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8.2 Balancierung

Für Lithiumsysteme wird in aller Regel eine Balancierung vorgeschrieben (verlangt), wenn mehr als eine Zelle in Serie betrieben wird. Es wird eine Elektronik benötigt, die verhindert, dass Zellen mit niedrigerer Spannung während der Ladung in der Serienschaltung mit mehr Strom versorgt werden als Zellen mit höherer Spannung – welche also beim Laden balanciert.

Am einfachsten erreicht man dies durch das Parallelschalten eines Transistors zu jeder Zelle welcher bei Zellen hoher Spannung durchschaltet, also den Zellen etwas weniger Ladestrom zuführt als der Hauptstrang durchleitet. Hier spricht man von passiver Balancierung. Die folgende Abbildung zeigt schematisch vereinfacht ein BMS mit Balancing Transistor und Vorwiederstand:

Abb.: Vereinfachtes Batteriemanagement mit passivem Balancing.

Aktive Balancierungssysteme regeln den Zellenstrom dann meist kapazitiv oder induktiv – ähnlich Schaltungskonzepten für Batterieblockbalancierung aus den 90er Jahren (z. B. „CHarge Equalizer“ vom Fraunhofer Institut, Freiburg, Dr. Heribert Schmidt). Heute gibt es immer wieder neue Konzepte, wie z. B. mit gemultiplexten Induktivitäten die auch für Superkondensatoren interessant und notwendig sind.

Abb.: Prinzip des aktiven induktiven Balancing

Der Vorteil der passiven Balancierung sind ihre Simplizität und ihre niedrigen Kosten, verbunden natürlich mit dem Nachteil, dass der Strom im Paralleltransistor einen Verlust mit abzuführender Wärme bedeutet.

Kapazitive und Induktive Systeme sind zwar Energieeffizient und produzieren kaum Wärme, sind dafür aber Komplex und wenig kostengünstig.

Bei der passviven Balancierung sollte eine häufig vergessene Tatsache beachtet werden, nämlich das die balancierte Kapazität während einer Ladung umso größer ist, je geringer der Ladestrom ist! D. h. Schnellladungen lassen nur eine geringe balancierte Kapazität zu. So ist beispielsweise die balancierte Kapazität je Zyklus bei einer Ladung mit
0,1 C fünfmal größer als bei 0,5 C.

CBalanciert = f (tLadung)