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Spannungsausgleich
Verhindert Spannungsspitzen beim Einschalten
LiFeYPo-100Ah
komplett verkabelt
Akkusteuerung-komplett
realisiert mit Bi-stabilem Relais
Akku 160 Ah
mit 2 Temperaturfühlern
Batteriemanagement
aktiv, d.h. verlustfrei und mit Temperaturüberwachung und -steuerung
Akkuzelle
LiFePO4, 3.2V, 200Ah
Batteriecomputer
Touchscreen - alle relevanten Werte

ist bei allen Akkus, die aus mehr als einer Zelle bestehen, wichtig, um die volle Kapaizät eines Akkus ausnutzen zu können.

Auch Blei-Säure Akkus haben einen Zellspannungsausgleich, wenngleich hiervon sehr wenig geschrieben wird.

Prinzipiell sind Blei-Akkus recht tolerant hinsichtlich Überladung und Tiefentladung. Weichen Zellspannungen voneinander ab, führt das zunächst zum Überladen der Zelle mit der höheren Zellspannung. Diese überschüssige Spannung wandelt sich dann innerhalb des Akkus in Wärme um, was zum Gasen führt. Die Zelle mit der geringeren Zellspannung verhält sich nicht so, und erreicht dann -je nach Allgemeinzustand- ihre Nennspannung (irgendwann) ebenso. Somit steht dann am Ende des Ladezyklus für das gesamte Zellpaket wieder eine Spannung oberhalb der Nominalspannung (z.B. 13,7V) zur Verfügung.

Diese Art Zellspannungsausgleich wird als "natürlicher passiver Zellspannungsausgleich" bezeichnet. Man liest auch von natürlichem passiven "Balancing", wobei das Wort balancing eher den Eindruck erweckt, es handele sich um einen forcierten Prozess, was es jedoch nicht ist.

Eine Verfeinerung dieses natürlichen passiven Balancings wird durch die verschiedenen Ladekennlinien für die unterschiedlichen Blei-Akkutypen erreicht.

Es gibt noch weitere, jedoch wesentlich kompliziertere Zellausgleich-Verfahren, die jedoch für den hier behandelten Einsatzbereich absolut nicht relevant sind.

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Zellspannungsausgleich bei LiFePo4-Akkus

Bei LiFePo4-Akku funktioniert dieses -vermeintlich- einfache Verfahren nicht, hier müssen zusätzlich so genannte Balancer verwendet werden. Aufgrund dieses Umstandes, benötigt ein LiFePo4-Akku-Ladegerät allerdings auch keine spezielle Ladekennlinie.

Am weitesten verbreitet sind hier die so genannten "Passiv-Balancer", die einen Zellspannungsausgleich wirklich forcieren, sobald die Ladeschlussspannung nahezu erreicht ist. Die Installationsweise dieser passiven Balancer kann durchaus unterschiedlich sein, die Wirkungsweise ist jedoch bei allen "Passiv-Balancern" nahezu identisch:

Sobald die Nennspannung einer Zelle nahezu erreicht ist, wird ein Widerstand, der parallel zur Zelle geschaltet ist, zugeschaltet, was dafür sorgt, dass die Spannung, mit der diese Zelle beaufschlagt wird, begrenzt ist, während die Zellen mit niedrigerer Spannung weiterhin normal weitergeladen werden.

Diese Passiv-Balancer haben jedoch zwei gravierende Nachteile, zum Einen wird wertvolle Energie am Widerstand in Wärme umgewandelt, zum Anderen können diese nur während des Ladezyklus arbeiten, und das auch nur gegen Ende des Ladezyklus.

Es ist auch durchaus technisch möglich einen passiven Zellspannungsausgleich während des Entladens herbeizuführen, indem über die parallelgeschalteten Widerstände einzelne Zellen stärker entladen werden, dies ist aber ineffizient und recht ungenau, da sich der wirkliche Ladezustand einer Zelle mit diesen einfachen Schaltungen nur einigermaßen verlässlich bestimmen lässt, wenn diese voll oder leer ist. Alles was sich dazwischen befindet ist mittels dieser einfachen Anordnung nicht sicher ermittelbar.

Um einen wirklich effizienten Zellspannungsausgleich zu erreichen, ist es erforderlich, auf ein "Aktiv-Balancing System" zurückzugreifen. Die Wirkungsweise dieser Systeme ist wesentlich komplexer, und der Aufbau solcher Systeme aufwändiger und auch etwas kostenintensiver, als beim passiven Ausgleich.

Dieser erhöhte Aufwand rechtfertigt sich allerdings durch die wesentlich größere Bandbreite, in der ein Zellspannungsausgleich stattfinden kann, und durch den Umstand, dass Energie hier nicht vernichtet, sondern umgeleitet wird, nämlich von Zellen höherer Ladung zu Zellen niedrigerer Ladung. Ganz verlustfrei geschieht dies zwar auch nicht, jedoch sind diese Verluste wesentlich geringer und somit vernachlässigbar.

Darüberhinaus können die höherwertigen Systeme den Ladezustand der einzelnen Zellen auch zuverlässig in den Zwischenbereichen ermitteln, und nicht nur bei ganz leerer oder ganz voller Zelle. Damit kann dann ein Zellspannungsausgleich auch in Zwischenphasen stattfinden, auch bei Entladung. So kann man also davon ausgehen, zu jedem Zeitpunkt möglichst gut balancierte Akkus zu haben, die, bezogen auf den Ladezustand, die größtmögliche Kapazität zur Verfügung stellen.

Der Kostenunterschied zwischen aktiven und passiven Balancersystemen ist zwar vorhanden, allerdings bringt ein modernes aktives System auch erhebliche Vorteile, zumal die Komponenten Balancer/Batteriemanagement integriert und somit optimal aufeinander abgestimmt sind.

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