Batteriemanagementsysteme (BMS) sind der Grundstein f\u00fcr die Sicherheit moderner Elektrofahrzeuge und Energiespeicher. Sie \u00fcberwachen die Zellspannungen, regeln das Laden und Entladen, gleichen die Zelllasten aus und sch\u00fctzen die Akkus vor dem Betrieb au\u00dferhalb sicherer Temperaturbereiche. F\u00fcr die meisten Unternehmen der Branche ist das Batteriemanagementsystem der W\u00e4chter der Batterie, die letzte Verteidigungslinie gegen katastrophale Ausf\u00e4lle.<\/p>\n
Es gibt jedoch immer mehr Hinweise darauf, dass das herk\u00f6mmliche BMS trotz aller Raffinesse kritische blinde Flecken hat. Es kann die ersten Anzeichen eines thermischen Durchgehens nicht erkennen, keine Feuchtigkeitsansammlungen im Inneren eines Akkus feststellen und auch nicht die Sto\u00dfbelastung aufzeichnen, die ein Akku im Falle eines Zusammensto\u00dfes aufgenommen hat.<\/p>\n
Dies sind die L\u00fccken, die es unter realen Bedingungen erm\u00f6glichen, dass Batteriebr\u00e4nde unentdeckt bleiben, bis sie bereits katastrophal sind, und die dazu f\u00fchren, dass Ingenieure, Flottenbetreiber und Versicherer nicht \u00fcber die Daten verf\u00fcgen, die sie ben\u00f6tigen, um fundierte Entscheidungen \u00fcber den Zustand der Batterie zu treffen. Wer heute Lithium-Ionen-Batterien entwickelt oder betreibt, muss verstehen, wo herk\u00f6mmliche Batteriemanagementsysteme versagen und was n\u00f6tig ist, um diese Defizite zu beheben.<\/p>\n
Ein Batteriemanagementsystem ist ein elektronisches Steuersystem, das in einen Batteriesatz eingebettet ist. Seine Hauptfunktionen sind die Messung und Meldung der Zellenspannung und -temperatur, die Verhinderung einer \u00dcberladung oder \u00dcberentladung der Zellen, der Ausgleich des Ladezustands der einzelnen Zellen und die Bereitstellung einer Gesamtsch\u00e4tzung des Ladezustands (SoC) und des Gesundheitszustands (SoH) f\u00fcr das Host-Fahrzeug oder -System.<\/p>\n
In einem modernen Elektrofahrzeug kommuniziert das Batteriemanagementsystem \u00fcber einen CAN-Bus, der Daten an das Antriebsstrangsteuerger\u00e4t des Fahrzeugs und in vielen F\u00e4llen an Cloud-Telematiksysteme weiterleitet. Es handelt sich um eine ausgereifte, gut verstandene Technologie. Die meisten rechtlichen Rahmenbedingungen f\u00fcr die Sicherheit von Elektrofahrzeugen setzen das Batteriemanagementsystem als gegeben voraus.<\/p>\n
Das Problem ist nicht, dass die Batteriemanagementsysteme schlecht konstruiert sind. Das Problem ist, dass sie f\u00fcr eine relativ enge Reihe messbarer Parameter wie Spannung und Temperatur entwickelt wurden. Bedauerlicherweise sagen Spannung und Temperatur allein nicht alles dar\u00fcber aus, was in einem Akkupack passiert.<\/p>\n
Die meisten Batteriemanagementsysteme platzieren Temperatursensoren in Abst\u00e4nden \u00fcber das gesamte Paket hinweg, in der Regel einen Sensor pro Modul oder sogar einen pro mehrere Zellen. Das bedeutet, dass eine anomale Zelle zwischen zwei Sensorpunkten einen erheblichen Temperaturanstieg erfahren kann, bevor sie von einer Messung erfasst wird. In einem dicht gepackten Lithium-Ionen-Modul kann der Abstand zwischen einer fehlerhaften Zelle und dem n\u00e4chstgelegenen Temperatursensor gro\u00df genug sein, um ein thermisches Ereignis unentdeckt zu lassen.<\/p>\n
