Autor:Site Editor veröffentlichen Zeit: 2024-10-25 Herkunft:Powered
In der modernen Batterietechnik stößt man häufig auf den Begriff „Batteriebalancing“. Doch was bedeutet er? Die Ursache liegt im Herstellungsprozess und den verwendeten Materialien der Batterien, die zu Unterschieden zwischen den einzelnen Zellen innerhalb eines Batteriepacks führen. Diese Unterschiede werden auch durch die Umgebung beeinflusst, in der die Batterien betrieben werden, beispielsweise Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Diese Schwankungen äußern sich typischerweise in Unterschieden in der Batteriespannung. Darüber hinaus kommt es bei Batterien aufgrund der Ablösung des aktiven Materials von den Elektroden und der Potentialdifferenz zwischen den Platten auf natürliche Weise zu einer Selbstentladung. Die Selbstentladungsraten können je nach Batterie aufgrund unterschiedlicher Herstellungsprozesse variieren.
Lassen Sie uns dies anhand eines Beispiels veranschaulichen: Angenommen, in einem Batteriepack hat eine Zelle einen höheren Ladezustand (SOC) als die anderen. Während des Ladevorgangs erreicht diese Zelle zuerst die volle Ladung, was dazu führt, dass die restlichen Zellen, die noch nicht vollständig geladen sind, den Ladevorgang vorzeitig beenden. Wenn umgekehrt eine Zelle einen niedrigeren Ladezustand hat, erreicht sie beim Entladen zuerst ihre Entladegrenzspannung, wodurch die anderen Zellen daran gehindert werden, ihre gespeicherte Energie vollständig abzugeben.
Dies zeigt, dass Unterschiede zwischen Batteriezellen nicht ignoriert werden können. Basierend auf diesem Verständnis entsteht die Notwendigkeit eines Batterieausgleichs. Ziel der Batteriebalancing-Technologie ist es, durch technische Eingriffe die Unterschiede zwischen einzelnen Zellen zu minimieren oder zu beseitigen, um die Gesamtleistung des Batteriepakets zu optimieren und seine Lebensdauer zu verlängern. Der Batterieausgleich verbessert nicht nur die Gesamteffizienz des Batteriepakets, sondern verlängert auch die Lebensdauer der Batterie erheblich. Daher ist es für die Optimierung der Energienutzung von entscheidender Bedeutung, das Wesen und die Bedeutung des Batterieausgleichs zu verstehen.
Definition: Unter Batterieausgleich versteht man die Verwendung spezifischer Techniken und Methoden, um sicherzustellen, dass jede einzelne Zelle in einem Batteriesatz eine konstante Spannung, Kapazität und Betriebsbedingungen beibehält. Ziel dieses Prozesses ist es, durch technische Eingriffe die Leistung der Batterie zu optimieren und ihre Lebensdauer zu maximieren.
Bedeutung: Erstens kann der Batterieausgleich die Leistung des gesamten Batteriepakets deutlich verbessern. Durch den Ausgleich können Leistungseinbußen durch die Verschlechterung einzelner Zellen vermieden werden. Zweitens trägt der Ausgleich dazu bei, die Lebensdauer des Akkus zu verlängern, indem die Spannungs- und Kapazitätsunterschiede zwischen den Zellen verringert und der Innenwiderstand gesenkt werden, was die Lebensdauer des Akkus effektiv verlängert. Aus sicherheitstechnischer Sicht kann die Implementierung eines Batterieausgleichs schließlich ein Überladen oder Tiefentladen einzelner Zellen verhindern und so potenzielle Sicherheitsrisiken wie thermisches Durchgehen verringern.
Batteriedesign: Um die Leistungsinkonsistenz zwischen einzelnen Zellen zu beheben, entwickeln und optimieren große Batteriehersteller kontinuierlich Innovationen und Optimierungen in Bereichen wie Batteriedesign, Montage, Materialauswahl, Produktionsprozesssteuerung und Wartung. Zu diesen Bemühungen gehören die Verbesserung des Zelldesigns, die Optimierung des Packungsdesigns, die Verbesserung der Prozesskontrolle, die strenge Auswahl der Rohstoffe, die Stärkung der Produktionsüberwachung und die Verbesserung der Lagerbedingungen.
BMS (Batterieüberwachungssystem) Ausgleichsfunktion: Durch die Anpassung der Energieverteilung zwischen einzelnen Zellen reduziert BMS die Inkonsistenz und erhöht die nutzbare Kapazität und Lebensdauer des Batteriepakets. Es gibt zwei Hauptmethoden, um in BMS einen Ausgleich zu erreichen: passiver Ausgleich und aktiver Ausgleich.
