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Herausforderung Elektromobilität

Funktionale Sicherheit im Elektrofahrzeug

24. November 2011, 13:42 Uhr | Von Michael Vogt und Stefan Link

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Integrale Betrachtung der Sicherheit von Batteriesystemen

Ein Batteriesystem besteht aus einem elektrochemischen System (Batteriezellen), Sensoren und einem elektrischen/elektronischen System, dem Batterie-Management-System (BMS). Das BMS übernimmt alle Funktionen zur Steuerung und Regelung der Batterie in Hinblick auf Lebensdauer, Verfügbarkeit und Sicherheit und ist gleichzeitig die Schnittstelle zum Gesamtfahrzeug. Dadurch werden Funktionen wie Fahren, Energierückgewinnung (Rekuperation), Energie-Management oder Spannungsversorgung ermöglicht. Die von einem Batteriesystem ausgehenden Gefahren lassen sich in vier Kategorien (Bild 1) einteilen. Gefahren aufgrund des chemischen Verhaltens (Austritt von Elektrolyt, Ausgasung, Brand, Explosion), des elektrischen Verhaltens (Hochspannung), des mechanischen Verhaltens (Deformierung von Batteriezellen) und Gefahren aufgrund von Fehlfunktionen des E/E-Systems. Die chemische Sicherheit der Einzelzellen wird durch die Zellchemie (Katode, Anode, Elektrolyt) bestimmt. Zellinterne, intrinsische Maßnahmen bestimmen die Eigensicherheit der Batteriezellen. Zu diesen Maßnahmen gehören z.B. keramische Separatoren, temperaturstabile Kathodenmaterialien oder Elektrolytzusätze, die den Flammpunkt erhöhen. Das Batteriesystem wird zusätzlich durch das BMS (Batterie-Management-System) auf Temperatur, Druck, Spannung, Strom, SOC (State of Charge) und SOH (State of Health) überwacht. Kritische Zustände wie thermisches Durchgehen (Thermal Runaway) einzelner Zellen werden durch Maßnahmen wie Trennung der Batterie vom Ladesystem oder Regelung der Kühlleistung durch das BMS verhindert.