Die Erkennung einer fr\u00fchzeitigen Zelldegradation durch Spannungsmessungen ist bei parallelen Zellkonfigurationen von Natur aus schwierig. Wenn eine Zelle in einer parallelen Gruppe auszufallen beginnt, st\u00fctzen die verbleibenden Zellen die Klemmenspannung der Gruppe als Ganzes, wodurch die Anomalie verdeckt wird. Wenn das Batteriemanagementsystem eine Spannungsabweichung feststellt, kann sich die ausgefallene Zelle bereits in einem fortgeschrittenen Stadium der Degradation befinden. Das Batteriemanagementsystem kann in der Tat durch die Architektur des Akkus, den es sch\u00fctzt, get\u00e4uscht werden.<\/p>\n
Eine der gr\u00f6\u00dften Einschr\u00e4nkungen herk\u00f6mmlicher Batteriemanagementsysteme besteht darin, dass sie nicht in der Lage sind, die Gase zu erkennen, die die Batteriezellen abgeben, wenn sie zu entl\u00fcften beginnen. Die Entl\u00fcftung einer Zelle, auch Off-Gassing genannt, ist das fr\u00fcheste erkennbare Anzeichen eines thermischen Durchgehens. In den Minuten, bevor eine Zelle die Temperaturen erreicht, die einen Brand oder eine Explosion ausl\u00f6sen, setzt sie fl\u00fcchtige organische Verbindungen (VOCs) und in einigen Ausfallszenarien auch Wasserstoff frei. Diese Gase sind messbar und unterscheidbar. Ein herk\u00f6mmliches Batteriemanagementsystem kann sie nicht messen.<\/p>\n
Unabh\u00e4ngige Tests der Sandia National Laboratories haben ergeben, dass die VOC-Erkennung mehr als sieben Minuten vor einem thermischen Durchgehen warnen kann - ein Zeitfenster, das Temperatursensoren allein nicht bieten k\u00f6nnen.<\/em><\/p>\n Dieses Zeitfenster von sieben Minuten ist von enormer Bedeutung. Es ist der Unterschied zwischen einer kontrollierten Systemabschaltung, einer sicheren Evakuierung des Fahrzeugs oder einer Isolierung des Stromkreises und einem Brand, der nicht gestoppt werden kann. In der Globalen Technischen Regelung f\u00fcr die Sicherheit von Elektrofahrzeugen (GTR20) wird ausdr\u00fccklich auf die Notwendigkeit von Fr\u00fchwarnsystemen hingewiesen, die eine sichere Evakuierung der Insassen erm\u00f6glichen. Ein reines Temperaturmanagementsystem f\u00fcr die Batterie kann diese Anforderung nicht zuverl\u00e4ssig erf\u00fcllen.<\/p>\n Das Eindringen von Wasser ist eine ernsthafte Bedrohung f\u00fcr die Langlebigkeit und Sicherheit von Akkus. Feuchtigkeit im Inneren eines Akkus beeintr\u00e4chtigt die Zellisolierung, f\u00f6rdert die Korrosion und erh\u00f6ht das Risiko von Kurzschl\u00fcssen. Bei fl\u00fcssigkeitsgek\u00fchlten Akkus kann sich an den internen Komponenten Kondensation bilden, wenn die Temperatur der K\u00fchlfl\u00fcssigkeit unter den Taupunkt der Luft im Geh\u00e4use sinkt - ein Szenario, das besonders bei Kaltstarts oder nach aggressiven K\u00fchlzyklen wahrscheinlich ist. Herk\u00f6mmliche Batteriemanagementsysteme haben keine M\u00f6glichkeit, Feuchtigkeit zu erkennen oder den Taupunkt zu verfolgen, so dass dieser Fehlermodus v\u00f6llig un\u00fcberwacht bleibt.