Ein 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) sorgt das BMS für 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 LFP-Akkus, die nach Tiefentladungen an Kapazität verlieren und eine verminderte Leistung aufweisen können. In beiden Fällen kann ein Versagen des BMS bei der Spannungsregelung während des Lade- und Entladevorgangs 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 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. Verlust der Überwachung und Datenprotokollierung
In komplexen Batteriesystemen, wie sie beispielsweise in Energiespeichern oder Elektrofahrzeugen eingesetzt werden, überwacht ein Batteriemanagementsystem (BMS) kontinuierlich die Batterieleistung und protokolliert Daten zu Ladezyklen, Spannung, Temperatur und dem Zustand einzelner Zellen. Diese Informationen sind unerlässlich, um den Zustand der Akkupacks zu verstehen. Fällt das BMS aus, wird diese wichtige Überwachung unterbrochen, wodurch es unmöglich wird, die Funktionsfähigkeit der Zellen im Pack zu überprüfen. Bei Hochvolt-Batteriesystemen mit vielen in Reihe geschalteten Zellen kann die fehlende Überwachung des Zellzustands zu unerwarteten Ausfällen wie plötzlichem Leistungsverlust oder thermischen Ereignissen führen.
5. Stromausfall oder verminderte Effizienz
Ein defektes Gebäudeleitsystem (BMS) kann zu verminderter Effizienz oder sogar zu einem vollständigen Stromausfall führen. Ohne ein ordnungsgemäßes Management vonStromspannungBei Problemen mit Temperatur und Zellbalance kann das System abgeschaltet werden, um weitere Schäden zu verhindern. In Anwendungen, in denenHochspannungsbatteriesträngeBei Systemen wie Elektrofahrzeugen oder industriellen Energiespeichern könnte dies zu einem plötzlichen Stromausfall führen und erhebliche Sicherheitsrisiken bergen. Zum Beispiel einternäres LithiumDer Akku kann sich während der Fahrt eines Elektrofahrzeugs unerwartet abschalten, was zu gefährlichen Fahrsituationen führen kann.
Veröffentlichungsdatum: 11. September 2024
