Die Fachbegriffe eines Akku-Designers (Part 1)
In der Welt eines Akku Designers werden immer mehr Fachbegriffe aus den Technikerschubladen geholt. Wir versuchen im folgenden Blogbeitrag einen Großteil der Fachbegriffe zu nennen und zu erklären.
Lithium Zelle
Abbildung 1: Vergleich der Zellenformen (Flachbauweise – links, Zylinderbauweise – rechts)
Eine der am häufigsten verwendeten Zellen ist die 18650 Rundzelle. Diese Zelle ist durch eine nominelle Spannung von 3,7 V gekennzeichnet und ist circa 18,5mm im Durchmesser und 65mm hoch. Am Markt sind diese Zellen von den unterschiedlichsten Herstellern in verschiedenen Kapazitäten erhältlich. Diese Zellen sind nicht nur in Fahrrad- oder Moped-Akkus verbaut, sondern auch in Elektroautos und sogar in E-Zigaretten und E-Zahnbürsten.
Abbildung 2: Range-Extender Cell 3.5Ah, Hochstromzelle 2.5Ah, Standardzelle 2.1Ah
Batteriemanagementsystem – BMS
Erst das Batteriemanagementsystem verwandelt ein Akkupaket zu einem vollwertigen Akku. Die wichtigsten Funktionen eines BMS sind der:
- Schutz vor Überspannung, damit der Akku nicht über die maximale Kapazität beladen wird.
- Schutz vor Unterspannung damit der Akku nicht unter die Entladeschlussspannung fällt. Wird ein Akku unterhalb dieser Spannungsgrenze weiter entladen, treten irreversible Prozesse innerhalb der Zelle selbst auf. So ein Verhalten verursacht eine starke Reduktion der Lebensdauer eines Akkus.
- Schutz vor zu hohen beziehungsweise zu niedrigen Temperaturen.
- Schutz vor einem Zellendrift. Beim Zellendrift Laden und Entladen sich die Einzelzellen ungleichmäßig wodurch diese unterschiedlich belastet werden. Das Zellen-Balancing sorgt dafür, dass jede Zelle gleichmäßig aufgeladen wird.
- Schutz des Akkupakets im Kurzschluss. Bei einem Kurzschluss schaltet das BMS innerhalb von 2 bis 500 ms ab.
Seriell und Parallelverbindung
Eine Verbindung mehrerer Einzelzellen kann entweder seriell oder parallel aufgebaut werden. Eine serielle Verbindung ist in Abbildung 3 ersichtlich. In diesem Szenario werden sieben Einzelzellen in Serie angeschlossen, wodurch die nominelle Spannung zwischen erster und letzter Zelle 25,9 V beträgt. In Abbildung 4 wird eine Parallelverbindung von fünf Einzelzellen dargestellt. Die gesamte Kapazität einer solchen Verbindung ergibt sich aus der Kapazität einer Einzelzelle mal der Anzahl der verbundenen Zellen.
Abbildung 3: Serielle Verbindung
Abbildung 4: Parallele Verbindung