<\/p>\n Wenn ein Elektrofahrzeug in eine Kollision verwickelt wird, ist die mechanische Unversehrtheit des Batteriepacks sofort in Frage gestellt. Aktuelle Batteriemanagementsysteme liefern keine Aufzeichnungen \u00fcber die Sto\u00dfbelastungen, denen die Batterie ausgesetzt war. Ingenieure, die den Zustand der Batterie nach einem Unfall beurteilen sollen, m\u00fcssen sich auf eine Sichtpr\u00fcfung und, sofern verf\u00fcgbar, auf Telemetriedaten des Fahrzeugs verlassen, die beide kein verl\u00e4ssliches Bild dar\u00fcber liefern, ob die interne Struktur des Akkus besch\u00e4digt wurde. Ohne diese Daten sind die M\u00f6glichkeiten begrenzt: die Batterie verschrotten oder ein unbekanntes Risiko in Kauf nehmen.<\/p>\n F\u00fcr sich genommen stellt jede dieser Einschr\u00e4nkungen des Batteriemanagementsystems eine \u00dcberwachungsl\u00fccke dar. Zusammengenommen stellen sie eine systemische Schwachstelle in der Sicherheitsarchitektur von Lithium-Ionen-Batteriepaketen dar, die reale Konsequenzen f\u00fcr Hersteller von Elektrofahrzeugen, Flottenbetreiber, Integratoren von Second-Life-Batterien und Endverbraucher hat.<\/p>\n Thermische Ausrei\u00dfer bei Elektrofahrzeugen erhalten im Vergleich zu ihrer statistischen H\u00e4ufigkeit eine unverh\u00e4ltnism\u00e4\u00dfig gro\u00dfe Aufmerksamkeit in den Medien. Die Auswirkungen dieser Aufmerksamkeit auf die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen sind jedoch messbar. Jeder aufsehenerregende Batteriebrand verst\u00e4rkt die \u00f6ffentliche Skepsis gegen\u00fcber der Sicherheit von Elektrofahrzeugen. Die F\u00e4higkeit der Industrie, nachzuweisen, dass thermische Ereignisse erkannt werden k\u00f6nnen, bevor sie katastrophale Ausma\u00dfe annehmen, und dass die Daten vorhanden sind, um angemessen zu reagieren, ist nicht nur eine technische Frage. Es ist eine kommerzielle Frage und eine Frage des Ansehens.<\/p>\n F\u00fcr den wachsenden Markt f\u00fcr Second-Life-Batterien sind die L\u00fccken ebenso folgenreich. Eine EV-Batterie, die f\u00fcr die Wiederverwendung in einem station\u00e4ren Energiespeichersystem bestimmt ist, hat eine unbekannte Vorgeschichte. Ohne eine detaillierte Aufzeichnung der St\u00f6\u00dfe, die sie absorbiert hat, der Feuchtigkeitsbedingungen, unter denen sie betrieben wurde, und der thermischen Ereignisse (wie geringf\u00fcgig auch immer), denen sie ausgesetzt war, ist das Risikoprofil dieser Batterie weitgehend eine Mutma\u00dfung. Dies f\u00fchrt zu einer z\u00f6gerlichen Haltung in der gesamten Lieferkette und schr\u00e4nkt die wirtschaftliche Tragf\u00e4higkeit von Kreislaufbatteriemodellen ein.<\/p>\n Der Cell Guard-Sensor von Metis Engineering wurde speziell entwickelt, um die \u00dcberwachungsl\u00fccken zu schlie\u00dfen, die herk\u00f6mmliche Batteriemanagementsysteme offen lassen. Cell Guard ersetzt nicht das Batteriemanagementsystem, sondern arbeitet neben diesem und liefert eine zus\u00e4tzliche Ebene von Umgebungs- und physikalischen Daten, die Spannungs- und Temperaturmessungen allein nicht liefern k\u00f6nnen.<\/p>\n Cell Guard ist ein kompakter, CAN-basierter Sensor, der in der N\u00e4he des Entl\u00fcftungsanschlusses eines Batteriepacks oder eines Energiespeichergeh\u00e4uses installiert wird. Von dieser Position aus \u00fcberwacht er kontinuierlich fl\u00fcchtige organische Verbindungen (VOCs), den absoluten Druck, die Lufttemperatur, die relative Luftfeuchtigkeit, den Taupunkt und in seiner erweiterten Konfiguration die Wasserstoffkonzentration. Ein optionaler Drei-Achsen-Beschleunigungsmesser erm\u00f6glicht die Aufzeichnung von Sto\u00dfbelastungen bis zu 24 G, einschlie\u00dflich der St\u00e4rke und Dauer eines Aufpralls.