Das Konzept vonZellausgleichist den meisten von uns wahrscheinlich bekannt. Das liegt hauptsächlich daran, dass die aktuelle Konsistenz der Zellen nicht gut genug ist und Balancing hilft, diese zu verbessern. So wie es auf der Welt keine zwei identischen Blätter gibt, gibt es auch keine zwei identischen Zellen. Balancing dient also letztendlich dazu, die Mängel der Zellen zu beheben und als Ausgleichsmaßnahme zu dienen.
Welche Aspekte weisen auf eine Zellinkonsistenz hin?
Es gibt vier Hauptaspekte: Ladezustand (SOC), Innenwiderstand, Selbstentladestrom und Kapazität. Balancing kann diese vier Diskrepanzen jedoch nicht vollständig beheben. Balancing kann lediglich Unterschiede im Ladezustand (SOC) ausgleichen und nebenbei auch Inkonsistenzen bei der Selbstentladung beheben. Für Innenwiderstand und Kapazität ist Balancing jedoch wirkungslos.
Wie entsteht Zellinkonsistenz?
Dafür gibt es zwei Hauptgründe: Zum einen die Inkonsistenz bei der Zellproduktion und -verarbeitung, zum anderen die Inkonsistenz durch die Umgebungsbedingungen der Zellnutzung. Produktionsinkonsistenzen entstehen durch Faktoren wie Verarbeitungstechniken und Materialien, was eine Vereinfachung eines sehr komplexen Problems darstellt. Umgebungsinkonsistenzen sind leichter zu verstehen, da die Position jeder Zelle im PACK unterschiedlich ist, was zu Umgebungsunterschieden wie leichten Temperaturschwankungen führt. Mit der Zeit akkumulieren sich diese Unterschiede und führen zu Zellinkonsistenzen.
Wie funktioniert das Balancing?
Wie bereits erwähnt, dient der Ausgleich dazu, Ladezustandsunterschiede zwischen Zellen auszugleichen. Im Idealfall bleibt der Ladezustand jeder Zelle gleich, sodass alle Zellen gleichzeitig die oberen und unteren Spannungsgrenzen für Laden und Entladen erreichen und so die nutzbare Kapazität des Akkupacks erhöhen. Ladezustandsunterschiede können in zwei Fällen auftreten: Erstens, wenn die Zellkapazitäten gleich, die Ladezustände jedoch unterschiedlich sind; und zweitens, wenn sowohl die Zellkapazitäten als auch die Ladezustände unterschiedlich sind.
Das erste Szenario (ganz links in der Abbildung unten) zeigt Zellen mit gleicher Kapazität, aber unterschiedlichem Ladezustand (SOC). Die Zelle mit dem niedrigsten Ladezustand erreicht zuerst die Entladegrenze (bei einem angenommenen Ladezustand von 25 % als Untergrenze), während die Zelle mit dem höchsten Ladezustand zuerst die Ladegrenze erreicht. Durch Balancing behalten alle Zellen beim Laden und Entladen den gleichen Ladezustand bei.
Das zweite Szenario (zweite von links in der Abbildung unten) beinhaltet Zellen mit unterschiedlichen Kapazitäten und Ladezuständen. Dabei wird die Zelle mit der geringsten Kapazität zuerst geladen und entladen. Durch Balancing behalten alle Zellen beim Laden und Entladen den gleichen Ladezustand bei.
Die Bedeutung des Ausgleichs
Der Ausgleich ist eine entscheidende Funktion für Stromzellen. Es gibt zwei Arten des Ausgleichs:aktives BalancierenUndpassives BalancingBeim passiven Balancing werden Widerstände zur Entladung verwendet, beim aktiven Balancing der Ladungsfluss zwischen den Zellen. Es gibt einige Diskussionen über diese Begriffe, auf die wir hier aber nicht näher eingehen. Passives Balancing wird in der Praxis häufiger eingesetzt, aktives Balancing hingegen seltener.
Festlegen des Ausgleichsstroms für BMS
Wie sollte der Ausgleichsstrom beim passiven Ausgleich bestimmt werden? Idealerweise sollte er so groß wie möglich sein, aber Faktoren wie Kosten, Wärmeableitung und Platzbedarf erfordern einen Kompromiss.
Bevor Sie den Ausgleichsstrom wählen, müssen Sie wissen, ob der Ladezustandsunterschied auf Szenario eins oder Szenario zwei zurückzuführen ist. In vielen Fällen liegt er näher an Szenario eins: Die Zellen beginnen mit nahezu identischer Kapazität und Ladezustand, doch im Laufe der Nutzung, insbesondere aufgrund unterschiedlicher Selbstentladung, ändert sich der Ladezustand jeder Zelle allmählich. Daher sollte die Ausgleichsfunktion zumindest die Auswirkungen unterschiedlicher Selbstentladungen eliminieren.
Bei identischer Selbstentladung aller Zellen wäre ein Balancing nicht notwendig. Bei unterschiedlichen Selbstentladungsströmen treten jedoch Unterschiede im Ladezustand auf, die durch Balancing ausgeglichen werden müssen. Da die durchschnittliche tägliche Balancing-Zeit bei täglicher Selbstentladung begrenzt ist, muss auch der Zeitfaktor berücksichtigt werden.
Beitragszeit: 05.07.2024
