Sihua Wen, Batterieanwendungsingenieur, Texas Instruments

Typischerweise entsteht in jedem System, das aus mehreren in Reihe geschalteten Batterien besteht, das Problem, dass die Ladung der einzelnen Batterien aus dem Gleichgewicht gerät. Der Ladungsausgleich ist eine Designtechnik, die die Batteriesicherheit, Laufzeit und Lebensdauer verbessert. Die neuesten Batterieschutz-ICs und Ladeanzeigen von Texas Instruments – die BQ2084-, BQ20ZXX-Familie, BQ77PL900 und BQ78PL114, die in der Produktlinie des Unternehmens enthalten sind – sind für die Implementierung unerlässlich dieser Methode.

Was ist ein Batterieungleichgewicht?

Überhitzung oder Überladung beschleunigen den Batterieverschleiß und können einen Brand oder sogar eine Explosion verursachen. Software- und Hardware-Schutzmaßnahmen verringern die Gefahr. In einer Bank mit vielen in Reihe geschalteten Batterien (normalerweise werden solche Blöcke in Laptops und medizinischen Geräten verwendet) besteht die Möglichkeit, dass die Batterien aus dem Gleichgewicht geraten, was zu einer langsamen, aber stetigen Verschlechterung führt.
Keine zwei Batterien sind gleich und es gibt immer geringfügige Unterschiede im Ladezustand (SOC), der Selbstentladung, der Kapazität, dem Widerstand und den Temperatureigenschaften der Batterie, selbst wenn es sich um Batterien desselben Typs, desselben Herstellers und desselben Herstellers handelt sogar aus der gleichen Produktionscharge. Bei der Bildung eines Blocks aus mehreren Batterien wählt der Hersteller in der Regel Batterien mit ähnlichem SSB aus, indem er deren Spannungen vergleicht. Es bestehen jedoch weiterhin Unterschiede in den Parametern der einzelnen Batterien, die mit der Zeit zunehmen können. Die meisten Ladegeräte ermitteln die Vollladung anhand der Gesamtspannung der gesamten in Reihe geschalteten Batteriekette. Daher kann die Ladespannung einzelner Akkus stark variieren, jedoch nicht die Spannungsschwelle überschreiten, bei der der Überladeschutz aktiviert wird. Das schwache Glied ist jedoch die Batterie geringe Kapazität B. aufgrund eines hohen Innenwiderstands, kann die Spannung höher sein als bei anderen vollständig geladenen Batterien. Der Defekt eines solchen Akkus zeigt sich später bei einem langen Entladezyklus. Die hohe Spannung einer solchen Batterie nach Abschluss des Ladevorgangs weist auf eine beschleunigte Verschlechterung hin. Bei Entladung aus den gleichen Gründen (hoher Innenwiderstand und geringe Kapazität) weist dieser Akku die niedrigste Spannung auf. Dies bedeutet, dass beim Laden eines schwachen Akkus möglicherweise der Überspannungsschutz funktioniert, während die verbleibenden Akkus im Gerät noch nicht vollständig aufgeladen sind. Dies führt zu einer Unterauslastung der Batterieressourcen.

AUSGLEICHSMETHODEN

Eine Unausgeglichenheit der Batterie hat erhebliche negative Auswirkungen auf die Lebensdauer und Lebensdauer der Batterie. Es ist am besten, Spannung und SSB der Batterien auszugleichen, wenn sie vollständig geladen sind. Es gibt zwei Methoden zum Ausbalancieren von Batterien – aktiv und passiv. Letzteres wird manchmal als „Widerstandsausgleich“ bezeichnet. Die passive Methode ist ganz einfach: Batterien, die ausgeglichen werden müssen, werden über Bypass-Schaltkreise entladen, die Strom verbrauchen. Diese Bypass-Schaltkreise können in den Akku integriert oder in einem externen Chip untergebracht werden. Diese Methode ist für kostengünstige Anwendungen vorzuziehen. Fast die gesamte überschüssige Energie von Batterien mit hoher Ladung wird in Form von Wärme abgegeben – das ist der Hauptnachteil der passiven Methode, denn Dadurch verkürzt sich die Lebensdauer des Akkus zwischen den Ladevorgängen. Bei der aktiven Ausgleichsmethode werden Induktoren oder Kondensatoren verwendet, die vernachlässigbare Energieverluste aufweisen, um Energie von stark geladenen Batterien auf weniger geladene Batterien zu übertragen. Daher ist die aktive Methode deutlich effektiver als die passive. Natürlich ist die Effizienzsteigerung mit Kosten verbunden – der Verwendung zusätzlicher, relativ teurer Komponenten.

PASSIVE AUSGLEICHSMETHODE

Die einfachste Lösung besteht darin, die Batteriespannung auszugleichen. Beispielsweise wird der BQ77PL900, der Akkupacks mit 5 bis 10 in Reihe geschalteten Akkus schützt, in bleifreien Werkzeugen, Rollern, unterbrechungsfreien Stromversorgungen und medizinischen Geräten verwendet. Die Mikroschaltung ist eine funktionell vollständige Einheit und kann für die Arbeit mit einem Batteriefach verwendet werden, wie in Abbildung 1 dargestellt. Durch den Vergleich der Batteriespannung mit programmierten Schwellenwerten schaltet die Mikroschaltung bei Bedarf den Ausgleichsmodus ein. Abbildung 2 zeigt das Funktionsprinzip. Wenn die Spannung einer Batterie einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, wird der Ladevorgang gestoppt und Bypass-Schaltkreise werden zugeschaltet. Der Ladevorgang wird erst fortgesetzt, wenn die Batteriespannung unter den Schwellenwert fällt und der Ausgleichsvorgang stoppt.

