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Batteriemanagement

Autarke Stromspeicher

22. August 2014, 11:47 Uhr | Von Gernot Hehn

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Batteriemanagement verlängert Lebenszeit

Ein Akkumanagement verlängert das Leben jedes Akkusystems. Bei LFP-Zellen ist es aber unabdingbar, da sie auf Überschreiten der Betriebsparameter, etwa Überladung, zu tiefe Entladung, zu hohe oder zu tiefe Temperaturen oder Kurzschlüsse, sehr heftig reagieren. Passiert so etwas, kann das je nach Grad der Misshandlung nur die Lebensdauer verkürzen oder sogar dazu führen, dass die Batterie Feuer fängt. Man sollte daher eine solche Zelle stets innerhalb ihrer Betriebsparameter halten, und – wenn das nicht möglich ist – wenigstens die Last abklemmen.

Die oben genannten Gesichtspunkte erfordern eine Schaltung, die die physikalischen Parameter des Akkus ständig überwacht und ihn vor Schaden bewahrt. Diese Schaltung muss folgende Einzelaufgaben erledigen:

1) Aufgaben einer klassischen Ladeschaltung oder eines Wechselrichters (sofern Ladespannung und -strom einstellbar sind):

Die Spannung der gesamten Batterie messen,
den Stromfluss zur oder von der Batterie messen sowie
die Batterie abklemmen, wenn die Werte den zulässigen Bereich verlassen.

2) Funktionen, die zum Betrieb von Lithiumzellen zusätzlich nötig sind:

Die Spannungen der Einzelzellen messen,
den Ladezustand zwischen den Einzelzellen einer Batterie ausgleichen,
die gemessenen Werte mit den vom Hersteller spezifizierten Maximalwerten vergleichen und alle Abweichungen an den Wechselrichter melden,
bei Werten außerhalb der Spezifikation Batterie abklemmen.

3) Nützliche Zusatzfunktionen:

Die Batteriespannung mit der Summe der Zellenspannungen vergleichen und prüfen, ob die Summe plausibel ist,
die Temperatur der Batterie messen,
den Batteriestatus nach außen melden.

Bild 1 zeigt eine typische Solarinstallation. Die klassischen Bauteile sind blau dargestellt, das zusätzliche Batteriemanagement gelb. Ladeschaltung und MPPT (Maximum Power Point Tracker) sind verantwortlich für die passende Belastung der Solarzellen, so dass sie ein Maximum an Ausgangsleistung abgeben, und wandeln deren Ausgangsspannung in die optimale Spannung fürs Laden der Batterie.

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Bei modernen Geräten kann man die Ladeparameter wie Maximalwerte für Ladestrom und Ladespannung einstellen, daher kann man sie an LFP-Zellen anpassen. Sinngemäß genauso kann man die meisten Wechselrichter auf die entsprechenden Parameter einstellen.

Dieser Teil des Batteriemanagements ist also bereits vorhanden. Was noch gebraucht wird, ist ein System, das die unter 2) genannten Funktionen abdeckt, dazu Probleme mit Einzelzellen an Ladeschaltung und Wechselrichter meldet oder zumindest die Batterie abklemmen kann, um sie vor weiterem Schaden zu bewahren.

Fehlt noch ein Bauteil für die nützlichen Zusatzfunktionen. Der AS8506 von ams dient zur Zellüberwachung und sorgt für einen Ladungsausgleich zwischen den Zellen. Er arbeitet völlig autonom, sprich: er benötigt keinen Mikrocontroller und somit auch keine zusätzliche Software. Daher kann man ihn einfach in bestehende Lösungen integrieren. Ein genauerer Blick zeigt, wie ein Batteriemanagement mit einem AS8506 für 24 V oder zwei AS8506 für 48 V und einigen wenigen preisgünstigen Bauteilen den gesamten, für diesen Fall nötigen Funktionsumfang bereitstellt.