Warum benötigen Lithiumbatterien einen Batterieausgleich?

Im heutigen Kontext des zunehmenden Bewusstseins für den Umweltschutz werden Lithiumbatterien als effiziente und zuverlässige Energiespeichervorrichtung allmählich zur gängigen Wahl. Allerdings können bei Lithiumbatterien bei Langzeitgebrauch Probleme wie Kapazitätsinkongruenzen und übermäßige Spannungsunterschiede auftreten, was den Einsatz von Batterieausgleichstechnologie erfordert. In diesem Artikel wird untersucht, warum Lithiumbatterien einen Zellausgleich benötigen, und es wird erläutert, wie wichtig dieser ist und wie dieser erreicht werden kann.

Lithiumbatterien durchlaufen den Batterieausgleich, und jede Einheit im Batteriepaket kann effektiv überwacht und in einem gesunden Ladezustand (State of Charge, SoC) gehalten werden. Dies erhöht nicht nur die Anzahl der Batteriezyklen, sondern bietet auch einen zusätzlichen Schutz vor Schäden an den Batteriezellen durch Überladung/Tiefentladung.

Aktive und passive Entzerrung

Die passive Entzerrung verbraucht überschüssige Ladung über Entladewiderstände, so dass alle Batteriezellen ungefähr den gleichen SoC haben, die Laufzeit des Systems wird dadurch jedoch nicht verlängert. Normalerweise wird der Ausgleich, der Widerstände zur Energieableitung verwendet, als passiver Ausgleich bezeichnet.

Beim aktiven Ausgleich handelt es sich um eine ausgefeiltere Ausgleichstechnik, die die Systemlaufzeit erhöht, indem sie die im Akku verfügbare Gesamtladung erhöht, da die Ladung während der Lade- und Entladezyklen innerhalb der Zellen neu verteilt wird. Im Vergleich zum passiven Ausgleich kann der aktive Ausgleich die Ladezeit verkürzen und die beim Ausgleich entstehende Wärme reduzieren. Normalerweise wird der durch Kapazitätsübertragung erreichte Ausgleich als aktiver Ausgleich bezeichnet.

Aktive zellausgeglichene Entladung

Wie in der Abbildung unten dargestellt, handelt es sich um einen typischen Akku mit voller Kapazität. Volle Kapazität bedeutet, dass die Ladekapazität 90 % erreicht, denn wenn der Akku über einen längeren Zeitraum bei (oder nahe) 100 % Kapazität bleibt, verringert sich seine Lebensdauer bald. Unter Vollentladung versteht man eine Entladung bis zu 30 %, wodurch verhindert wird, dass der Akku in einen Tiefentladungszustand gerät.
Mit der Zeit verschlechtern sich die Eigenschaften einiger Batterien als andere. Selbst wenn einige Batteriezellen noch über viel Kapazität verfügen, begrenzen schwache Batteriezellen die Systemlaufzeit. Bei einer Nichtübereinstimmung der Batteriekapazität um 5 % sind 5 % der Energie wirkungslos. Bei Batterien mit großer Kapazität bedeutet dies, dass viel Energie verschwendet wird. Diese Situation ist besonders kritisch für Remote-Systeme und Systeme, die nicht einfach zu warten sind. Ungenutzte Energie führt außerdem zu längeren Lade- und Entladezyklen der Batterie, einer verkürzten Batterielebensdauer und höheren Kosten aufgrund des häufigen Batteriewechsels.

Beim aktiven Balancing wird die Ladung von starken Zellen auf schwache Zellen umverteilt, wodurch der Akku vollständig entladen wird.

Aktives zellbalanciertes Laden

Wenn der Akku ohne Ausgleich geladen wird, erreichen die schwachen Zellen vor den starken Zellen ihre volle Kapazität, was wiederum zum begrenzenden Faktor wird. An diesem Punkt begrenzen sie die Gesamtenergie, die im System gehalten werden kann.

Der aktive Ausgleich kann dazu führen, dass der Akku seine volle Kapazität erreicht, indem die Ladung während des Ladevorgangs neu verteilt wird. Auf den Anteil der Ausgleichszeit und den Einfluss des Ausgleichsstroms auf die Zeit wird hier nicht näher eingegangen.

Vor- und Nachteile des aktiven und passiven Ausgleichs

Aktiver Batterieausgleich und passiver Batterieausgleich können den Zustand des Batteriesystems effektiv fördern, indem sie den Ladezustand jeder Batteriezelle überwachen und anpassen. Im Gegensatz zum passiven Batterieausgleich, der beim Laden nur überschüssige Ladung verbraucht, kann der aktive Batterieausgleich beim Laden und Entladen verwendet werden. Ladungsumverteilung in diesem Zeitraum. Daher kann ein aktiver Zellausgleich die Systemlaufzeit verlängern und auch die Ladeeffizienz verbessern. Aktiver Zellausgleich erfordert oft komplexere und größere Lösungen, während passiver Zellausgleich kostengünstiger ist.

Der Einsatz der Batterieausgleichstechnologie im Bereich Lithiumbatterien ist zu einem wichtigen Mittel zur Verbesserung der Effizienz von Energiespeichersystemen und zur Verlängerung der Batterielebensdauer geworden. Durch die Überwachung und Anpassung des Status jeder einzelnen Batterie im Batteriepaket kann das Batterieausgleichssystem die Gesamtleistung des Lithiumbatteriepakets stabiler und zuverlässiger machen. Mit dem Fortschritt von Wissenschaft und Technologie können wir davon ausgehen, dass eine fortschrittlichere Batterieausgleichstechnologie die Entwicklung von Lithiumbatterie-Energiespeichersystemen besser unterstützen wird.