Lithiumbatterien finden heutzutage immer breitere Anwendung in verschiedenen digitalen Geräten wie Notebooks, Digitalkameras und digitalen Videokameras. Darüber hinaus bieten sie vielversprechende Perspektiven in Automobilen, Mobilfunkbasisstationen und Energiespeicherkraftwerken. Dabei kommen Batterien nicht mehr wie in Mobiltelefonen einzeln zum Einsatz, sondern vermehrt in Form von in Reihe oder parallel geschalteten Akkupacks.
Die Kapazität und Lebensdauer eines Akkupacks hängen nicht nur von den einzelnen Zellen ab, sondern auch von deren Leistungskonsistenz. Eine geringe Konsistenz beeinträchtigt die Leistung des Akkupacks erheblich. Die Gleichmäßigkeit der Selbstentladung ist dabei ein wichtiger Einflussfaktor. Ein Akku mit ungleichmäßiger Selbstentladung weist nach einer gewissen Lagerzeit große Unterschiede im Ladezustand (SOC) auf, was seine Kapazität und Sicherheit stark beeinträchtigt.
Warum kommt es zur Selbstentladung?
Wenn die Batterie geöffnet ist, findet die oben beschriebene Reaktion nicht statt, die Leistung nimmt jedoch trotzdem ab, was hauptsächlich auf die Selbstentladung der Batterie zurückzuführen ist. Die Hauptgründe für die Selbstentladung sind:
a. Interne Elektronenleckagen, die durch lokale Elektronenleitung des Elektrolyten oder andere interne Kurzschlüsse verursacht werden.
b. Externe elektrische Leckströme aufgrund mangelhafter Isolierung der Batteriedichtungen oder unzureichenden Widerstands zwischen den äußeren Bleigehäusen (externe Leiter, Feuchtigkeit).
c. Elektroden/Elektrolyt-Reaktionen, wie z. B. Korrosion der Anode oder Reduktion der Kathode durch Elektrolytverunreinigungen.
d. Teilweise Zersetzung des Elektrodenaktivmaterials.
e. Passivierung der Elektroden durch Zersetzungsprodukte (unlösliche Bestandteile und adsorbierte Gase).
f. Die Elektrode ist mechanisch abgenutzt oder der Widerstand zwischen der Elektrode und dem Stromkollektor ist größer geworden.
Einfluss der Selbstentladung
Selbstentladung führt zu einem Kapazitätsverlust während der Lagerung.Einige typische Probleme, die durch übermäßige Selbstentladung verursacht werden:
1. Das Auto wurde zu lange geparkt und kann nicht gestartet werden;
2. Bevor die Batterie eingelagert wird, sind Spannung und andere Eigenschaften normal. Beim Versand stellt sich jedoch heraus, dass die Spannung niedrig oder sogar null ist.
3. Im Sommer ist bei im Auto angebrachtem Navigationsgerät die Akkulaufzeit nach einer gewissen Zeit deutlich kürzer, selbst bei aufgeblähtem Akku.
Selbstentladung führt zu erhöhten SOC-Unterschieden zwischen den Batterien und zu einer verringerten Akkukapazität.
Aufgrund der ungleichmäßigen Selbstentladung der Batterie kann sich der Ladezustand (SOC) der Batterie im Akkupack nach der Lagerung verändern, was zu einer verminderten Batterieleistung führt. Kunden bemerken diese Leistungsverschlechterung häufig nach Erhalt eines Akkupacks, der längere Zeit gelagert wurde. Wenn die Differenz des Ladezustands etwa 20 % erreicht, ist mit einem Leistungsabfall zu rechnen.Die Kapazität der kombinierten Batterie beträgt nur 60% bis 70%.
Wie lässt sich das Problem großer SOC-Unterschiede aufgrund von Selbstentladung lösen?
Vereinfacht gesagt, müssen wir lediglich die Batterieleistung ausgleichen und die Energie der Hochspannungszelle auf die Niederspannungszelle übertragen. Aktuell gibt es zwei Verfahren: passives und aktives Balancing.
Beim passiven Spannungsausgleich wird an jede Batteriezelle ein Ausgleichswiderstand parallel geschaltet. Erreicht eine Zelle vorzeitig eine Überspannung, kann die Batterie weiterhin geladen werden und andere Zellen mit niedriger Spannung laden. Die Effizienz dieser Ausgleichsmethode ist gering, und die Energie geht in Form von Wärme verloren. Der Ausgleich muss im Lademodus erfolgen, und der Ausgleichsstrom beträgt üblicherweise 30 mA bis 100 mA.
Aktiver EqualizerIm Allgemeinen gleicht ein Akku die Spannung durch Energieübertragung aus, indem er die Energie von Zellen mit Überspannung auf Zellen mit niedriger Spannung überträgt. Dieses Ausgleichsverfahren ist hocheffizient und kann sowohl im Lade- als auch im Entladezustand angewendet werden. Sein Ausgleichsstrom ist um ein Vielfaches höher als der passive Ausgleichsstrom und liegt üblicherweise zwischen 1 A und 10 A.
Veröffentlichungsdatum: 17. Juni 2023
