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Application Note Balanceakt

Application Note Balanceakt
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Katalogauszüge

Application Note schurter.com/downloads Balanceakt Ohne "Battery Balancing" bestimmt in einem Mehrzellen-Akku stets die schwächste Zelle darüber, welche Kapazität das Gesamtsystem hat. Da einzelne Zellen aber unterschiedlich altern, kann man selbst mit einer gewissenhaften Selektion nicht sicherstellen, dass alle Zellen eine identische Kapazität aufweisen. Es braucht andere Ansätze. Li-Ionen-Akkus unterliegen wie andere Akkutypen auch beim Laden und Entladen einem Abnutzungsprozess, der auf chemische Veränderungen zurückzuführen ist. Beim Li-Ionen-Akku besteht die Anode aus einer Kupferfolie, die mit Kohle oder einer Graphitverbindung beschichtet ist. Die Kathode besteht aus einer Lithiumverbindung. Der zwischen den Elektroden liegende Elektrolyt ist ein gelöstes Lithiumsalz. Je nachdem ob der Elektrolyt flüssig oder fest ist, spricht man von Li-Ionen- oder Li-Polymer-Akkus. Die unter diesen Sammelbegriff gehandelten Zellen unterscheiden sich hauptsächlich im Kathodenwerkstoff, der aus Kobalt, Mangan, Nickel-Kobalt, Nickel-Kobalt-Mangan (NKM), Eisenphosphat oder Titanat bestehen kann. Die verschiedenen Kathodenwerkstoffe bewirken unterschiedliche Energiedichten, Leistungsdichten, Nennspannungen und mögliche Ladezyklen. Schonend Laden Das sogenannte IU-Ladeverfahren, das bei solchen Zellen angewandt wird, arbeitet mit Konstantstrom und Konstantspannung (Constant Current = CC, Constant Voltage = CV). Wie die Lebensdauer hängt auch die Ladezeit von diversen Faktoren ab, bei höheren Ladeleistungen vor allem von der Temperatur. Kurze Ladezeiten resp. hohe Ladeströme wirken sich belastend auf das Elektrodenmaterial aus, so dass die Lebensdauer und Zyklenzahl verkürzt wird. Schonendes Laden/Entladen erhöht die Lebensdauer massiv! Lithium-Plating Das Laden und Entladen von Li-Ionen-Zellen bei hohen Strömen oder tiefen Temperaturen kann zu Lithium-Plating führen. Dabei lagern sich Lithium-Ionen bevorzugt auf der Anodenoberfläche ab, anstatt sich zwischen die Schichten des Graphits einzulagern. Dieser Effekt führt zu signifikanten Einbussen an Leistung, Lebensdauer und Sicherheit. In extremen Fällen kann das Lithium-Plating sogar zu einem Kurzschluss oder, da metallisches Lithium leicht entflammbar ist, auch zu einem Brand führen. Üblich sind je nach Qualität und Aufbau des Akkus 500 bis über 1000 Ladezyklen. Als abgenutzt gilt ein Akku dann, wenn weniger als 80 % der ursprünglichen Kapazität übrig sind. Cluster / Akkupacks Cluster oder Akkupacks bestehen zur Erhöhung der Nennspannung in der Regel aus mehreren in Reihe geschalteten Einzelzellen oder Zellblöcken. Fertigungsund alterungsbedingt gibt es hierbei Schwankungen in der Kapazität, im Innenwiderstand und weiteren Parametern dieser Zellen. Die schwächste Zelle ist dabei bestimmend, wie viel geladen resp. entladen werden darf. Im praktischen Einsatz von mehrzelligen in Reihe verschalteten Akkus führt dieser Umstand dazu, dass die Zellen in Reihe unterschiedlich geladen und entladen werden. Es kommt dann im Verbund zu kritischer Tiefentladung oder bei der Ladung zu einer Überladung und Überschreiten der Ladeschlussspannung einzelner Zellen. Je nach Akku-Typ kann es dabei zu einer irreversiblen Schädigung einzelner Zellen kommen. Die Folge: das gesamte Akkupack verliert an Kapazität. Batteriemanagementsysteme (BMS) Sogenannte BMS sind verantwortlich für die Steuerung und Kontrolle des Lade- und Entladevorgangs von Hochleistungs-Akkupacks in autonomen ILSCHURTER ELECTRONI

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Application Noteschurter.com/downloads [1] Hoher Entladungsstress führt zu verminderter Lebensdauer. [2] Hoher Ladestress führt zu verminderter Lebensdauer. Absichern In E-Power-Anwendungen wie z.B. Elektrofahrzeugen stellen die Akkupacks den zumeist grössten Kostenfaktor überhaupt dar. Der Kunde verlangt nach maximaler Leistungskapazität, schnellstmöglichem Ladevorgang, langer Lebensdauer und absoluter Zuverlässigkeit. Anforderungen, die nicht einfach vereinbar sind. Akkus auf Lithiumbasis weisen eine deutlich höhere Leistungsdichte als die robusten Bleiakkus auf. Sie reagieren jedoch...

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Verlusten passieren lassen. Ein- und Ausschalten, Beschleunigen - auch zyklische Festigkeit ist unverzichtbar. Massgeschneiderte Sicherungen Zu den grössten Feinden der Akkupacks zählen aber Übertemperatur, Kurzschlüsse und pulsförmige Überströme. Je nach Konstruktion und Verwendungszweck des Hochleistungs-Akkupacks muss der Fokus mal stärker auf den Schutz vor Überstrom, ein andermal eher auf die Temperatur gelegt werden. Zumeist kommen aber gleich mehrere potentielle Probleme zusammen. In der Praxis bedeutet dies nichts anderes, als dass massgeschneiderte Lösungen zur Absicherung...

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