Het maken van een eigen lithium accu

Spanningen en aanraakbaarheid

De systeem spanning wordt meestal bepaald door wat er door de batterij gevoed moet worden. Toch kan het goed zijn even te kijken welke consequenties dat heeft voor de machine-veiligheid en de aanraakbaarheid van spanningsvoerende delen. Als de kontakten niet aanraakbaar mogen zijn vereist dat soms duurdere connectoren en afschermingen.

Laad- en ontlaadstromen

Een cel heeft een bepaalde inwendige weerstand. Daardoor is er een warmteontwikkeling die evenredig is met het kwadraat van de stroom.

Warmte = I² x R

Om de cel stabiel te houden is in de datasheet van de cel een maximum stroom aangegeven voor zowel ontladen als opladen. Meestal is de maximaal toelaatbare oplaadstroom flink lager dan het ontlaad maximum.
Bij P parallel geschakelde cellen wordt de stroom over de cellen verdeeld, waardoor de totaal stroom P keer hoger mag zijn.

I_{Pack MAX} = P x I_{Cell MAX}

BMS parameter berekeningen

Het BMS moet natuurlijk geschikt zijn voor het aantal cellen in serie (S). Daarnaast moet het de maximale continue stroom aankunnen.
Bij veel BMSsen wordt niet gesproken over de kortsluitstroom. De kortsluitstroom wordt berekend uit:

I_SHORT = P x V_CELL / R_CELL

Bijvoorbeeld bij een pack met 10 cellen parallel met elk een inwendige weerstand van 45 mOhm:

I_SHORT =10 x 4.2 / 0.045 = 933 Amp.

Er bestaan ook (hoogvermgen) cellen met een inwendige weerstand van ca. 10 mOhm. Dan wordt de stroom:

I_SHORT =10 x 4.2 / 0.010 = 4200 Amp.

Warmte ontwikkeling van de cellen

Een van de lastigste zaken bij een accu is het afvoeren van de warmte. Een juiste afvoer zorgt ervoor dat de accu tot de gewenste temperatuur blijft functioneren.
De belangrijke grenswaarden komen van de cellen. Voor de meeste cellen geldt:

• Max. temperatuur tijdens ontladen: 60 grC.
• Max. temperatuur tijdens laden: 45 grC.

Als de werktemperatuur van de accu tot 40 grC moet zijn, dan is de ‘headroom’ slecht 5 grC tijdens laden en 20 grC tijdens gebruik.

Warmte ontwikkeling in het BMS

Een onderdeel van het BMS voor lithium accu’s is een elektronische overlast- en kortsluitbeveiliging. De schakelelementen hebben een weerstand, waardoor er warmteontwikkeling ontstaat die evenredig is met het kwadraat van de stroom.
Ook deze warmte moet afgevoerd worden.

Warmte afvoer

Wanneer de laad- en ontlaadstroom laag is, zal de warmteontwikkeling ook laag zijn, en hoeft er aan warmte weinig aandacht besteed te worden. Bij hoge stromen is dat echter zeer noodzakelijk. Er zijn meerdere methoden om warmte af te voeren. Van low-to-high cost:

• Luchtkoeling
• Warmte geleiding naar de behuizing
• Vloeistofkoeling

Wanneer uw toepassing ook moet kunnen werken bij temperaturen onder het vriespunt, kan verwarming ook nog nodig zijn.