Ein Batteriemanagementsystem (BMS) spielt eine entscheidende Rolle für den sicheren und effizienten Betrieb von Lithium-Ionen-Batterien, einschließlich LFP- und ternären Lithiumbatterien (NCM/NCA). Sein Hauptzweck ist die Überwachung und Regelung verschiedener Batterieparameter wie Spannung, Temperatur und Stromstärke, um einen sicheren Batteriebetrieb zu gewährleisten. Das BMS schützt die Batterie außerdem vor Überladung, Tiefentladung und Betrieb außerhalb ihres optimalen Temperaturbereichs. In Batteriepacks mit mehreren Zellreihen (Batteriesträngen) übernimmt das BMS den Ausgleich der einzelnen Zellen. Ein Ausfall des BMS beeinträchtigt die Batterie, was schwerwiegende Folgen haben kann.
1. Überladung oder Tiefentladung
Eine der wichtigsten Funktionen eines BMS besteht darin, Überladung und Tiefentladung der Batterie zu verhindern. Überladung ist besonders gefährlich für Batterien mit hoher Energiedichte wie ternäre Lithiumbatterien (NCM/NCA), da sie anfällig für thermisches Durchgehen sind. Dies tritt auf, wenn die Batteriespannung die Sicherheitsgrenzen überschreitet und übermäßige Hitze erzeugt, die zu einer Explosion oder einem Brand führen kann. Tiefentladung hingegen kann die Zellen dauerhaft schädigen, insbesondere bei LFP-Batterien, die nach Tiefentladung an Kapazität verlieren und eine schlechte Leistung aufweisen können. Bei beiden Typen kann die fehlende Spannungsregulierung des BMS während des Ladens und Entladens zu irreversiblen Schäden am Akkupack 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 Typen erfordern jedoch ein sorgfältiges Temperaturmanagement. Ein funktionsfähiges BMS überwacht die Batterietemperatur und stellt sicher, dass sie im sicheren Bereich bleibt. Fällt das BMS aus, kann es zu Überhitzung kommen und eine gefährliche Kettenreaktion, den sogenannten thermischen Durchgehen, auslösen. In einem Batteriepack, das aus vielen Zellreihen (Batteriesträngen) besteht, kann sich der 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 Zellenanzahl deutlich höher sind, was die Wahrscheinlichkeit schwerwiegender Folgen erhöht.
3. Ungleichgewicht zwischen Batteriezellen
Bei mehrzelligen Batteriepacks, insbesondere solchen mit Hochspannungskonfigurationen wie Elektrofahrzeugen, ist der Spannungsausgleich zwischen den Zellen entscheidend. Das BMS sorgt dafür, dass alle Zellen im Pack ausgeglichen sind. Fällt das BMS aus, können einige Zellen überladen werden, während andere unterladen bleiben. In Systemen mit mehreren Batteriesträngen verringert dieses Ungleichgewicht nicht nur die Gesamteffizienz, sondern stellt auch ein Sicherheitsrisiko dar. Insbesondere überladene Zellen laufen Gefahr zu überhitzen, was zu einem katastrophalen Ausfall führen kann.
4. Verlust der Überwachung und Datenprotokollierung
In komplexen Batteriesystemen, wie sie beispielsweise in Energiespeichern oder Elektrofahrzeugen eingesetzt werden, überwacht ein BMS kontinuierlich die Batterieleistung und protokolliert Daten zu Ladezyklen, Spannung, Temperatur und dem Zustand einzelner Zellen. Diese Informationen sind entscheidend für den Zustand von Batteriepacks. Fällt das BMS aus, wird diese wichtige Überwachung unterbrochen, wodurch die Funktionsfähigkeit der Zellen im Pack nicht mehr nachvollziehbar ist. Bei Hochvoltbatteriesystemen mit vielen Zellreihen kann die fehlende Überwachung des Zellzustands zu unerwarteten Ausfällen wie plötzlichem Stromausfall oder thermischen Ereignissen führen.
5. Stromausfall oder verringerte Effizienz
Ein ausgefallenes BMS kann zu einer verringerten Effizienz oder sogar zu einem totalen Stromausfall führen. Ohne ordnungsgemäßes ManagementStromspannung, Temperatur und Zellausgleich kann das System abgeschaltet werden, um weitere Schäden zu verhindern. In Anwendungen, bei denenHochvolt-BatteriesträngeBei Elektrofahrzeugen oder industriellen Energiespeichern kann es zu einem plötzlichen Stromausfall kommen, der erhebliche Sicherheitsrisiken birgt. Beispielsweiseternäres LithiumDer Akku kann während der Fahrt eines Elektrofahrzeugs unerwartet ausfallen, was zu gefährlichen Fahrbedingungen führen kann.
Veröffentlichungszeit: 11. September 2024
