Ein Batteriemanagementsystem (BMS)Das Batteriemanagementsystem (BMS) spielt eine entscheidende Rolle für den sicheren und effizienten Betrieb von Lithium-Ionen-Akkus, einschließlich LFP- und ternären Lithium-Akkus (NCM/NCA). Seine Hauptaufgabe ist die Überwachung und Regelung verschiedener Akkuparameter wie Spannung, Temperatur und Stromstärke, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten. Das BMS schützt den Akku außerdem vor Überladung, Tiefentladung und Betrieb außerhalb des optimalen Temperaturbereichs. In Akkupacks mit mehreren in Reihe geschalteten Zellen (Akkusträngen) übernimmt das BMS den Ausgleich der einzelnen Zellen. Fällt das BMS aus, ist der Akku ungeschützt, und die Folgen können gravierend sein.
1. Überladung oder Tiefentladung
Eine der wichtigsten Funktionen eines Batteriemanagementsystems (BMS) ist der Schutz der Batterie vor Überladung und Tiefentladung. Überladung ist besonders gefährlich für Hochenergiebatterien wie ternäre Lithium-Ionen-Akkus (NCM/NCA), da diese anfällig für thermisches Durchgehen sind. Dies tritt auf, wenn die Batteriespannung sichere Grenzwerte überschreitet und dadurch übermäßige Hitze entsteht, die zu einer Explosion oder einem Brand führen kann. Tiefentladung hingegen kann die Zellen dauerhaft schädigen, insbesondere bei Lithium-Ionen-Akkus.LFP-BatterienDiese Akkus können nach Tiefentladungen an Kapazität verlieren und eine verminderte Leistung aufweisen. Bei beiden Typen kann ein Versagen des Batteriemanagementsystems (BMS) bei der Spannungsregelung während des Lade- und Entladevorgangs zu irreversiblen Schäden am Akku führen.
2. Überhitzung und thermisches Durchgehen
Ternäre Lithiumbatterien (NCM/NCA) reagieren besonders empfindlich auf hohe Temperaturen, stärker als LFP-Batterien, die für ihre bessere thermische Stabilität bekannt sind. Beide Batterietypen erfordern jedoch ein sorgfältiges Temperaturmanagement. Ein funktionierendes Batteriemanagementsystem (BMS) überwacht die Batterietemperatur und stellt sicher, dass sie in einem sicheren Bereich bleibt. Fällt das BMS aus, kann es zu Überhitzung kommen, die eine gefährliche Kettenreaktion, das sogenannte thermische Durchgehen, auslöst. In einem Akkupack, das aus vielen in Reihe geschalteten Zellen (Batteriesträngen) besteht, kann sich das thermische Durchgehen schnell von einer Zelle zur nächsten ausbreiten und zu einem katastrophalen Ausfall führen. Bei Hochvoltanwendungen wie Elektrofahrzeugen ist dieses Risiko aufgrund der deutlich höheren Energiedichte und Zellanzahl noch verstärkt, wodurch die Wahrscheinlichkeit schwerwiegender Folgen steigt.
3. Ungleichgewicht zwischen den Batteriezellen
In Mehrzellen-Akkus, insbesondere solchen mit Hochvoltkonfigurationen wie in Elektrofahrzeugen, ist der Spannungsausgleich zwischen den Zellen entscheidend. Das Batteriemanagementsystem (BMS) ist dafür verantwortlich, den Spannungsausgleich aller Zellen in einem Akkupack sicherzustellen. Fällt das BMS aus, können einige Zellen überladen werden, während andere unterladen bleiben. In Systemen mit mehreren Batteriesträngen reduziert dieses Ungleichgewicht nicht nur die Gesamteffizienz, sondern stellt auch ein Sicherheitsrisiko dar. Insbesondere überladene Zellen sind überhitzungsgefährdet, was zu einem Totalausfall führen kann.
4. Stromausfall oder verminderte Effizienz
Ein defektes Batteriemanagementsystem (BMS) kann zu verminderter Effizienz oder sogar zum Totalausfall der Stromversorgung führen. Ohne adäquates Spannungs-, Temperatur- und Zellausgleichsmanagement kann sich das System zum Schutz vor weiteren Schäden abschalten. In Anwendungen mit Hochvolt-Batteriesträngen, wie beispielsweise in Elektrofahrzeugen oder industriellen Energiespeichern, kann dies zu einem plötzlichen Stromausfall und damit zu erheblichen Sicherheitsrisiken führen. So kann sich beispielsweise ein ternärer Lithium-Ionen-Akkumulator während der Fahrt eines Elektrofahrzeugs unerwartet abschalten und dadurch gefährliche Fahrsituationen verursachen.
Veröffentlichungsdatum: 23. September 2024
