Das Batteriemanagementsystem überwacht den Zustand von Akkumulatoren und kontrolliert deren Ladung und Entladung. Das Balancing stellt sicher, dass einzelne Akkuzellen einer Batterie nicht überladen oder tiefentladen werden, um so die sichere Nutzung der Akkus zu gewährleisten. Mehr Wissenswertes zum Balancing erfahren Sie bei Türkiye Elektrik.
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Batteriemanagementsysteme
Um Akkus sicher und effizient nutzen zu können, sind in zahlreichen modernen Geräten – von Handys über Akkuwerkzeuge bis hin zu Elektroautos – sogenannte Batteriemanagementsysteme (BMS) verbaut. Diese BMS überwachen den Akku, kontrollieren seinen Ladezustand und steuern den Ladevorgang. Sie schützen den Akku damit vor Schäden durch Tiefentladung oder Überladung. Das Wort „Batterie“ bezieht sich hierbei auf eine Reihenschaltung mehrerer Akkumulatoren.
Die einfachste Form eines Batteriemanagementsystems ist der Laderegler, der den Ladestand des Akkus beim Aufladen überwacht und somit ein Überladen verhindert. Besonders bei der Reihenschaltung mehrerer Akkus, etwa in der Traktionsbatterie eines Elektroautos, sind jedoch ausgeklügelte BMS von Bedeutung. Neben dem Ladestand kontrollieren sie zum Beispiel auch die Temperatur des Akkus und beheizen oder kühlen ihn nach Bedarf, um Schäden zu verhindern.
Passives und aktives Balancing
Eine zentrale Bedeutung hat das Batteriemanagement aber vor allem beim Laden und Entladen von in Reihe geschalteten Akkus. Grundsätzlich werden zwar nur Akkumulatoren des gleichen Typs, also mit gleichen Eigenschaften und gleicher Kapazität, gemeinsam verwendet. Aufgrund kleiner Unterschiede, die sich bei der Fertigung und während der Nutzung einstellen, können sich die einzelnen Akkuzellen aber dennoch ein wenig voneinander unterscheiden. Dann kann sich zum Beispiel eine Zelle etwas schneller oder langsamer als die anderen entleeren. Beim schnelleren Entleeren kann es zur Tiefentladung kommen, während die anderen Zellen noch über eine Restladung verfügen. Eine derartige Tiefentladung kann die Zelle beschädigen oder sogar dauerhaft unbrauchbar machen, was die Kapazität der gesamten Batterie verringert. Bei einer langsameren Entladung hat die Zelle zu Beginn des Ladevorgangs noch mehr Energie als die anderen Zellen. Sie kann dann beim Aufladen überladen werden, was vor allem bei Lithium-Ionen-Akkus die Gefahr eines Brands steigert.
Um solche Tiefentladungen oder Überladungen zu verhindern, wird ein Balancer eingesetzt, der meist als Teil des BMS den Ladevorgang überwacht. Ist eine Akkuzelle vorzeitig geladen, wird ihre weitere Ladung verhindert. Beim Entladen können verstärkt Zellen mit mehr gespeicherter Energie genutzt werden. Diese Steuerung einzelner Zellen heißt „passives Balancing“.
Im Gegensatz dazu steht das „aktive Balancing“, bei dem mithilfe von Kondensatoren und elektrischen Spulen Energie von einer Zelle in eine andere übertragen wird. Systeme für das aktive Balancing sind aufwendiger und teurer als passive Systeme, erzielen dafür aber auch einen höheren Wirkungsgrad, da keine Energie zum Beispiel durch Wärmeentwicklung in einem Widerstand verloren geht. Sie kommen daher vor allem bei großen Batterien wie Traktionsbatterien oder auch bei Batterie-Speicherkraftwerken zum Einsatz. Solche Batteriespeicher nehmen überschüssigen Strom, zum Beispiel von einer Solar- oder Windkraftanlage, auf. Damit machen sie diese Energieformen unabhängig von Tageszeit und Witterungsbedingungen und leisten einen wichtigen Beitrag zur Energiewende.
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