<\/p>\n Jeder dieser Parameter behebt direkt eine spezifische L\u00fccke im herk\u00f6mmlichen Batteriemanagementsystem. Die VOC-Erkennung warnt so fr\u00fch wie m\u00f6glich vor einer Entl\u00fcftung der Zellen und l\u00f6st einen Alarm aus, solange ein thermisches Durchgehen noch verhindert werden kann. Die \u00dcberwachung von Luftfeuchtigkeit und Taupunkt zeigt das Eindringen von Feuchtigkeit und das Kondensationsrisiko bei fl\u00fcssigkeitsgek\u00fchlten Akkus an. Schockdaten liefern eine nachpr\u00fcfbare Aufzeichnung der mechanischen Belastungen, denen der Akku ausgesetzt war. Diese Informationen sind von unsch\u00e4tzbarem Wert f\u00fcr die Bewertung nach einem Vorfall, den Wiederverkauf von Akkus und Entscheidungen \u00fcber die Wiederverwendung.<\/p>\n Cell Guard erkannte in unabh\u00e4ngigen Tests ein thermisches Durchgehen in weniger als 60 Sekunden und lieferte mehr als sieben Minuten vor konkurrierenden Sensortechnologien, die nur Wasserstoff erkennen, verwertbare Warndaten.<\/em><\/p>\n Diese unabh\u00e4ngige Validierung, die von den Sandia National Laboratories durchgef\u00fchrt und im Journal of the Electrochemical Society ver\u00f6ffentlicht wurde, best\u00e4tigt, was Metis Engineering mit Cell Guard demonstrieren wollte, n\u00e4mlich dass die VOC-Detektion eine wesentlich effektivere Fr\u00fchwarnmethode ist als die Wasserstofferkennung, da VOCs w\u00e4hrend der Entl\u00fcftungsphase der Zelle vor der Wasserstofferzeugung und lange bevor die Temperaturen den Schwellenwert f\u00fcr ein katastrophales Versagen erreichen, emittiert werden.<\/p>\n Cell Guard ist auch f\u00fcr die praktische Integration konzipiert. Seine konfigurierbare CAN-Bus-Geschwindigkeit und -Adresse, der Molex Nano-Fit-Stecker und der kompakte Formfaktor erm\u00f6glichen den Einbau in neue Batteriepacks oder die Nachr\u00fcstung in bestehende Architekturen, ohne das Packdesign oder den Luftstrom zu beeintr\u00e4chtigen. Er arbeitet in einem stromsparenden \u00dcberwachungsmodus und sendet nur dann auf dem CAN-Bus, wenn ein voreingestellter Schwellenwert \u00fcberschritten wird. Dadurch wird die parasit\u00e4re Belastung minimiert und gleichzeitig sichergestellt, dass Warnmeldungen ohne Verz\u00f6gerung generiert werden, wenn sie wichtig sind.<\/p>\n Die Anwendungsf\u00e4lle f\u00fcr Cell Guard erstrecken sich \u00fcber den gesamten Lebenszyklus der Batterie, von der Erstinstallation bis zum Einsatz im zweiten Leben. In Elektrofahrzeugen, einschlie\u00dflich Personenkraftwagen, kommerziellen Bussen, eVTOL-Flugzeugen, Schiffen und Mikromobilit\u00e4tsplattformen bietet Cell Guard eine Fr\u00fchwarnfunktion, die eine sichere Evakuierung und kontrollierte Systemabschaltung erm\u00f6glicht, bevor es zu einem thermischen Durchgehen kommt.<\/p>\n In station\u00e4ren Energiespeichersystemen, ob im Netz, im Gewerbe oder im Wohnbereich, bietet Cell Guard eine kontinuierliche \u00dcberwachung der Umgebungsbedingungen in Anlagen mit variabler Temperatur, wo die Folgen einer unentdeckten Feuchtigkeits- oder Gasansammlung ebenso gravierend sind.