Im Bereich der Batterien gibt es Batterien mit Überwachungsschaltungen und solche ohne. Lithium-Batterien gelten als intelligente Batterien, da sie eine Leiterplatte enthalten, die ihre Leistung steuert. Im Gegensatz dazu besitzen herkömmliche, verschlossene Blei-Säure-Batterien keine solche Steuerung zur Leistungsoptimierung.
In einem intelligente LithiumbatterieEs gibt drei grundlegende Steuerungsebenen. Die erste Ebene ist ein einfacher Spannungsausgleich, der die Zellspannungen optimiert. Die zweite Ebene ist ein Schutzschaltungsmodul (PCM), das die Zellen während des Ladens und Entladens vor zu hohen und zu niedrigen Spannungen und Strömen schützt. Die dritte Ebene ist ein Batteriemanagementsystem (BMS). Das BMS verfügt über alle Funktionen des Spannungsausgleichs- und des Schutzschaltungsmoduls, bietet aber zusätzlich Funktionen zur Optimierung der Batterieleistung über die gesamte Lebensdauer (z. B. Überwachung des Ladezustands und des Gesundheitszustands).
LITHIUM-AUSGLEICHSCHALTUNG
Bei einem Akku mit Balancer-Chip gleicht dieser während des Ladevorgangs die Spannungen der einzelnen Zellen aus. Ein Akku gilt als ausgeglichen, wenn alle Zellspannungen innerhalb einer geringen Toleranz liegen. Es gibt zwei Arten des Ausgleichs: aktiven und passiven. Beim aktiven Ausgleich werden Zellen mit höherer Spannung zum Laden von Zellen mit niedrigerer Spannung verwendet. Dadurch verringert sich die Spannungsdifferenz zwischen den Zellen, bis alle Zellen nahezu gleich eingestellt sind und der Akku vollständig geladen ist. Der passive Ausgleich, der bei allen Power Sonic Lithium-Akkus zum Einsatz kommt, funktioniert so: Jede Zelle verfügt über einen parallel geschalteten Widerstand, der sich zuschaltet, sobald die Zellspannung einen Schwellenwert überschreitet. Dadurch wird der Ladestrom in den Zellen mit hoher Spannung reduziert, sodass die anderen Zellen aufholen können.
Warum ist der Zellenausgleich wichtig? Bei Lithiumbatterien schaltet sich die gesamte Batterie ab, sobald die Zelle mit der niedrigsten Spannung die Entladeschlussspannung erreicht. Das kann bedeuten, dass einige Zellen noch ungenutzte Energie enthalten. Ebenso wird der Ladevorgang unterbrochen, sobald die Zelle mit der höchsten Spannung die Abschaltspannung erreicht, wenn die Zellen beim Laden nicht ausgeglichen sind. Dadurch werden nicht alle Zellen vollständig geladen.
Was ist daran so schlimm? Das ständige Laden und Entladen eines unausgewogenen Akkus verringert mit der Zeit dessen Kapazität. Das bedeutet auch, dass einige Zellen vollständig geladen werden, andere jedoch nicht, sodass der Akku möglicherweise nie einen Ladezustand von 100 % erreicht.
Die Theorie besagt, dass sich ausgeglichene Zellen alle mit der gleichen Rate entladen und daher bei der gleichen Spannung abschalten. Dies trifft jedoch nicht immer zu. Ein Balancer-Chip stellt daher sicher, dass die Batteriezellen beim Laden optimal aufeinander abgestimmt werden, um die Batteriekapazität zu schützen und eine vollständige Ladung zu gewährleisten.
LITHIUM-SCHUTZSCHALTUNGSMODUL
Ein Schutzschaltungsmodul enthält eine Ausgleichsschaltung und zusätzliche Schaltungen, die die Batterieparameter regeln und vor Überladung und Tiefentladung schützen. Dies geschieht durch Überwachung von Strom, Spannung und Temperatur während des Lade- und Entladevorgangs und Vergleich mit vordefinierten Grenzwerten. Sobald eine der Batteriezellen einen dieser Grenzwerte erreicht, schaltet die Batterie den Lade- oder Entladevorgang entsprechend ab, bis die Abschaltfunktion aktiviert ist.
Es gibt mehrere Möglichkeiten, den Lade- oder Entladevorgang nach Auslösung des Schutzes wieder zu aktivieren. Die erste Möglichkeit ist zeitbasiert: Ein Timer zählt eine kurze Zeitspanne (z. B. 30 Sekunden) und hebt dann den Schutz auf. Dieser Timer kann je nach Schutzart variieren und stellt einen einstufigen Schutz dar.
Die zweite Methode ist wertbasiert: Der Wert muss unter einen Schwellenwert fallen, um die Überladeschutzfunktion aufzuheben. Beispielsweise müssen alle Zellspannungen unter 3,6 Volt fallen, damit der Überladeschutz deaktiviert wird. Dies kann sofort nach Erfüllung der Deaktivierungsbedingung geschehen. Es kann aber auch nach einer vordefinierten Zeitspanne erfolgen. Beispielsweise müssen alle Zellspannungen unter 3,6 Volt fallen und 6 Sekunden lang unter diesem Grenzwert bleiben, bevor das PCM den Schutz aufhebt.
Die dritte Schutzart ist aktivitätsbasiert und erfordert eine bestimmte Aktion, um den Schutz aufzuheben. Dies kann beispielsweise das Entfernen der Last oder das Anlegen einer Ladung sein. Wie bei der wertbasierten Schutzfreigabe kann diese Freigabe sofort oder zeitbasiert erfolgen. Das bedeutet beispielsweise, dass die Last 30 Sekunden lang von der Batterie getrennt werden muss, bevor der Schutz aufgehoben wird. Neben zeit- und wert- bzw. aktivitäts- und zeitbasierten Freigaben sind auch andere Kombinationen dieser Freigabemethoden möglich. So kann die Tiefentladeschutzspannung beispielsweise greifen, sobald die Zellenspannung unter 2,5 Volt fällt, wobei ein 10-sekündiges Laden erforderlich ist, um diese Spannung zu erreichen. Diese Freigabeart umfasst alle drei anderen Arten der Schutzfreigabe.
Wir verstehen, dass bei der Auswahl des Besten viele Faktoren eine Rolle spielen. LithiumbatterieUnsere Experten helfen Ihnen gerne weiter. Sollten Sie weitere Fragen zur Auswahl der richtigen Batterie für Ihre Anwendung haben, kontaktieren Sie noch heute einen unserer Spezialisten.
Veröffentlichungsdatum: 29. April 2024