Beim passiven Ausgleich, auch bekannt als Energieverlustausgleich, wird überschüssige Energie von Zellen mit höherer Spannung oder Kapazität in Form von Wärme freigesetzt und so deren Spannung und Kapazität reduziert, um sie an andere Zellen anzupassen. Dieser Prozess beruht hauptsächlich auf parallelen Widerständen, die mit den einzelnen Zellen verbunden sind, um überschüssige Energie abzuleiten.
Wenn eine Zelle eine höhere Ladung als andere hat, wird die überschüssige Energie über den Parallelwiderstand abgeleitet, wodurch ein Gleichgewicht mit den anderen Zellen erreicht wird. Aufgrund seiner Einfachheit und geringen Kosten wird der passive Ausgleich häufig in verschiedenen Batteriesystemen eingesetzt. Der Nachteil besteht jedoch in einem erheblichen Energieverlust, da die Energie als Wärme abgegeben und nicht effektiv genutzt wird. Normalerweise begrenzen Ingenieure den Ausgleichsstrom auf einen niedrigen Wert (ca. 100 mA). Um den Aufbau zu vereinfachen, nutzt der Auswuchtprozess den gleichen Kabelbaum wie der Sammelprozess und beide arbeiten abwechselnd. Während dieses Design die Systemkomplexität und -kosten reduziert, führt es auch zu einer geringeren Auswuchteffizienz und einer längeren Zeit bis zum Erreichen spürbarer Ergebnisse. Es gibt zwei Hauptarten des passiven Ausgleichs: feste Shunt-Widerstände und geschaltete Shunt-Widerstände. Ersteres verbindet einen festen Shunt, um ein Überladen zu verhindern, während letzteres das Schalten präzise steuert, um überschüssige Energie abzuleiten.
Aktives Balancieren hingegen ist eine effizientere Methode des Energiemanagements. Anstatt überschüssige Energie abzuleiten, überträgt es Energie von Zellen mit höherer Kapazität auf Zellen mit geringerer Kapazität, indem es speziell entwickelte Schaltkreise verwendet, die Komponenten wie Induktivitäten, Kondensatoren und Transformatoren enthalten. Dadurch wird nicht nur die Spannung zwischen den Zellen ausgeglichen, sondern auch die Gesamtenergienutzungsrate erhöht.
Wenn beispielsweise während des Ladevorgangs eine Zelle ihre obere Spannungsgrenze erreicht, aktiviert das BMS den aktiven Ausgleichsmechanismus. Es identifiziert Zellen mit relativ geringer Kapazität und überträgt Energie von der Hochspannungszelle auf diese Niederspannungszellen über einen sorgfältig entwickelten Balancer-Schaltkreis. Dieser Prozess ist präzise und effizient und steigert die Leistung des Akkus erheblich.
Sowohl der passive als auch der aktive Ausgleich spielen eine entscheidende Rolle bei der Erhöhung der nutzbaren Kapazität des Akkus, der Verlängerung seiner Lebensdauer und der Verbesserung der Gesamtsystemeffizienz.
Beim Vergleich passiver und aktiver Auswuchttechnologien wird deutlich, dass sie sich in ihrer Designphilosophie und Ausführung deutlich unterscheiden. Beim aktiven Ausgleich sind in der Regel komplexe Algorithmen zur Berechnung der genauen zu übertragenden Energiemenge erforderlich, während beim passiven Ausgleich eher die genaue Steuerung des Timings von Schaltvorgängen zur Ableitung überschüssiger Energie erforderlich ist.
Während des gesamten Ausgleichsprozesses überwacht das System kontinuierlich Änderungen in den Parametern jeder Zelle, um sicherzustellen, dass die Ausgleichsvorgänge nicht nur effektiv, sondern auch sicher sind. Sobald die Unterschiede zwischen den Zellen in einen vordefinierten akzeptablen Bereich fallen, beendet das System den Ausgleichsvorgang.
Durch die sorgfältige Auswahl der geeigneten Auswuchtmethode, die strenge Kontrolle der Auswuchtgeschwindigkeit und des Auswuchtgrades sowie eine effektive Steuerung der während des Auswuchtvorgangs erzeugten Wärme können die Leistung und Lebensdauer des Batteriesatzes erheblich verbessert werden.