Reis. 1.BQ77PL900-Chip, der eigenständig verwendet wird
Betriebsmodus, um den Akku zu schonen

Bei der Anwendung eines Ausgleichsalgorithmus, der nur Spannungsabweichungen als Kriterium verwendet, ist aufgrund der unterschiedlichen Innenimpedanz der Batterien ein unvollständiger Ausgleich möglich (siehe Abb. 3). Tatsache ist, dass die interne Impedanz zur Spannungsverteilung während des Ladevorgangs beiträgt. Der Batterieschutzchip kann nicht feststellen, ob das Spannungsungleichgewicht durch unterschiedliche Batteriekapazitäten oder Unterschiede in deren Innenwiderstand verursacht wird. Daher gibt es bei dieser Art des passiven Balancings keine Garantie dafür, dass alle Akkus zu 100 % geladen sind. Der Ladeanzeige-IC BQ2084 verwendet eine verbesserte Version des Spannungsausgleichs. Um die Auswirkungen von Innenwiderstandsschwankungen zu minimieren, führt der BQ2084 den Ausgleich näher am Ende des Ladevorgangs durch, wenn der Ladestrom niedrig ist. Ein weiterer Vorteil des BQ2084 ist die Messung und Analyse der Spannung aller im Gerät enthaltenen Batterien. Allerdings ist diese Methode in jedem Fall nur im Lademodus anwendbar.

Reis. 2.Passive Methode basierend auf Spannungsausgleich

Reis. 3.Passive Spannungsausgleichsmethode
nutzt die Batteriekapazität ineffizient

Mikroschaltungen der BQ20ZXX-Familie verwenden die proprietäre Impedance-Track-Technologie, um den Ladezustand anhand der Bestimmung des SSB und der Batteriekapazität zu bestimmen. Bei dieser Technologie wird für jede Batterie die Ladung Q NEED berechnet, die erforderlich ist, um einen vollständig geladenen Zustand zu erreichen, und anschließend wird die Differenz ΔQ zwischen der Q NEED aller Batterien ermittelt. Dann schaltet die Mikroschaltung Leistungsschalter ein, über die die Batterie auf den Zustand ΔQ = 0 ausgeglichen wird. Da der Unterschied im Innenwiderstand der Batterien diese Methode nicht beeinflusst, kann sie jederzeit verwendet werden: sowohl wann Laden und Entladen der Akkus. Mithilfe der Impedance-Track-Technologie wird ein genauerer Batterieausgleich erreicht (siehe Abbildung 4).

Reis. 4.

Aktiver Ausgleich

In puncto Energieeffizienz ist diese Methode dem passiven Auswuchten überlegen, denn Um Energie von einer stärker geladenen Batterie auf eine weniger geladene zu übertragen, werden anstelle von Widerständen Induktivitäten und Kapazitäten verwendet, bei denen praktisch keine Energieverluste auftreten. Diese Methode wird in Fällen bevorzugt, in denen eine maximale Batterielebensdauer erforderlich ist.
Mit proprietärer PowerPump-Technologie ist der BQ78PL114 die neueste aktive Batterieausgleichskomponente von TI und nutzt einen induktiven Wandler zur Energieübertragung. PowerPump verwendet einen n-Kanal-p-Kanal-MOSFET und eine Induktivität, die sich zwischen einem Batteriepaar befindet. Die Schaltung ist in Abbildung 5 dargestellt. Der MOSFET und die Induktivität bilden den Zwischen-Abwärts-/Aufwärtswandler. Wenn der BQ78PL114 feststellt, dass die obere Batterie Energie auf die untere Batterie übertragen muss, wird am PS3-Pin ein Signal von etwa 200 kHz mit einem Arbeitszyklus von etwa 30 % erzeugt. Bei geöffneter Q1-Taste wird Energie aus der oberen Batterie im Gashebel gespeichert. Wenn Schalter Q1 schließt, fließt die in der Induktivität gespeicherte Energie durch die Flyback-Diode von Schalter Q2 in die untere Batterie.

Reis. 5.

Energieverluste sind gering und treten hauptsächlich in der Diode und der Induktivität auf. Der BQ78PL114-Chip implementiert drei Ausgleichsalgorithmen:

• durch Spannung an den Batterieklemmen. Diese Methode ähnelt der oben beschriebenen passiven Ausgleichsmethode;
• durch Leerlaufspannung. Diese Methode gleicht Unterschiede im Innenwiderstand von Batterien aus;
• laut SZB (basierend auf der Vorhersage des Batteriezustands). Die Methode ähnelt der in der Mikroschaltungsfamilie BQ20ZXX verwendeten Methode zum passiven Ausgleich nach SSB und Batteriekapazität. In diesem Fall wird die Ladung, die von einer Batterie auf eine andere übertragen werden muss, genau bestimmt. Der Ausgleich erfolgt am Ende des Ladevorgangs. Mit dieser Methode wird das beste Ergebnis erzielt (siehe Abb. 6)

Reis. 6.

Aufgrund der großen Ausgleichsströme ist die PowerPump-Technologie wesentlich effizienter als herkömmliche passive Symmetrierung mit internen Bypass-Schaltern. Beim Balancieren eines Laptop-Akkus betragen die Balancierströme 25...50 mA. Durch die Auswahl der Werte der Komponenten können Sie eine 12- bis 20-mal bessere Auswuchteffizienz erreichen als mit der passiven Methode mit internen Schlüsseln. Ein typischer Unwuchtwert (weniger als 5 %) kann in ein oder zwei Zyklen erreicht werden.
Darüber hinaus bietet die PowerPump-Technologie weitere offensichtliche Vorteile: Der Ausgleich kann in jedem Betriebsmodus erfolgen – beim Laden, Entladen und sogar dann, wenn die Batterie, die Energie liefert, eine niedrigere Spannung hat als die Batterie, die Energie empfängt. Im Vergleich zur passiven Methode geht deutlich weniger Energie verloren.

