So lasten Sie Akkus in Hybrid- und Elektrofahrzeugen optimal und sicher aus

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Die schwächste Akkuzelle entscheidet über die Kapazität der Batterie

Aufgrund solcher Schwankungen muss das komplette Batteriepack in einem definierten Spannungsbereich mit fest definierten Grenzen für Über- und Unterspannungsschutz betrieben werden. Dies ist auch aus Sicherheitsaspekten erforderlich, da Lithium-Ionen-Zellen bei Überladung und zu hohen Temperaturen entflammbar sind und sogar explodieren können.

Die schwächste Zelle der Kette, d.h die Zelle mit der niedrigsten Kapazität oder der höchsten internen Impedanz, erreicht die obere Spannungsgrenze schneller als die stärkeren Zellen, was zu einer Beendigung des Ladevorgangs führt. Da die stärkeren Zellen zu diesem Zeitpunkt noch nicht ihr vollständiges Ladungsniveau (State of Charge – SoC) erreicht haben, kann nicht die volle, theoretisch mögliche Energiemenge im Batteriepack gespeichert werden.

Ein ähnliches Problem tritt beim Entladen auf: Die schwächste Zelle erreicht die Unterspannungsschwelle zuerst und das Batteriepack wird abgeschaltet, obwohl die stärkeren Zellen durchaus noch Energie liefern könnten — was die Reichweite eines Elektrofahrzeug verringert.

Elektronik erhöht Leistungsausbeute und Lebensdauer eines Batteriesystems

Eine mögliche Gegenmaßnahme wäre der Einsatz besser aufeinander abgestimmter Zellen, was aber zu höheren Kosten führen kann. Zudem werden andere Probleme wie eine unterschiedliche Temperaturverteilung im Batteriepack nicht gelöst. Wesentlich effizienter ist deshalb der Einsatz von Elektronik, um über einen passiven oder aktiven Ladungsausgleich die individuellen Zellladungen im Batteriepack anzugleichen.

Passiver Ladungsausgleich entlädt Akkuzellen über einen Widerstand teilweise

Beim einfachsten Verfahren, dem passiven Ladungsausgleich, wird die Zelle mit dem höchsten Spannungsniveau über einen Widerstand wieder teilweise entladen, um so die Zellen mit den niedrigeren Spannungen weiterhin laden zu können.

Dieses Verfahren wird daher speziell im Ladevorgang eingesetzt, bei dem Energienachschub aus dem Ladegerät zur Verfügung steht.

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