Bild 1: Batteriesätze von Elektrofahrzeugen bestehen aus mehreren Modulen, die sowhl in Reihe als auch parallelgeschaltet sind.

Bild 1: Batteriesätze von Elektrofahrzeugen bestehen aus mehreren Modulen, die sowhl in Reihe als auch parallelgeschaltet sind. Adobe Stock 119127076, chesky

Die Batteriesätze von Elektrofahrzeugen (Bild 1) bestehen aus mehreren, ihrerseits aus zahlreichen Zellen zusammengesetzten Modulen, die sowohl in Reihe als auch parallelgeschaltet sind. Das in der Umgebung des Batteriesatzes sowie im gesamten Fahrzeug installierte Batteriemanagement-System (BMS) setzt sich aus Überwachungs-Bauteilen in Zellnähe sowie aus auf die Leistungswandler-Stufen abgestimmte Controller oder eingebettete Prozessoren an strategisch wichtigen Punkten zusammen.

Intelligente Zellenüberwachung

Während des Ladens und Entladens einer Elektrofahrzeug-Batterie ist es unerlässlich, jede einzelne Zelle des Batteriesatzes engmaschig und präzise zu überwachen, denn jegliche aus dem Sollbereich geratenen Bedingungen können (im günstigsten Fall) zu internen Schäden an der Batterie und am Fahrzeug führen, im schlimmsten Fall aber die Sicherheit der Fahrzeuginsassen gefährden.

Im Regelfall kommt ein Batteriemanagement-IC (BMIC) oder Cell Balancer zum Einsatz, um die Spannung jeder einzelnen Zelle eines Moduls, die Temperatur an verschiedenen Stellen des Moduls und weitere Bedingungen zu überwachen. Die erfassten Daten gelangen dann an einen Cell Management Controller (CMC) sowie – abhängig von der Komplexität des Systems – an übergeordnete Verarbeitungselemente wie Batteriemanagement-Controller (BMC). Die Genauigkeit dieser Messungen und die Häufigkeit der Kommunikation zwischen BMIC, CMC und BMC entscheiden darüber, ob ein problematischer Zustand rechtzeitig erkannt wird. Zum Beispiel kann der BMC das regenerative Bremsen unterbinden oder die Energieentnahme aus dem Batteriesatz drosseln. Gegebenenfalls wird der Fahrer durch Aufleuchten einer Kontrollleuchte im Armaturenbrett auf die Situation aufmerksam gemacht. Ungeachtet dessen müssen die BMICs in der Lage sein, sehr genaue Messungen vorzunehmen und eine betriebssichere Kommunikation mit den CMCs aufrechtzuerhalten, damit der BMC zeitnah Abhilfemaßnahmen einleiten kann.

Wegen des hohen Aufkommens an elektrischen Störbeeinflussungen stellt ein Elektrofahrzeug ein sehr anspruchsvolles Umfeld für das Design eines effektiven Kommunikationsnetzwerks dar. Nicht selten hängt die Robustheit der Kommunikation zwischen BMICs und CMCs vom gesamten Design und dem Routing des Netzwerks ab, das die verschiedenen Komponenten des BMS miteinander verbindet.

Ein BMC bündelt die Spannungsinformationen der CMCs, die die vielen Zellen im Batteriesatz überwachen. Außerdem berechnet er den Ladezustand (State Of Charge, SOC) der Batterie, woraus die Berechnung der Restladung und damit die noch verbleibende Fahrstrecke ermittelt wird. Die Berechnung des State of Health (SOH) liefert wichtige Einblicke in die Betriebsbedingungen der Batterie und ermöglicht dadurch Prognosen über ihre verbleibende Lebensdauer und gibt Empfehlungen zu etwaigen Instandhaltungsmaßnahmen.

 

Was MCUs im Batteriemanagement und beim Laden konkret leisten können, erfahren Sie auf der nächsten Seite.

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