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Cell Balancer bieten entscheidende Vorteile

Dieser Balancer-Ansatz unterscheidet sich in mehreren wesentlichen Punkten von den bisherigen Lösungen und ist damit ein Kompromiss zwischen den billigen passiven Balancern und den sehr aufwendigen aktiven Balancern am Markt.

Die Lösung ist dezentral angelegt. Jede einzelne Platine sorgt autark nur für einen Ausgleich zwischen der eigenen Zelle und der direkten Nachbarzelle in Richtung Pluspol.

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Die Balance der ganzen Kette ist nur eine indirekte Folge der Aktivitäten der einzelnen Platinen. Es gibt daher keinen separaten Controller, der Kabel zu allen Zellverbindern besitzen muss, wie es bei den bisherigen Lösungen üblich ist.

Der Energietransfer geschieht mit hohem Wirkungsgrad direkt von Zelle zu Zelle ohne Umweg über Transformatoren oder einen separaten Puffer-Akku.

Eine Zelle kann gleichzeitig Energie an beide Nachbarn abgeben oder von beiden Nachbarn Unterstützung erhalten.

Die Anzahl der in Reihe geschalteten Zellen ist nicht durch einen separaten Controller begrenzt. Jede Platine muss nur mit Spannungen bis zu 8 V umgehen, auch wenn die Kette insgesamt 400 V besitzt.

Obwohl die einzelnen Platinen ihre Entscheidungen lokal und autark treffen, kommunizieren sie untereinander digital entlang der Kette.

Dadurch besitzt die letzte Platine in der Kette am Pluspol das Wissen über den gesamten Ladezustand aller Zellen. Dieses Wissen wird per Funk an ein Anzeigemodul bzw. eine Handy-App übertragen. Diese letzte Platine besitzt als einzige einen Ausgang um das Ladegerät zu steuern und auch abzuschalten.

Ähnliche Produkte waren komplex und teuer

Im Jahr 2000 wurde eine ähnliche Lösung für Ketten aus Bleiakkus patentiert. Die eingesetzte Technik war jedoch eine reine Analogschaltung ohne Mikroprozessoren und dadurch immer noch recht komplex und teuer. Eine solche Schaltung kann leider nicht mit den auftretenden Hysterese-Effekten umgehen und neigt dazu, Energie ständig hin und her zu schieben. Erst das Aufkommen von extrem preisgünstigen Mikrocontrollern in den letzten Jahren ermöglicht ein intelligentes, adaptives Software-Verfahren wie es jetzt implementiert wurde. Die jeweils nötigen Transferströme werden dadurch immer an den jeweiligen Kontext angepasst. Ferner kann dieser Balancer einen sehr stromsparenden Sleep-Modus etablieren wenn der Akku ruht.

Aktives Balancing mit vielfältigen Anwendungsbereichen

Aktives Balancing mit diesen Platinen ist sinnvoll bei einer Zellkapazität von etwa 40 bis 300 Ah. Unterhalb davon sind sie zu teuer im Verhältnis zur Zelle, oberhalb davon müsste eine Variante mit stärkerem Transferstrom entwickelt werden. Die Platinen arbeiten mit Ketten aus Lithium-Eisen-Phosphat-Zellen (3,3 V) und Lithium-Polymer-Zellen (3,7 V) zusammen.

Einsatzmöglichkeiten:

• Boote, Yachten (interessant wegen Fernüberwachung via Internet im Hafen),

• Campingfahrzeuge, Wohnwagen,

• Gabelstapler, portable Baumaschinen, mobile Schweißgeräte,

• Rollstühle, Senioren-Fahrzeuge,

• Elektro-Roller/Motorräder, Elektro-Buggys, elektrische Kutschen,

• Power-Walls/Photovoltaik-Speicher,

• Segelflugzeuge,

• Golf-Fahrzeuge,

• Weiternutzung von angeschlagenen Zellen aus E-Fahrzeugen.

Anwendungstest bestätigen die Vorteile

Getestet wurden die Balancer bisher in Verbindung mit Li-Fe-Zellen von 100 – 300 Ah in einer elektrischen Kutsche des Prinzipalexpress'. Eine billige 100-Ah-Zelle kostet den Endverbraucher derzeit etwa 100 – 120 € und hält bei täglicher Nutzung etwa 2,5 bis 3 Jahre. Besonders im dritten Jahr divergieren die Zellen so stark, dass ein aktiver Balancer die Nutzungsdauer deutlich verlängern kann. Dadurch wird man das Akku-Paket erst ein halbes bis 1 Jahr später austauschen. Ein üblicher passiver Balancer kostet den Endverbraucher zur Zeit etwa 7,50 bis 15 € pro Zelle zuzüglich einer BMS-Platine zur Überwachung der gesamten Kette. Ein Anzeigemodul kommt oft noch hinzu. Die Balancer laufen aktuell in mehreren Elektro-Kutschen. Trotz der Winterruhe haben die Akkupakete „durchgehalten“ und konnten den Betrieb sorgenfrei fortsetzen. Die Ergebnisse zeigen: Mit dieser neuen Balancerlösung werden die Lebensdauer, die Effektivität und Zuverlässigkeit nachweislich erhöht.

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