DISKUSSION DER WIRKSAMKEIT DER AKTIVEN UND PASSIVEN AUSGLEICHSMETHODE

Die PowerPump-Technologie führt den Ausgleich schneller durch. Wenn 2 % der 2200-mAh-Batterien aus dem Gleichgewicht gebracht werden, kann dies in einem oder zwei Zyklen erfolgen. Beim passiven Balancing begrenzen die im Akkupack eingebauten Leistungsschalter den maximalen Stromwert, sodass möglicherweise viele weitere Balancing-Zyklen erforderlich sind. Bei großen Unterschieden in den Batterieparametern kann der Balancing-Vorgang sogar unterbrochen werden.
Die Geschwindigkeit des passiven Balancings kann durch den Einsatz externer Komponenten erhöht werden. Abbildung 7 zeigt ein typisches Beispiel einer solchen Lösung, die in Verbindung mit den Chipfamilien BQ77PL900, BQ2084 oder BQ20ZXX verwendet werden kann. Zuerst wird der interne Batterieschalter eingeschaltet, wodurch ein kleiner Vorspannungsstrom erzeugt wird, der durch die Widerstände R Ext1 und R Ext2 fließt, die zwischen den Batterieklemmen und der Mikroschaltung angeschlossen sind. Die Gate-Source-Spannung am Widerstand RExt2 schaltet den externen Schalter ein und der Ausgleichsstrom beginnt durch den offenen externen Schalter und den Widerstand R Bal zu fließen.

Reis. 7.Schematische Darstellung des passiven Balancings
Verwendung externer Komponenten

Der Nachteil dieser Methode besteht darin, dass eine benachbarte Batterie nicht gleichzeitig balanciert werden kann (siehe Abb. 8a). Denn wenn der interne Schalter der benachbarten Batterie geöffnet ist, kann kein Strom über den Widerstand R Ext2 fließen. Daher bleibt der Schlüssel Q1 auch dann geschlossen, wenn der interne Schlüssel geöffnet ist. In der Praxis ist dieses Problem nicht von großer Bedeutung, weil Mit dieser Ausgleichsmethode wird die an Q2 angeschlossene Batterie schnell ausgeglichen, und dann wird die an die Q2-Taste angeschlossene Batterie ausgeglichen.
Ein weiteres Problem ist die hohe Drain-Source-Spannung VDS, die auftreten kann, wenn jede zweite Batterie ausgeglichen wird. Abbildung 8b zeigt den Fall, wenn die obere und untere Batterie ausgeglichen sind. In diesem Fall kann die Spannung V DS der mittleren Taste den maximal zulässigen Wert überschreiten. Die Lösung dieses Problems besteht darin, den Maximalwert des Widerstands R Ext zu begrenzen oder die Möglichkeit auszuschließen, jede zweite Batterie gleichzeitig auszubalancieren.

Die Schnellausgleichsmethode ist eine neue Möglichkeit, die Batteriesicherheit zu verbessern. Beim passiven Balancing besteht das Ziel darin, die Batteriekapazität auszubalancieren, was jedoch aufgrund der geringen Balancing-Ströme nur am Ende des Ladezyklus möglich ist. Mit anderen Worten: Das Überladen eines defekten Akkus kann verhindert werden, die Betriebszeit ohne Nachladen wird dadurch jedoch nicht verlängert, weil In den Bypass-Widerstandskreisen geht zu viel Energie verloren.
Durch den Einsatz der PowerPump-Aktivausgleichstechnologie werden gleichzeitig zwei Ziele erreicht: Kapazitätsausgleich am Ende des Ladezyklus und minimale Spannungsdifferenz am Ende des Entladezyklus. Die Energie wird gespeichert und an die schwache Batterie übertragen, anstatt in den Bypass-Schaltkreisen als Wärme abzugeben.

ABSCHLUSS

Der richtige Ausgleich der Batteriespannung ist eine Möglichkeit, die Sicherheit des Batteriebetriebs zu erhöhen und ihre Lebensdauer zu verlängern. Neue Balancing-Technologien überwachen den Zustand jeder Batterie, was deren Lebensdauer erhöht und die Betriebssicherheit verbessert. Die schnelle aktive Balancing-Technologie PowerPump erhöht die Batterielebensdauer und ermöglicht, dass die Batterien am Ende des Entladezyklus so effizient und effektiv wie möglich ausgeglichen werden.

März 2016

Der Betrieb einer Blei-Säure-Batterie basiert bekanntlich auf dem Auftreten einer Potentialdifferenz zwischen zwei in den Elektrolyten eingetauchten Elektroden. Der Wirkstoff der negativen Kathode ist reines Blei und der Wirkstoff der positiven Anode ist Bleidioxid. In Backup- und autonomen Stromversorgungssystemen werden Batterien gemäß hergestellt verschiedene Technologien: gewartete Masse, versiegeltes Gel oder AGM. Unabhängig von der Technologie sind die chemischen Prozesse, die in Blei-Säure-Batterien ablaufen, ähnlich:

Bei der Entladung durchdringt es die Platten elektrischer Strom, und die Platten sind mit Bleischwefeloxid (Sulfat) beschichtet. Bleisulfat setzt sich in Form einer porösen Schicht auf den Platten ab. Beim Laden kommt es zu einer umgekehrten Reduktionsreaktion des Wirkstoffs; auf den negativen Platten sammelt sich reines Blei an, auf den positiven Platten sammelt sich eine poröse Masse aus Bleioxid. Leider ist eine vollständige Wiederherstellung des Wirkstoffs bei jedem neuen Entlade-Ladezyklus nicht möglich. Im Betrieb kommt es zwangsläufig zur sogenannten Alterung der Batterie, also zu einem schleichenden Kapazitätsverlust – bis zur zulässigen Betriebsgrenze, üblicherweise geht man davon aus, dass die Kapazität auf 60 % der ursprünglichen Kapazität sinkt. Unter idealen Bedingungen kann die tatsächliche Batterielebensdauer im Puffermodus nahe an der Nennlebensdauer liegen.

Der Alterungsprozess einer Batterie kann durch folgende zerstörerische Prozesse deutlich beschleunigt werden:

• Sulfatierung von Platten;
• Korrosion von Platten und Verlust aktiver Masse;
• Verdunstung des Elektrolyten bzw. sogenanntes „Austrocknen“ der Batterie;
• Elektrolytschichtung (typisch nur für Flüssigbatterien).

Sulfatierung von Platten

Wenn die Batterie entladen wird, verwandelt sich die lose aktive Masse in feste Mikrokristalle aus Bleisulfat. Wenn die Batterie längere Zeit nicht geladen wird, werden die Mikrokristalle größer, die Ablagerung verdickt sich und blockiert den Zugang des Elektrolyten zu den Platten, was ein Laden der Batterie unmöglich macht. Faktoren, die das Sulfatierungsrisiko erhöhen: Langzeitlagerung im entladenen Zustand; chronische Unterladung des Akkus im zyklischen Modus (mindestens einmal im Monat ist eine 100-prozentige Ladung erforderlich); Extrem tiefe Batterieentladung. Durch spezielle Batterielademodi kann die Sulfatierung der Platten teilweise beseitigt werden.

