Ladung ihren Höhepunkt, bevor sie anschließend wieder abfällt. Stellen Sie sich drei Zellen mit jeweils 85 Ah, 86 Ah und 87 Ah und einem Ladezustand von 100 Prozent vor. Alle Zellen werden daraufhin entladen, und ihr Ladezustand sinkt. Man erkennt schnell, dass Zelle 1 aufgrund ihrer geringsten Kapazität zuerst leer ist. Wenn die Zellen mit Strom versorgt werden und derselbe Strom durch die Zellen fließt, bleibt Zelle 1 beim Laden zurück und gilt als vollständig geladen, da die beiden anderen Zellen vollständig geladen sind. Dies bedeutet, dass Zelle 1 aufgrund der Selbsterhitzung der Zelle, die zu einer Zellungleichheit führt, einen geringeren coulometrischen Wirkungsgrad (CE) aufweist. Thermisches Durchgehen Das Schlimmste, was passieren kann, ist ein thermisches Durchgehen. Wie wir wissen,Lithiumzellensind sehr empfindlich gegenüber Überladung und Tiefentladung. Wenn in einem 4er-Pack eine Zelle 3,5 V und die anderen 3,2 V hat, werden alle Zellen gleichzeitig geladen, da sie in Reihe geschaltet sind. Die 3,5-V-Zelle wird mit einer höheren Spannung als empfohlen geladen, da die anderen Batterien noch geladen werden müssen. Dies führt zu einem thermischen Durchgehen, wenn die innere Wärmeentwicklung die Wärmeabgabe übersteigt. Dadurch gerät der LifePo4-Akku thermisch außer Kontrolle. Was löst eine Zellunwucht in Akkupacks aus? Jetzt verstehen wir, warum es wichtig ist, alle Zellen in einem Akkupack im Gleichgewicht zu halten. Um das Problem jedoch angemessen zu lösen, sollten wir zunächst wissen, warum die Zellen aus dem Gleichgewicht geraten. Wie bereits erwähnt, wird bei der Herstellung eines Akkupacks durch Reihenschaltung der Zellen sichergestellt, dass alle Zellen die gleiche Spannung aufweisen. Ein neuer Akkupack verfügt daher immer über ausgeglichene Zellen. Im Laufe der Nutzung geraten die Zellen jedoch aufgrund der folgenden Faktoren aus dem Gleichgewicht. SOC-Diskrepanz Die Messung des Ladezustands einer Zelle ist kompliziert; daher ist es sehr aufwendig, den Ladezustand einzelner Zellen in einer Batterie zu bestimmen. Eine optimale Zellharmonisierungsmethode sollte Zellen mit gleichem Ladezustand und nicht mit exakt gleicher Spannung (OCV) abgleichen. Da es jedoch fast unmöglich ist, Zellen bei der Herstellung eines Packs nur hinsichtlich der Spannung abzugleichen, kann eine Abweichung im Ladezustand im Laufe der Zeit zu einer Änderung der OCV führen. Innenwiderstandsvariante Es ist äußerst schwierig, Zellen mit gleichem Innenwiderstand (IR) zu finden. Mit zunehmendem Alter der Batterie verändert sich der IR der Zelle zusätzlich, sodass in einem Akkupack nicht alle Zellen den gleichen IR aufweisen. Wie wir wissen, trägt der IR zur inneren Widerstandsfähigkeit der Zelle bei, die wiederum den durch die Zelle fließenden Strom bestimmt. Durch die Variation des IR ändern sich auch der Stromfluss durch die Zelle und ihre Spannung. Temperaturniveau Die Lade- und Entladefähigkeit der Zelle hängt auch von der Umgebungstemperatur ab. In einem großen Batteriepack, wie in Elektrofahrzeugen oder Solaranlagen, sind die Zellen über einen ungünstigen Bereich verteilt. Es kann zu Temperaturunterschieden innerhalb des Packs kommen, wodurch eine Zelle schneller lädt oder entlädt als die übrigen Zellen, was zu einer Ungleichverteilung führt. Aus den oben genannten Faktoren geht hervor, dass wir ein Ungleichgewicht der Zellen während des Vorgangs nicht verhindern können. Die einzige Lösung besteht daher in der Verwendung eines externen Systems, das die Zellen nach einem Ungleichgewicht wieder ins Gleichgewicht bringt. Dieses System heißt Batterieausgleichssystem. 
