Das Konzept vonZellausgleichist den meisten von uns wahrscheinlich bekannt. Dies 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 Zellinkonsistenz hin?
Es gibt vier Hauptaspekte: Ladezustand (SOC), Innenwiderstand, Selbstentladestrom und Kapazität. Diese vier Diskrepanzen lassen sich durch Balancing jedoch nicht vollständig beheben. Balancing kann lediglich Unterschiede im Ladezustand (SOC) ausgleichen und nebenbei auch Inkonsistenzen bei der Selbstentladung beheben. Bei Innenwiderstand und Kapazität ist Balancing jedoch wirkungslos.
Wie entsteht Zellinkonsistenz?
Dafür gibt es zwei Hauptgründe: Zum einen Inkonsistenzen bei der Zellproduktion und -verarbeitung, zum anderen Inkonsistenzen in der Zellnutzungsumgebung. Produktionsinkonsistenzen entstehen durch Faktoren wie Verarbeitungstechniken und Materialien, was ein sehr komplexes Problem vereinfacht. Umgebungsinkonsistenzen sind leichter zu verstehen, da die Position jeder Zelle im PACK unterschiedlich ist, was zu Umgebungsunterschieden wie leichten Temperaturschwankungen führt. Mit der Zeit kumulieren sich diese Unterschiede und verursachen 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: Entweder sind die Zellkapazitäten gleich, aber die Ladezustände unterschiedlich; oder es sind sowohl die Zellkapazitäten als auch die Ladezustände unterschiedlich.
Das erste Szenario (ganz links in der Abbildung unten) zeigt Zellen mit gleicher Kapazität, aber unterschiedlichem Ladezustand (SOC). Die Zelle mit dem kleinsten Ladezustand erreicht zuerst die Entladegrenze (bei einem angenommenen Ladezustand von 25 % als Untergrenze), während die Zelle mit dem größten 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 AusbalancierenUndpassives BalancierenBeim passiven Balancing werden Widerstände zur Entladung verwendet, beim aktiven Balancing fließt Ladung zwischen den Zellen. Es gibt einige Diskussionen über diese Begriffe, aber wir werden hier nicht näher darauf eingehen. Passives Balancing wird in der Praxis häufiger verwendet, während aktives Balancing seltener vorkommt.
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 SOC-Unterschied 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 SOC, doch im Laufe der Nutzung, insbesondere aufgrund unterschiedlicher Selbstentladung, ändert sich der SOC jeder Zelle allmählich. Daher sollte die Ausgleichsfunktion zumindest die Auswirkungen unterschiedlicher Selbstentladungen eliminieren.
Bei einer identischen 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