Korrosion und Freisetzung des Wirkstoffs

Bei der Korrosion wird reines Blei des Plattengitters in Wechselwirkung mit Wasser zu Bleioxid oxidiert. Bleioxid leitet elektrischen Strom schlechter als der Wirkstoff des Plattenschmiermittels, erhöht den Innenwiderstand und verringert die Widerstandsfähigkeit der Batterie gegenüber hohen Entladeströmen. Auf den positiven Platten schwächt Korrosion die Haftung des Gitters an der aktiven Substanz. Darüber hinaus verliert der Wirkstoff der positiven Platte selbst allmählich an Festigkeit. Mit jedem Ausbreitungszyklus ändert sich der Zustand der Plattenschicht von einer Massenmasse aus Mikrokristallen aus Bleioxid zu einer harten kristallinen Struktur aus Bleisulfat. Durch die abwechselnde Kompression und Expansion verringert sich die physikalische Festigkeit der Ausbreitungsschicht, was zusammen mit einer Schwächung der Haftung zum Abrutschen und Abgeben des Wirkstoffs an den Boden der Batterie führt. Durch Korrosion und Ansammlung von abgelöstem Wirkstoff kann es zu einer Verformung der Batterieplatten und im schlimmsten Fall zu einem Kurzschluss kommen.

Faktoren, die das Risiko von Korrosion und Ablösung der aktiven Masse erhöhen:

• zu hohe Spannung laden;
• Laden mit unzureichendem Strom, d. h. längeres Bleiben unter Hochspannung während der Füllphase;
• zu langes Verbleib in der Absorptionsphase („Überladung“);
• Laden des Akkus mit zu viel Strom;
• beschleunigte Entladung der Batterie durch zu hohen Strom.

Das Ablösen (Gleiten) der aktiven Masse des Elektrolyten ist ein irreversibles Phänomen. Die gefährlichste Folge des Gleitens der aktiven Masse ist der Kurzschluss der Platten.

Elektrolytverdunstung

Wenn die positive Platte der Batterie entladen wird, entsteht Sauerstoff aus dem Wasser. Unter normalen Erhaltungsladebedingungen rekombiniert Sauerstoff mit Wasserstoff an der negativen Platte der Batterie und stellt so die ursprüngliche Wassermenge im Elektrolyten wieder her. Allerdings ist die Sauerstoffdiffusion im Separator schwierig, sodass der Rekombinationsprozess nicht zu 100 % effektiv sein kann. Durch die Reduzierung des Wasseranteils verändert sich das Ladeverhalten der Batterie und macht ab einem bestimmten Schwellenwert das Laden völlig unmöglich. Faktoren, die das Risiko einer „Batterie-Austrocknung“ erhöhen: Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen; Laden mit zu viel Strom oder Spannung; Die Erhaltungsspannung ist zu hoch – die Batterie ist „überladen“.

Die Elektrolytverdunstung ist ein irreversibles Phänomen für Gel undAGM-Batterien. Der Hauptgrund für das Austrocknen, insbesondere fürAGM – „Überladen“ von Batterien.

Thermisches Durchgehen und thermischer Zusammenbruch von Batterien

Die Alterung der Batterie erfolgt aufgrund der oben aufgeführten Prozesse beschleunigt, aber immer noch recht langsam und oft unbemerkt.

Die Rekombination von Gasen in einer versiegelten Batterie ist ein chemischer Prozess, der Wärme erzeugt. Wenn die Rekombination bei den richtigen Spannungs- und Ladestromwerten erfolgt, verursacht die Erwärmung keine Probleme. Jedoch, wenn der Akku überladen ist, steigt die Innentemperatur schneller an, als die Batterie von außen gekühlt werden kann. Eine Temperaturerhöhung verringert die Ladespannung, was in der Absorptionsstufe zu einem gleichzeitigen Anstieg des Stroms führt. Dadurch erhöht sich wiederum die Temperatur.

Es beginnt ein sich selbst erhaltender Kreislauf aus zunehmender Strom- und Wärmeerzeugung, der im schlimmsten Fall zu einer Verformung der Gitter und einem internen Kurzschluss mit irreversibler Zerstörung der Batterie führt.

Faktoren, die das Risiko eines thermischen Durchgehens erhöhen:

• intermittierender oder „pulsierender“ Ladevorgang aufgrund einer instabilen externen Stromquelle oder eines Ladegeräts von schlechter Qualität;
• Zu lange in der Absorptionsphase bleiben – „Überladung“;
• schlechte Wärmeableitung oder erhöhte Umgebungstemperatur.

Besonderheiten zerstörerischer Prozesse in der Batteriekette

Es ist leicht zu erkennen, dass beim Laden einer separaten Batterie alle Risikofaktoren eliminiert werden können, indem die richtigen Betriebsbedingungen und der richtige Ladealgorithmus sichergestellt werden. Allerdings verbrauchen Notstromsysteme selten weniger als zwei Batterien. In Parallel-Seriell-Schaltung Ladegerät„sieht“ die Werte von Ladestrom und Spannung nur an den Anschlussklemmen, sodass die Spannungen an einzelnen Batterien erheblich von den empfohlenen Werten abweichen können. Eine Batterie mit mehr hohes Niveau Selbstentladung (höherer Leckstrom) kann zu einer Überladung der in Reihe geschalteten Elemente und einer unvollständigen Ladung der parallel angeschlossenen Elemente führen. Über- und Unterladung erhöhen das Risiko fast aller zerstörerischen Prozesse. Um die Gefahr zu verringern, müssen daher alle Batterien in der Kette möglichst ähnliche Ladezustands- und Kapazitätswerte aufweisen. Bei Neuinstallationen wird empfohlen, nicht nur Batterien der gleichen Marke, sondern auch der gleichen Fabrikcharge zu verwenden. Die Praxis zeigt jedoch, dass sogar in einer Charge Es gibt nicht einmal zwei Batterien mit exakt gleichen Eigenschaften Kapazität, Ladezustand und interne Leckströme. Darüber hinaus ist die Anforderung identischer Eigenschaften unerfüllbar, wenn eine beschädigte Batterie durch eine bereits verbrauchte Batterie ersetzt werden muss.

