Akkutechnologien

Was Sie schon immer über Lithium-Ionen-Akkus wissen wollten

06.06.13 | Autor / Redakteur: Rudolf Sosnowsky * / Thomas Kuther

Das Batterie-Management-System: Seine Sicherheitsfunktionen sorgen für einen störungsfreien Betrieb des Akkupacks
Das Batterie-Management-System: Seine Sicherheitsfunktionen sorgen für einen störungsfreien Betrieb des Akkupacks (Bild: HY-LINE)

Immer mehr Geräte werden mit Li-Ion-Akkus betrieben – aber das Design anwendungsspezifischer Akkus ist für viele Entwickler dennoch ein Buch mit sieben Siegeln. Wir erklären, worauf es dabei ankommt.

Lithium-Ionen-Akkus weisen im Gegensatz zu Nickel-Metall-Hydrid- oder Nickel-Cadmium-Zellen keinen Memory-Effekt auf, der bei Teilzyklen für eine nachlassende Kapazität verantwortlich ist. Zudem ist ihre Zellenspannung höher als bei den anderen beiden Technologien, sodass von der Elektronik handhabbare Spannungen auch ohne Serienschaltung zur Verfügung stehen. Darüber hinaus können portable Geräte dank der geringeren Selbstentladung von Lithium-Ionen-Akkus lange in Bereitschaft gehalten werden, und ihr niedriger Innenwiderstand erlaubt die Entnahme von hohen Strömen wie sie etwa beim Anlauf eines Motors gefordert sind. Bei portablen Anwendungen spielt auch die geringe Masse eine Rolle.

Lithium-Ionen-Akkus erfordern eine besondere Sorgfalt in der Handhabung

Im Gegenzug verlangen Lithium-Ionen-Akkus eine besondere Sorgfalt in der Handhabung. Ein Akkupack aus Lithium-Ionen-Zellen kann eine große Energiemenge speichern, sodass er nur über eine elektronische Schutzschaltung in Verbindung mit der Außenwelt treten darf. Dieses Batterie-Management-System (BMS) begrenzt Lade- und Entladeströme und sorgt dafür, dass der Akku nur bei passender Temperatur geladen oder entladen wird.

Akkupack aus mehreren Einzelzellen

Bild 1: Die einzelnen Zellen des Akkupacks werden mit Hilfe von Nickelstreifen durch Punktschweißung in Serien- und Parallelschaltung verbunden, um die gewünschte Spannung und Kapazität zu erzielen
Bild 1: Die einzelnen Zellen des Akkupacks werden mit Hilfe von Nickelstreifen durch Punktschweißung in Serien- und Parallelschaltung verbunden, um die gewünschte Spannung und Kapazität zu erzielen (Bild: HY-LINE)

Ein Akkupack wird aus einzelnen Zellen zusammengesetzt. Im einfachsten Fall kann dies nur eine einzige Zelle sein. Über die Serienschaltung mehrerer Zellen wird die Nominalspannung des Packs erreicht, die ein Vielfaches der Spannung einer einzelnen Zelle ist. Eine Parallelschaltung von Zellen sorgt für eine Erhöhung der Kapazität und Stromfähigkeit, die dann ebenfalls ein Vielfaches einer Einzelzelle beträgt (Bild 1).

Nickelstreifen verbinden die einzelnen Zellen

Einzelne Zellen werden mit Hilfe von Nickelstreifen durch Punktschweißung in Serien- und Parallelschaltung verbunden, um die gewünschte Spannung und Kapazität zu erzielen. Die Plus- und Minus-Anschlüsse des Packs werden mit dem Batterie-Management-System verbunden. Definition und Bestandteile des Batterie-Management-System siehe unten.

Ein Temperaturfühler meldet die Zelltemperatur ans BMS

Der Temperaturfühler meldet die Zelltemperatur an das Batterie-Management-System, das bei Unter- oder Übertemperatur den Lade- oder Entladevorgang unterbricht. Beim Design des Akkupack s wird die wärmste Stelle ermittelt und der Fühler dort angebracht. Bei Bedarf kann der Temperaturfühler direkt nach außen geführt anstatt mit dem Batterie-Management-System verbunden werden.

Die Überstrom-Sicherung arbeitet unabhängig vom BMS

Als Rückfallebene im Falle eines katastrophalen Versagens des Batterie-Management-Systems ist eine sich selbst rückstellende Überstromsicherung (Polyswitch) eingebaut. Unabhängig vom Batterie-Management-System wird der Stromkreis im Falle eines den maximalen Lade- oder Entladestrom stark übersteigenden Stromes unterbrochen und der Akkupack geschützt. Alternativ kann statt des Polyswitch eine Schmelzsicherung eingesetzt werden, die den Stromkreis irreversibel unterbricht.

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Lieber H. Hetzler, vielen Dank für diesen Hinweis. Die von Ihnen genannte Meldung des Paul...  lesen
posted am 16.04.2014 um 14:31 von Thomas Kuther

Lithium-Akkus scheinen bei unvollständigen Lade-/Entladevorgängen doch einem Memory-Effekt zu...  lesen
posted am 16.04.2014 um 12:06 von Unregistriert


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