Balancing

Diesen Beitrag habe ich nach der Richtigstellung eines Lesers korrigiert – danke Gerard!

LiFePO4-Zellen dürfen nur bis auf 3,60 Volt geladen werden – die sogenannte Ladeschlussspannung. Lädt man sie höher, werden sie heiß und gehen kaputt.

Deshalb lädt auch das Ladegerät der Mia nur bis zu diesem Level. Sobald der erste Block den Wert erreicht, schaltet das Gerät ab. Das bedeutet aber, dass andere Blöcke, die „hinterherhinken“ niemals voll geladen würden. Hier setzt das Balancing an.

Auf jedem Zellenblock im Akku der Mia liegt eine kleine Platine, die den Block „überbrückt“. Die meiste Zeit verhält sich die Schaltung passiv. Erreicht die Spannung am Block jedoch (typischerweise) 3,55 V, dann öffnet ein Transisor und lässt einen Teil des Stroms durch Widerstände fließen anstatt durch die Zellen des Blocks. Dadurch können „schwächere“ Blocks weiter geladen werden, bevor das Balancing endgültig endet, wenn alle Blöcke fast gleiche Spannung erreicht haben. Das kann ein paar Stunden bis zu mehreren Tagen dauern. Nur mit ausbalanciertem Akku bringt dieser die volle Reichweite.

Ein Diskussionspunkt ist immer wieder die Höhe des Bypass-Stroms. Mit höherem Strom ist natürlich der Ladevorgang schneller fertig. Das Foto zeigt die Balancer-Platine, die sich über jedem Zellenblock befindet, und auf der drei parallel geschaltete Widerstände verlötet sind. Der Widerstandswert ist aufgedruckt: Die erste Ziffer bedeutet die erste Ziffer des Wertes, die zweite ist die zweite, und die dritte gibt die Anzahl der folgenden Nullen an. Bei der Mia sind also drei Widerstände von je 47 Ohm parallel verlötet. Das ergibt einen effektiven Widerstand von 15,7 Ohm. Bei 3,55 V fließen also 230 Milliampere Strom.
Empfohlen sind Bypass-Ströme von 1/10 bis 1/20 des Ladestroms. Während des Balancing lädt die Mia mit knapp 2 A (siehe früheren Eintrag). Der perfekte Bypass-Strom wäre demnach 100 – 200 mA, wir liegen also gut.
Außerdem beträgt die in den Balancern „verbratene“ Leistung im Extremfall wenn nur noch 1 Block tatsächlich lädt 23 (Blöcke) x 230 mA x 3,6 V = etwa 20 W. Im Akkugehäuse muss diese Wärme auch irgendwo hin.
Tatsächlich habe ich Platinen mit aufgelötetem Keramik-Widerstand bis hinunter zu 5 Ohm gesehen, was 700 mA Bypass-Strom entspricht. Die fast 60 Watt Abwärme müssen dann aber auch abgeführt werden, damit der Akku nicht überhitzt.