<\/p>\n F\u00fcr den Second-Life-Batteriemarkt sind die Beschleunigungsmesserdaten und die Umweltaufzeichnungen, die Cell Guard w\u00e4hrend der gesamten Betriebsdauer einer Batterie sammelt, von direkter Bedeutung f\u00fcr das aufkommende Konzept des Batteriepasses, einer nachvollziehbaren, \u00fcberpr\u00fcfbaren Aufzeichnung des Batteriezustands, die Entscheidungen \u00fcber die Wiederverwendung und den Wiederverkauf unterst\u00fctzt. Allye Energy, das wiederverwendete EV-Batteriepacks in netzweite Energiespeichersysteme integriert, hat Cell Guard mit Beschleunigungssensor eingesetzt, um genau diese Anforderung zu erf\u00fcllen.<\/p>\n Cell Guard ist nach ISO Automotive Standards, einschlie\u00dflich ISO7637-2, ISO16750-2 und ISO16750-4, getestet und zertifiziert und wird in Gro\u00dfbritannien unter ISO9001-zertifizierten Qualit\u00e4tsbedingungen montiert. Es wird derzeit in ASIL B-Anwendungen in einer Reihe von OEM- und Tier 1-Programmen eingesetzt.<\/p>\n Batteriemanagementsysteme sind ein unverzichtbarer Bestandteil der Sicherheitsarchitektur von Elektrofahrzeugen und ESS. Die Annahme, dass ein Batteriemanagementsystem allein ausreicht, um ein Lithium-Ionen-Batteriepaket vor allen vorhersehbaren Ausfallarten zu sch\u00fctzen, ist jedoch nicht mehr haltbar, wenn man bedenkt, was wir \u00fcber das Fortschreiten des thermischen Durchgehens, die Entwicklung von Feuchtigkeitssch\u00e4den und die Akkumulation mechanischer Belastungen w\u00e4hrend der Lebensdauer einer Batterie wissen.<\/p>\n Cell Guard ist kein Ersatz f\u00fcr das Batteriemanagementsystem. Es ist die erg\u00e4nzende Schicht, die die L\u00fccken schlie\u00dft, die das Batteriemanagementsystem nicht abdecken kann, und Ingenieuren, Flottenbetreibern und Systemintegratoren die Daten liefert, die sie ben\u00f6tigen, um Probleme fr\u00fcher zu erkennen, schneller zu reagieren und besser informierte Entscheidungen \u00fcber den Zustand der Batterie von der Herstellung bis zum Ende der Lebensdauer zu treffen.<\/p>\n F\u00fcr Unternehmen, die Lithium-Ionen-Batteriesysteme entwickeln oder betreiben, stellt sich nicht mehr die Frage, ob eine zus\u00e4tzliche \u00dcberwachung notwendig ist. Es geht darum, welche Parameter \u00fcberwacht werden sollen und wie diese F\u00e4higkeit am effektivsten in eine bestehende Systemarchitektur integriert werden kann. Cell Guard beantwortet beide Fragen.<\/p>\n Mehr erfahren<\/strong><\/p>\n Wenn Sie mehr \u00fcber Cell Guard erfahren oder ein Produktmuster anfordern m\u00f6chten, besuchen Sie Zellenschutz - Metis Engineering<\/a> oder kontaktieren Sie das Metis Engineering Team unter info@metisengineering.com<\/a><\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Battery management systems (BMS) are the cornerstone of modern electric vehicle and energy storage safety. 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Keine Aufzeichnung von St\u00f6\u00dfen oder Ersch\u00fctterungen<\/strong><\/h1>\n
Die Risiken, die diese L\u00fccken schaffen<\/strong><\/h2>\n
Die L\u00fccken schlie\u00dfen: Die Rolle von Cell Guard<\/strong><\/h2>\n
Anwendungen \u00fcber den gesamten Lebenszyklus der Batterie<\/strong><\/h2>\n
Ein vollst\u00e4ndigeres Bild der Batteriesituation<\/strong><\/h2>\n