Ein Batteriemanagementsystem (BMS)spielt eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung des sicheren und effizienten Betriebs von Lithium-Ionen-Batterien, einschließlich LFP und ternären Lithiumbatterien (NCM/NCA). Sein Hauptzweck besteht darin, verschiedene Batterieparameter wie Spannung, Temperatur und Strom zu überwachen und zu regulieren, um sicherzustellen, dass die Batterie innerhalb sicherer Grenzen arbeitet. Das BMS schützt den Akku außerdem vor Überladung, Tiefentladung oder Betrieb außerhalb seines optimalen Temperaturbereichs. Bei Batteriepacks mit mehreren Zellreihen (Batteriestränge) verwaltet das BMS den Ausgleich der einzelnen Zellen. Wenn das BMS ausfällt, ist die Batterie anfällig und die Folgen können schwerwiegend sein.
1. Überladung oder Tiefentladung
Eine der wichtigsten Funktionen eines BMS besteht darin, eine Überladung oder Tiefentladung der Batterie zu verhindern. Überladen ist besonders gefährlich für Batterien mit hoher Energiedichte wie ternäres Lithium (NCM/NCA), da sie anfällig für thermisches Durchgehen sind. Dies geschieht, wenn die Spannung der Batterie sichere Grenzwerte überschreitet und übermäßige Hitze entsteht, die zu einer Explosion oder einem Brand führen kann. Eine übermäßige Entladung hingegen kann zu dauerhaften Schäden an den Zellen führen, insbesondere inLFP-Batterien, die nach Tiefentladungen an Kapazität verlieren und eine schlechte Leistung zeigen können. Bei beiden Typen kann das Versäumnis des BMS, die Spannung während des Ladens und Entladens zu regulieren, zu irreversiblen Schäden am Akkupack führen.
2. Überhitzung und thermisches Durchgehen
Ternäre Lithiumbatterien (NCM/NCA) reagieren besonders empfindlich auf hohe Temperaturen, mehr als LFP-Batterien, die für ihre bessere thermische Stabilität bekannt sind. Allerdings erfordern beide Arten ein sorgfältiges Temperaturmanagement. Ein funktionsfähiges BMS überwacht die Temperatur der Batterie und stellt sicher, dass sie innerhalb eines sicheren Bereichs bleibt. Wenn das BMS ausfällt, kann es zu einer Überhitzung kommen, die eine gefährliche Kettenreaktion auslöst, die als thermisches Durchgehen bezeichnet wird. In einem Batteriepaket, das aus vielen Reihen von Zellen (Batteriesträngen) besteht, kann sich das thermische Durchgehen schnell von einer Zelle zur nächsten ausbreiten und zu einem katastrophalen Ausfall führen. Bei Hochspannungsanwendungen wie Elektrofahrzeugen ist dieses Risiko noch größer, da die Energiedichte und die Zellenzahl viel höher sind, was die Wahrscheinlichkeit schwerwiegender Folgen erhöht.
3. Ungleichgewicht zwischen Batteriezellen
Bei mehrzelligen Batteriepaketen, insbesondere solchen mit Hochspannungskonfigurationen wie Elektrofahrzeugen, ist der Spannungsausgleich zwischen den Zellen von entscheidender Bedeutung. Das BMS ist dafür verantwortlich, sicherzustellen, dass alle Zellen in einer Packung im Gleichgewicht sind. Wenn das BMS ausfällt, werden einige Zellen möglicherweise überladen, während andere weiterhin unterladen sind. In Systemen mit mehreren Batteriesträngen verringert dieses Ungleichgewicht nicht nur die Gesamteffizienz, sondern stellt auch ein Sicherheitsrisiko dar. Insbesondere bei überladenen Zellen besteht die Gefahr einer Überhitzung, die zu einem katastrophalen Ausfall führen kann.
4. Stromausfall oder verringerte Effizienz
Ein ausgefallenes BMS kann zu einer verringerten Effizienz oder sogar einem vollständigen Stromausfall führen. Ohne ordnungsgemäßes Management von Spannung, Temperatur und Zellenausgleich kann es passieren, dass das System abschaltet, um weitere Schäden zu verhindern. Bei Anwendungen, bei denen es um Hochspannungsbatteriestränge geht, etwa bei Elektrofahrzeugen oder industriellen Energiespeichern, könnte dies zu einem plötzlichen Stromausfall führen, was erhebliche Sicherheitsrisiken mit sich bringt. Beispielsweise kann sich ein ternärer Lithiumbatteriesatz während der Fahrt eines Elektrofahrzeugs unerwartet abschalten, was zu gefährlichen Fahrbedingungen führt.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 23.09.2024
