Das Frühwarnsystem misst und analysiert den Wechselstromwiderstand und kann so deutlich früher gefährliche Veränderungen in einer Batteriezelle registrieren. (Bild: BAM)
Brennende Lithium-Akkus in Autos können schnell zur Gefahr für Menschen und die Umwelt werden. Bisherige Warnsysteme reagieren erst wenige Minuten vor der Selbstentzündung einer Batterie, dem sogenannten thermischen Durchgehen. Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) entwickelt zusammen mit Vitesco Technologies ein Frühwarnsystem, das schon Wochen vorher auf mögliche gefährliche Schädigungen des Akkus hinweist.
Gesetzliche Vorschriften in der Europäischen Union regeln, dass ein Elektroauto mindestens fünf Minuten vor dem thermischen Durchgehen des Akkus ein Warnsignal an die Personen in der Fahrgastzelle abgeben muss. Dies geschieht meist über das Batteriemanagementsystem (BMS), die elektronische Steuerungseinheit des Akkus. Das BMS überwacht die Leistung und den Zustand einzelner Batteriezellen und Zellverbünde.
Totalverlust bisher fast unvermeidlich
Bisherige Warnsysteme registrieren schadhafte Veränderungen des Akkus über Sensoren, die auf verdächtige Temperatur- oder Druckveränderungen innerhalb der Batterie reagieren. Der Nachteil dabei: Ein Alarm wird erst ausgelöst, wenn die Batterie bereits gravierend geschädigt ist. Ein thermisches Durchgehen und damit wahrscheinlich auch die vollständige Zerstörung der Batterie sind zu diesem Zeitpunkt meist unvermeidlich.
In Kooperation mit Vitesco Technologies forscht die BAM an einem Warnsystem, das kritische Veränderungen in einzelnen Batteriezellen früher anzeigt und so hilft, einen Totalverlust zu vermeiden. Grundlage des Frühwarnsystems ist ein Verfahren, das fortwährend den elektrischen Wechselstromwiderstand – die Impedanz – in der Zelle misst und analysiert.
System misst und analysiert Impedanz
Eine Veränderung der Impedanz kann auf verschiedene Defekte oder unerwünschte Zustände hinweisen, hervorgerufen etwa durch Vibrationen, Stöße, thermische Belastungen, Materialversagen oder auch Herstellungsfehler. Unabhängig von der Ursache ist in jedem Fall eine Änderung der Impedanz zu erwarten.
Bislang sind für aussagekräftige Impedanzanalysen lange Messzeiten notwendig, was die Implementierung derartiger Analysen in ein BMS verhindert. Deshalb hat das Projektteam die Messmethodik so modifiziert, dass sich die Aufzeichnung und Verarbeitung der Impedanzdaten deutlich beschleunigt.
Das auf dieser Technologie basierende Frühwarnsystem soll im Ernstfall einen Service initiieren oder sofortige Schutzmaßnahmen auslösen, beispielsweise das Abschalten einzelner Zellen. So ließen sich nicht nur gravierende Schäden bei Lithium-Akkus vermeiden, sondern auch Menschen vor den Gefahren eines Akkubrandes besser schützen.