Eine geringfügige Änderung des Ladezustands neuer Batterien wird meist während des Einlaufvorgangs über mehrere Entlade- und Ladezyklen hinweg ausgeglichen. Aber wenn es eine erhebliche Streuung oder einen Unterschied in den Kapazitätseigenschaften gibt Ungleichgewichtzwischen einzelnen Batterien des Arrays nimmt mit der Zeit nur zu.

Das systematische Nachladen von Batterien mit geringerer Kapazität und die mögliche Umpolung unterladener Batterien bei Tiefentladungen führen zur Häufung von Schäden und zum Ausfall einzelner Batterien. Aufgrund des Thermal Runaway-Effekts kann bereits eine ausgefallene Batterie die gesamte Batterieanordnung zerstören.

Aktiver Batterieausgleich

Sie können Unterschiede in den Batterieparametern mit einem speziellen Gerät ausgleichen, das als Batterieladungsausgleicher oder Ungleichgewichtsausgleicher bezeichnet wird.

WICHTIG! Der Einsatz von Ladungsausgleichern verringert das Risiko zerstörerischer Prozesse, kann jedoch eine bereits stark beschädigte Batterie nicht reparieren.

Physikalisch gesehen ist das Batterieladungsausgleichsgerät ein kompaktes elektronisches Modul, das mit jedem Paar in Reihe geschalteter Elemente verbunden ist:

• für 24V Batterie erforderlich ein Ladungsausgleicher zur Kette (Schema 1).
• für eine 48V-Batterie erforderlich drei Ladungsausgleicher zur Kette (Schema 2).

Die Stromversorgung der SBB erfolgt über die Batterie selbst oder über eine Ladequelle. Der Eigenstromverbrauch der SBB ist gering und vergleichbar mit Selbstentladungsverlusten.

Level-Effizienz SBB2-12-A grundsätzlich höher als bei anderen Ladungsausgleichern, deren Funktionsweise entweder auf der Ableitung überschüssiger Ladeleistung (sogenannte passive Balancer, die direkte Energieverluste erzeugen) oder auf der selektiven Wiederaufladung von Elementen (der Ausgleich erfolgt nur während des Ladevorgangs) basiert. Maximaler Ausgleichsstrom SBB2-12-A– 5A, was die Fähigkeiten aller alternativen Geräte auf dem Markt übertrifft.

Die Wirkung der Verwendung eines Ladungsausgleichers:

1) Verbesserte Gesamtzuverlässigkeit und eine längere Akkulaufzeit.

2) Erhöhte Energieausbeute Batterie, weil Bei tiefentladenen Batterien wird die Kapazität aller Batterien in einer Reihenschaltung besser ausgenutzt.

SBB-Balancer arbeiten kontinuierlich und halten die Batterien auch bei ausgeschaltetem Ladegerät im ausgeglichenen Zustand.

Anschlussplan

Anschlussplan für einen Wasserwaage (Balancer) an eine 24V- und 48V-Batterie.

Nachfolgend finden Sie die Ladezustands-Anschlussdiagramme SBB2-12-A zu Bleisäure wiederaufladbare Batterien 12 V in Batterien mit 24 V und 48 V.

Schema 1. 24-V-Batterie aus zwei 12-V-Batterien	Schema2. 48-V-Batterie aus vier 12-V-Batterien

Anschließen einer Wasserwaage (Balancer) an eine Batterie aus mehreren Parallelschaltungen.

Es ist erlaubt, einen Ladungsausgleichsausgleicher SBB an 2-3 parallelen Batteriesträngen zu betreiben – wenn das Ungleichgewicht gering ist und der maximale Ausgleichsstrom nicht überschritten wird. Das separate Auswuchten jeder Kette führt aufgrund der Selektivität der Korrekturmaßnahme zu besseren Ergebnissen.

Bei Verwendung einer Ebene für mehrere Stromkreise ist es erforderlich, ein Diagramm zum Anschluss von Batterien an DC-Busse und zum Anschluss von Mittelpunkten zu verwenden (Schema 3).

Wenn Sie in jeder Kette eine separate Ebene verwenden, können Sie das übliche Batterieanschlussschema verwenden (Schema 4).

Als Beispiel betrachten wir die klassische Batterie des deutschen Konzerns Hawker GmbH – Perfect Plus. Die Pflege der Batterie ist kein Problem. Sie müssen lediglich die Anweisungen genau befolgen und innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens eine Reihe von Vorgängen durchführen, damit der von Ihnen gekaufte Akku möglichst lange funktioniert und Sie dadurch Geld sparen.

Besondere Eigenschaften von Bleibatterien:

Die Kapazität beträgt 5 Stunden, d.h. Die Nennkapazität kann durch Entladen erreicht werden Gleichstrom 5 Stunden lang, bis die Entladeschlussspannung bei der Anfangstemperatur von 30 °C auf 1,7 V/Zelle eingestellt ist.

Spannung Die Nennspannung einer Batterie beträgt 2 V. Die Nennspannungsstandards für Traktionsbatterien sind: 24 V, 48 V, 72 V, 80 V.

Die Betriebsspannung einer Traktionsbatterie hängt von der Größe des Entladestroms, dem Entladegrad und der Temperatur ab. Die angegebene Entladeschlussspannung für eine 5-stündige Entladung beträgt 1,7 V/Zelle.

Die Dichte des Elektrolyten beträgt im voll geladenen Zustand bei einer Temperatur von 30 °C 1,29 kg/l.

Haltbarkeit und Lebensdauer der Batterie. Unter Haltbarkeit versteht man das Ergebnis eines Langzeittests unter Laborbedingungen, bei dem der Akku in präziser Weise Lade-Entlade-Zyklen unterzogen wird. spezifisches Programm. Es sollte eine Mindestanzahl von Zyklen erreicht werden, die die Kapazität nicht unter 80 % ihres Nennwerts reduziert. Die entsprechende Vorgehensweise ist in DIN 43539 Teil 3 beschrieben.

