Wie funktioniert und wirkt Active Balancing

Passives Balancing war gestern

Lithiumzellen benötigen aufgrund ihrer chemisch-physikalischen Eigenschaften ein Batterie-Management-System (BMS), um die maximale Zellkapazität nutzbar zu machen und alle Zellen einer Batterie auf gleichem Spannungsniveau zu halten. Fast alle BMS für Li-Batterien nutzen dafür passives Balancing. Dabei wird überschüssige Energie einzelner voller Zellen in Wärme verschwendet, um andere Zellen auf den gleichen Ladezustand zu bringen. Der Wirkungsgrad des passiven Balancing beträgt damit 0%! Über die Betriebsjahre driften die Einzelzellen in ihren Eigenschaften auseinander. Wie in einer Kette das schwächste Glied die Belastbarkeit definiert, ist auch im Zellverband einer Batterie die schwächste Zelle für die immer weiter sinkende Kapazität verantwortlich.

Soweit zum Stand der Technik…

Leistungssteigerung durch Active Balancing

Und jetzt kommt die Zukunft zu Ihnen nach Hause! Unser eigenentwickeltes BMS LiTerminal nutzt Active Balancing. Hier werden die Ladezustände aller Zellen einer Batterie permanent untereinander ausgeglichen, d.h. die Energie der etwas volleren Zellen wird zum Laden der weniger vollen genutzt. Der Wirkungsgrad des Balancing steigt damit auf über 92%, gegenüber 0% beim passiven Balancing. Gleichzeitig erhöht aktives Balancing die Lebensdauer der Li-Zellen um über 30%, denn die Zellen driften in ihren Eigenschaften über die Jahre kaum mehr auseinander. Ein weiterer positiver Nebeneffekt ist die erhöhte Energieausbeute aus der geladenen Batterie: Bei passivem Balancing sollte die Entladetiefe (DoD) 70% nicht überschreiten, um eine lange Haltbarkeit der Batterie zu ermöglichen. Mit unserem aktiven Balancing sind ohne Einbuße der Lebensdauer 90% DoD und mehr möglich, also über 20% mehr Energie bei gleicher Nennkapazität.

Die erste internetfähige Batterie

LiTerminal ermöglicht außerdem die Kommunikation zwischen Batterie und Wechselrichter über CAN-Schnittstellen für gängige Wechselrichter, sowie die Fernüberwachung der Batterie per Internet unabhängig vom Wechselrichter. Hier werden für jede Batterie und jede Zelle einer Batterie alle relevanten Daten wie Spannung, Ladezustand, Temperatur etc. protokolliert und ausgewertet. Damit ist es z. B. möglich, eine einzelne frühzeitig gealterte Zelle einer Batterie zu identifizieren und deren prophylaktischen Austausch zu veranlassen und so einen möglichen Ausfall des Systems zu vermeiden.

LiCell - die Hochleistungszelle

Auch bei den Lithiumzellen setzen wir uns vom marktüblichen Standard - Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4) - ab und verwenden Lithium-Eisen-Mangan-Phosphat (LiFeMnPO4). Die Dotierung mit Mangan erhöht Lebensdauer und Leistung der Zellen. Die Konzeption und Zellchemie unserer Li-Zellen gilt als eigensicher, d.h. die Zellen können im Problemfall nicht brennen. Die Akkus von Laptops und Mobiltelefonen sind übrigens mehrheitlich nicht eigensicher!

Lithium-Zellen sind fast komplett wiederverwendbar und enthalten im Gegensatz zu Bleibatterien keine umweltgefährlichen Stoffe.

Labortest beweist Haltbarkeit

In Kooperation mit der Hochschule Ansbach wurden die von uns bis dahin verwendeten LiFeYPO4-Zellen einem Extrem-Test unterzogen. Die Zellen wurden dabei ca. 33 mal pro Tag auf 70% DoD entladen bei 1C Lade-/Entladestrom. Nach 10.000 Zyklen wurde der Test erfolgreich beendet. Die Ergebnisse bestätigen eine überaus hohe Belastbarkeit, Zuverlässigkeit und die enorme Qualität der für unsere Speicher verwendeten Zellen.

Gleichwertig zu LiFeYPO4-Zellen sind die LiFeMnPO4-Zellen. Eine Dotierung mit Mn erhöht die Lebensdauer ebenfalls. Beide Zellentypen sind vergleichbar.