Wie erreicht man ein Gleichgewicht beim LiFePo4-Akkupack? Batteriemanagementsystem (BMS) Im Allgemeinen kann der LiFePo4-Akku nicht selbst einen Batterieausgleich erreichen, er kann durchBatteriemanagementsystem(BMS). Der Batteriehersteller integriert die Batterieausgleichsfunktion und andere Schutzfunktionen wie Überspannungsschutz, SOC-Anzeige, Übertemperaturalarm/-schutz usw. auf dieser BMS-Platine. Li-Ionen-Akkuladegerät mit Balancing-Funktion Das Ladegerät, auch als „Balance-Ladegerät“ bekannt, verfügt über eine Balance-Funktion zur Unterstützung verschiedener Akkus mit unterschiedlicher Stranganzahl (z. B. 1–6S). Auch wenn Ihr Akku keine BMS-Platine besitzt, können Sie Ihren Lithium-Ionen-Akku mit diesem Ladegerät laden und so einen Ausgleich erreichen. Balancierbrett Wenn Sie ein symmetrisches Batterieladegerät verwenden, müssen Sie das Ladegerät und Ihre Batterie auch mit der Ausgleichsplatine verbinden, indem Sie eine bestimmte Buchse der Ausgleichsplatine auswählen. Schutzschaltungsmodul (PCM) Die PCM-Platine ist eine elektronische Platine, die mit dem LiFePo4-Akkupack verbunden ist und deren Hauptfunktion darin besteht, den Akku und den Benutzer vor Fehlfunktionen zu schützen. Um eine sichere Nutzung zu gewährleisten, muss der LiFePo4-Akku unter sehr strengen Spannungsparametern betrieben werden. Je nach Akkuhersteller und chemischer Zusammensetzung variiert dieser Spannungsparameter zwischen 3,2 V pro Zelle bei entladenen Akkus und 3,65 V pro Zelle bei wiederaufladbaren Akkus. Die PCM-Platine überwacht diese Spannungsparameter und trennt den Akku bei Überschreitung von der Last oder dem Ladegerät. Bei einer einzelnen oder mehreren parallel geschalteten LiFePo4-Batterien ist dies problemlos möglich, da die PCM-Platine die einzelnen Spannungen überwacht. Bei mehreren in Reihe geschalteten Batterien muss die PCM-Platine jedoch die Spannung jeder einzelnen Batterie überwachen. Arten des Batterieausgleichs Für LiFePo4-Akkupacks wurden verschiedene Algorithmen zum Batterieausgleich entwickelt. Es gibt passive und aktive Batterieausgleichsmethoden basierend auf Batteriespannung und Ladezustand. 
Passiver Batterieausgleich Die passive Batterieausgleichstechnik trennt die überschüssige Ladung einer voll geladenen LiFePo4-Batterie durch Widerstandselemente und lädt alle Zellen ähnlich auf wie die niedrigste LiFePo4-Batterieladung. Diese Technik ist zuverlässiger und benötigt weniger Komponenten, wodurch die Gesamtsystemkosten sinken. Allerdings verringert diese Technologie die Effizienz des Systems, da Energie in Form von Wärme abgegeben wird und somit Energieverluste entstehen. Daher eignet sich diese Technologie für Anwendungen mit geringem Stromverbrauch. 
Aktiver Batterieausgleich Aktiver Ladungsausgleich ist eine Lösung für die Herausforderungen von LiFePo4-Akkus. Die aktive Zellausgleichstechnik entlädt die Ladung aus dem energiereicheren LiFePo4-Akku und überträgt sie auf den energieärmeren LiFePo4-Akku. Im Vergleich zur passiven Zellausgleichstechnik spart diese Technik Energie im LiFePo4-Akkumodul und erhöht so die Systemeffizienz. Zudem benötigt sie weniger Zeit für den Ausgleich zwischen den LiFePo4-Akkupackzellen, was höhere Ladeströme ermöglicht. Selbst im Ruhezustand des LiFePo4-Akkupacks verlieren selbst perfekt abgestimmte LiFePo4-Akkus unterschiedlich schnell Ladung, da die Selbstentladungsrate je nach Temperaturgradient variiert: Bereits ein Anstieg der Akkutemperatur um 10 °C verdoppelt die Selbstentladungsrate. Aktiver Ladungsausgleich kann die Zellen jedoch auch im Ruhezustand wieder ins Gleichgewicht bringen. Diese Technik erfordert jedoch eine komplexe Schaltung, die die Gesamtsystemkosten erhöht. Daher eignet sich aktiver Zellausgleich für Hochleistungsanwendungen. Es gibt verschiedene Topologien aktiver Ausgleichsschaltungen, die nach Energiespeicherkomponenten wie Kondensatoren, Induktoren/Transformatoren und elektronischen Wandlern klassifiziert sind. Insgesamt senkt das aktive Batteriemanagementsystem die Gesamtkosten des LiFePo4-Akkupacks, da keine Überdimensionierung der Zellen erforderlich ist, um Streuung und ungleichmäßige Alterung der LiFePo4-Akkus auszugleichen. Aktives Batteriemanagement wird entscheidend, wenn alte Zellen durch neue ersetzt werden und es innerhalb des LiFePo4-Akkupacks zu erheblichen Abweichungen kommt. Da aktive Batteriemanagementsysteme den Einbau von Zellen mit großen Parameterabweichungen in LiFePo4-Akkupacks ermöglichen, steigen die Produktionserträge, während die Garantie- und Wartungskosten sinken. Aktive Batteriemanagementsysteme verbessern somit die Leistung, Zuverlässigkeit und Sicherheit des Akkupacks und tragen gleichzeitig zur Kostensenkung bei. Zusammenfassen Um die Auswirkungen von Zellspannungsdrift zu minimieren, müssen Ungleichgewichte angemessen ausgeglichen werden. Ziel jeder Ausgleichslösung ist es, dem LiFePo4-Akkupack die vorgesehene Leistung zu ermöglichen und seine verfügbare Kapazität zu erweitern. Das Ausbalancieren der Batterie ist nicht nur wichtig für die Verbesserung der Leistung undLebenszyklus von Batterien, erhöht es auch die Sicherheit des LiFePo4-Akkupacks. Eine der neuen Technologien zur Verbesserung der Batteriesicherheit und Verlängerung der Batterielebensdauer. Da die neue Batterieausgleichstechnologie den erforderlichen Ausgleichsbedarf für einzelne LiFePo4-Zellen erfasst, verlängert sie die Lebensdauer des LiFePo4-Akkupacks und erhöht die allgemeine Batteriesicherheit.
Beitragszeit: 08. Mai 2024