Die tatsächliche Lebensdauer kann größer oder kleiner als die Haltbarkeit sein, da zahlreiche Betriebsfaktoren zu anderen Belastungen als unter Laborbedingungen führen.

Faktoren, die zu einer längeren Akkulaufzeit führen:

einwandfreie Betreuung und Service

normale Betriebstemperaturen (von 20 °C bis 40 °C)

perfekte Ladegeräte

Vermeiden Sie Tiefentladungen

rechtzeitige Fehlerbehebung

Auswirkungen, die zu einer Reduzierung der Lebensdauer führen:

häufige Tiefentladungen, d.h. Entfernung von mehr als 80 % der Nennkapazität

erhöhte Betriebstemperaturen (> 40 C) über längere Zeit

Laden mit unzulässig hohem Strom nach Erreichen der Gasungsspannung (2,4 V/Zelle)

Die Batterie befindet sich in einem entladenen Zustand

das Vorhandensein einer Verunreinigung, die in den Elektrolyten gelangt ist (z. B. Wasser zum Nachfüllen, das nicht den Anforderungen entspricht)

Überlastung oder Kurzschluss

Wartung und Pflege von Traktionsbatterien Allgemeine Betriebsregeln:

Lassen Sie den Akku niemals im entladenen Zustand, sondern laden Sie ihn sofort wieder auf.

Um eine optimale Lebensdauer zu erreichen, vermeiden Sie eine Entladung von mehr als 80 % der Nennkapazität; In diesem Fall sollte die Dichte des Elektrolyten nicht weniger als 1,13 kg/l (300 °C) betragen.

Um Tiefentladungen zu vermeiden, ist es notwendig, die Entladung von Fahrzeugbatterien zu überwachen.

Die Betriebstemperatur sollte 20 C – 40 C betragen.

Um Schäden an der Batterie zu vermeiden, darf die maximal zulässige Elektrolyttemperatur von 55 °C nicht überschritten werden.

Vor dem Laden und bei Zwischenladungen ist es erforderlich, den Behälterdeckel bzw. die Batterieverschlussvorrichtung abzunehmen bzw. zu öffnen. Schließen Sie das Gerät frühestens 1/2 Stunde nach Ende des Ladevorgangs.

Ladegeräte müssen der Batteriekapazität und der erforderlichen Ladezeit entsprechen.

Zum Nachfüllen ist ausschließlich destilliertes Wasser gemäß DIN 43530 Teil 4 zu verwenden; es dürfen keine Säuren oder Zusätze verwendet werden.

Batterieladung (täglicher Betrieb):

Sie müssen die Batterie trennen, indem Sie den Stecker aus der Steckdose ziehen. Entfernen Sie die Batterieabdeckung. Gleichzeitig bleiben die Stopfen geschlossen.

Überprüfen Sie den Elektrolytstand an der „Min“-Markierung.

Anschließend muss die Temperatur des Elektrolyten gemessen werden. Wenn die Temperatur 45 °C übersteigt, kühlen Sie ab.

Den Stecker anschließen. Schließen Sie bei Bedarf das Elektrolytmischsystem an (bei Steckern ohne integriertes Entlüftungssystem).

Schalten Sie das Ladegerät ein oder prüfen Sie, ob das Gerät eingeschaltet ist.

Starten Sie den Ladevorgang des Akkus.

Trennen Sie nach dem Laden das Ladegerät oder prüfen Sie, ob das Gerät ausgeschaltet ist, und trennen Sie dann den Akku vom Ladegerät. Überprüfen Sie ggf. die Endergebnisse.

Bei unzureichender Ladung oder nach einer Tiefenladung führen Sie eine Ausgleichsladung durch.

Reinigung (tägliche Arbeit):

Schmutz und Staub, der sich während des Betriebs auf der Oberfläche der Elemente ansammelt, müssen je nach Bedarf und Betrieb der Batterie entfernt werden (Lappen, Nassdampf von 100 °C bis 150 °C, Verwendung eines Schlauchs mit Düse).

Wasser nachfüllen (wöchentliche Arbeit):

Es ist auch notwendig, den Elektrolytstand zu überwachen. Mindestens einmal pro Woche. Wenn keine automatische Nachfüllung erfolgt, füllen Sie am Ende des Ladevorgangs gereinigtes Wasser nach DIN 43530 Teil 4 auf.

Nach dem Laden ist es notwendig, den Elektrolytstand in allen Zellen zu überprüfen und mit destilliertem Wasser aufzufüllen.

Es ist außerdem erforderlich, einmal pro Woche eine Ausgleichsladung durchzuführen.

Spannung, Dichte und Temperatur (monatliche Arbeit):

Einmal im Monat müssen Arbeiten durchgeführt werden, um alle Elemente auf gleichmäßige Gasemission zu überprüfen.

Nach Abschluss der Ladung bzw. Ausgleichsladung sollten Säuredichte und Temperatur gemessen und Abweichungen von den Normwerten gezielt in das Batterieflussdiagramm eingetragen werden.

Wenn signifikante Unterschiede zwischen Elementen festgestellt wurden, sollten diese Elemente separat untersucht werden.

Außerdem müssen Spannung, Dichte und Temperatur der Elemente gemessen werden.

Halbjährlich und jährlich durchgeführte Arbeiten: .

Überprüfen Sie die korrekte Funktion des Ladegeräts, zunächst den Ladestrom zu Beginn der Gasentwicklung (2,4 V/Zelle) und am Ende des Ladevorgangs.

Überprüfen Sie den Stecker und die Steckvorrichtung.

Kleinere Schäden an der Behälterisolierung (Auftragsschicht) sofort nach Entfernen bzw. Neutralisieren von Säurespuren beheben (Herstellerempfehlungen beachten).

Der Isolationswiderstand der Batterien gegenüber Erde ist nach DIN 43539 Teil 1 bei geöffnetem äußeren Stromkreis zu messen.

Isolationswiderstand messen: 50 Ohm pro Volt Nennspannung.

Reinigen Sie die Batterie, wenn der Isolationswiderstand schlecht ist.

Lagerung

Wenn die Batterien längere Zeit nicht verwendet werden sollen, sollten sie vollständig geladen in einem trockenen Raum bei einer Temperatur über 0 C gelagert werden.

Um die Betriebsbereitschaft des Akkus aufrechtzuerhalten, sollten folgende Lademodi verwendet werden:

Monatliche Ausgleichsgebühr

Erhaltungsladung bei Ladespannung 2,23 V x Zellenzahl (30 C)

Wie vermeidet man Schäden und Unfälle?

Um Schäden, Kurzschlüsse und Funkenbildung zu vermeiden, legen Sie keine Metallgegenstände oder Werkzeuge auf Batterien.

Transportieren Sie Batterien nur mit geeigneten Hebezeugen (gemäß VDE 3616).

Beim Umgang mit Batterien sind die einschlägigen Sicherheitsvorschriften sowie DIN VDE 0510 und VDE 0105 Teil 1 zu beachten.

Haltbarkeit

Der Einfluss der Lagerzeit auf die Batterielebensdauer sollte berücksichtigt werden. Es ist zu beachten, dass richtig ausgewählte Hebevorrichtungen eine Verformung des Batteriegehäuses verhindern und somit die Behälterbeschichtung schützen. Hebevorrichtungen müssen zur Geometrie der Batterie passen.

Die Rede ist von Batterien, die in Bereichen mit erhöhter Explosionsgefahr eingesetzt werden. Während des Ladevorgangs und der anschließenden Entgasung müssen die Batteriegehäusedeckel geöffnet sein, damit das entstehende explosionsfähige Gasgemisch bei ausreichender Belüftung seine Zündfähigkeit verliert.

• Führen Sie eine äußere Inspektion der Batterie durch. Die Oberseite der Batterie und die Polanschlüsse müssen sauber und trocken sowie frei von Schmutz und Korrosion sein.
• Befindet sich Flüssigkeit auf der Oberseite/der überfluteten Batterien, kann dies ein Hinweis darauf sein, dass sich zu viel Flüssigkeit in der Batterie befindet. Befindet sich Flüssigkeit auf der Oberfläche einer GEL- oder AGM-Batterie, ist die Batterie überladen und ihre Leistung und Lebensdauer wird reduziert.
• Batteriekabel und Anschlüsse prüfen. Ersetzen beschädigte Kabel. Lockere Verbindungen festziehen.

Reinigung

• Stellen Sie sicher, dass alle Schutzkappen fest am Akku befestigt sind.
• Reinigen Sie die Oberseite der Batterie, die Anschlüsse und Anschlüsse mit einem Lappen oder einer Bürste und einer Lösung aus Backpulver und Wasser. Achten Sie darauf, dass keine Reinigungslösung in den Akku gelangt.
• Mit Wasser abspülen und mit einem sauberen Tuch trocknen.
• Tragen Sie eine dünne Schicht Vaseline oder Polschutzmittel auf, das Sie bei Ihrem örtlichen Batterielieferanten erhalten.
• Halten Sie den Bereich um die Batterien sauber und trocken.

Wasser hinzufügen (NUR Batterien mit flüssigem Elektrolyt)

Es ist verboten, Gel- oder AGM-Batterien Wasser hinzuzufügen, da diese während des Betriebs kein Wasser verlieren. Überfluteten Batterien muss regelmäßig Wasser nachgefüllt werden. Die Häufigkeit des Nachfüllens hängt von der Art der Batterienutzung und der Betriebstemperatur ab. Neue Batterien sollten alle paar Wochen überprüft werden um die Häufigkeit des Nachfüllens von Wasser für eine bestimmte Anwendung zu bestimmen. Mit zunehmendem Alter müssen Batterien in der Regel häufiger nachgefüllt werden.

• Laden Sie den Akku vollständig auf, bevor Sie Wasser hinzufügen. Füllen Sie entladene oder teilweise geladene Batterien nur dann mit Wasser auf, wenn die Platten sichtbar sind. Geben Sie in diesem Fall gerade so viel Wasser hinzu, dass die Platten bedeckt sind, laden Sie dann den Akku auf und fahren Sie mit dem unten beschriebenen Wassernachfüllvorgang fort.
• Entfernen Sie die Schutzkappen und drehen Sie sie um, um zu verhindern, dass Schmutz auf die Innenfläche gelangt. Überprüfen Sie den Elektrolytstand.
• Liegt der Elektrolytstand deutlich über dem der Platten, ist die Zugabe von Wasser nicht erforderlich.
• Wenn der Elektrolytstand die Platten kaum bedeckt, füllen Sie destilliertes oder entionisiertes Wasser bis zu einem Füllstand von 3 mm unter der Entlüftungsöffnung auf.
• Bringen Sie nach dem Einfüllen von Wasser die Schutzkappen wieder an der Batterie an.
• Leitungswasser kann verwendet werden, wenn der Verschmutzungsgrad in akzeptablen Grenzen liegt.

Ladung und Ausgleichsladung

Aufladung

Das richtige Laden ist äußerst wichtig, um die Batterie optimal zu nutzen. Sowohl eine Unter- als auch eine Überladung eines Akkus kann seine Lebensdauer erheblich verkürzen. Informationen zum ordnungsgemäßen Aufladen finden Sie in der dem Gerät beiliegenden Anleitung. Die meisten Ladegeräte sind automatisch und vorprogrammiert. Bei einigen Ladegeräten kann der Benutzer die Spannungs- und Stromwerte einstellen. Siehe Ladeempfehlungen in der Tabelle.

• Stellen Sie sicher, dass das Ladegerät je nach verwendetem Batterietyp auf das richtige Programm für Nass-, Gel- oder AGM-Batterien eingestellt ist.
• Der Akku muss nach jedem Gebrauch vollständig aufgeladen werden.
• Blei-Säure-Batterien (Nass-, Gel- und AGM-Batterien) haben keinen Memory-Effekt und müssen daher vor dem Aufladen nicht vollständig entladen werden.
• Der Ladevorgang sollte nur in gut belüfteten Bereichen durchgeführt werden.
• Überprüfen Sie vor dem Laden den Elektrolytstand, um sicherzustellen, dass die Platten mit Wasser bedeckt sind (nur Nassbatterien).
• Stellen Sie vor dem Laden sicher, dass alle Schutzkappen fest am Akku angebracht sind.
• Batterien mit flüssigem Elektrolyt geben vor Abschluss des Ladevorgangs Gase (Blasen) ab, um sicherzustellen, dass der Elektrolyt richtig gemischt wird.
• Laden Sie einen gefrorenen Akku nicht auf.
• Bei Temperaturen über 49 °C sollte das Laden vermieden werden.

Schema 4

Schema 4 und 5

Ausgleichsladung (NUR für Nassbatterien)

Eine Ausgleichsladung ist eine Batterieüberladung, die bei Nassbatterien durchgeführt wird, nachdem diese vollständig aufgeladen sind. Trojan empfiehlt, eine Ausgleichsladung nur dann durchzuführen, wenn die Batterien ein niedriges spezifisches Gewicht (weniger als 1,250) oder ein spezifisches Gewicht haben, das innerhalb eines weiten Bereichs (0,030) schwankt, nachdem die Batterie vollständig aufgeladen ist. Führen Sie keine Ausgleichsladung für GEL- oder AGM-Batterien durch.

• Sie müssen darauf achten, dass es sich bei der Batterie um eine Nassbatterie handelt.
• Überprüfen Sie vor Beginn des Ladevorgangs den Elektrolytstand und stellen Sie sicher, dass die Platten mit Wasser bedeckt sind.
• Stellen Sie sicher, dass alle Schutzkappen fest am Akku angebracht sind.
• Stellen Sie das Ladegerät auf den Ausgleichslademodus ein.
• Während des Ausgleichsladevorgangs wird in den Batterien Gas freigesetzt (Blasen steigen an die Oberfläche).
• Messen Sie stündlich das spezifische Gewicht. Die Ausgleichsladung sollte gestoppt werden, wenn das spezifische Gewicht nicht mehr ansteigt.

AUFMERKSAMKEIT! Es ist verboten, bei Gel- oder AGM-Batterien eine Ausgleichsladung durchzuführen.

Wunderbare Ladegeräte, Desulfatoren, Equalizer, und Sie wissen, dass das, was viele ihnen aus Unwissenheit zuschreiben, mit einem einfachen Wort als Ladealgorithmus bezeichnet wird. Ich rede schon lange darüber und doch höre ich immer mehr wunderbare Geräte und wunderbare Geschichten über solche Geräte. Es ist seltsam, warum ich, ein gewöhnlicher Ingenieur, nach nur einem Monat der Beobachtung diese Algorithmen zum Ausdruck bringe und darüber spreche, und es stellt sich heraus, dass sie mit anderen Arten von Geräten übereinstimmen können. Das heißt, der Algorithmus des Equalizers und beispielsweise der Ladealgorithmus oder der Ladealgorithmus eines Wechselrichters mit Ladungsausgleichswirkung können miteinander übereinstimmen.

Achtung: Hier meine und sage ich nicht, dass sie identisch sind, da es in den meisten Fällen von jedem unabhängig von Grund auf vervollständigt oder in den Körper des MP-Mikroprogramms geschrieben werden kann. Die Formen der Impulse und das Timing der Impulse sowie die Impulse von Spannungs- und Stromänderungen können unterschiedlich sein und einen anderen Zeitbereich haben. Aber oft, in 50 % der Fälle, können sie ähnlich sein. Wenn nicht nach der Zeit, dann nach Signalformen, wenn nicht nach Signalform, aber nahe daran.

Damit verlässt sich jeder Hersteller auf seine eigenen Beobachtungen und Daten.

Diese Methode selbst funktioniert also für den Speicher, den Equalizer und den Wechselrichterspeicher. Ein sehr nützliches Mikroprogramm, das es der Batterie ermöglicht, mindestens 50 % länger zu halten, aber es besteht eine Chance von 10 %, ihre Lebensdauer zu verlängern.

Im Allgemeinen erzählen und glauben viele Menschen immer noch Märchen, wenn die Batterie ausfällt. Sie kaufen Geräte wie die oben beschriebenen und warten auf ein Wunder. Aber leider stellt dieses Gerät nichts wieder her und stellt auch nichts wieder her. Seine Aufgabe besteht darin, die Batterieprävention in Echtzeit durchzuführen. Gerade durch diese Vorbeugung beginnen sich die Akkus stabiler zu verhalten, sie entladen sich beispielsweise nicht, wenn in Reihe geschaltet ist, einer überladen ist und der andere nicht vollständig geladen ist.

Es heißt, es sei besser, rechtzeitig vorzubeugen, als später zu versuchen, die Folgen zu beseitigen.

Ja, ich habe genug Märchen über diese Wundergeräte gehört, ich habe 4 Jahre lang meine Statistiken gesammelt und schließlich kam alles zusammen. Natürlich werden beim Zerlegen des Geräts definitiv die ersten Punkte sichtbar, und das Vorhandensein einer Drossel oder Wattwiderstände weist darauf hin, dass Ablagerungen vorliegen. Das heißt aber nicht, dass ein Akku entladen werden soll, während der andere geladen wird, das ist völliger Unsinn :)

Denn die Aufgabe dieser Geräte besteht darin, die Spannung der Batteriebänke auszugleichen, von denen es bei einer 12-Volt-Batterie 6, bei einer Alkaline-Batterie 10 und bei einer 24-Volt-Batterie dementsprechend doppelt so viele gibt und so weiter.

Ehrlich gesagt dachte ich zuerst, dass dieses Gerät einen geladenen Akku entlädt, aber nachdem ich mir die Ergebnisse im zweiten Jahr angesehen hatte, habe ich es aufgegeben. Das Prinzip ähnelt einem Desulfator, die Algorithmen sind jedoch unterschiedlich. Im Allgemeinen werde ich es in Zukunft ausgraben und einen vollständigen Test durchführen. Niemand hat mir das Gerät gegeben und es wurde aus persönlichen Mitteln gekauft, und das ist meine Meinung. Mehr Informationen, immer genauere Daten. Fakt ist aber, dass sie nicht mehr mit der Meinung der Mehrheit übereinstimmen – das steht fest.