Elektromobilität Auf sicherer Fahrt mit Batterie-Managementsystemen

Autor / Redakteur: *Ulrich Huber / Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Der Erfolg individueller Elektromobilität hängt von der Leistung der eingesetzten Energiespeicher ab. Batterie-Management-Systeme sorgen für den sicheren Betrieb dieser Akkus. Die Sensor-Technik Wiedemann GmbH hat es sich zur Aufgabe gemacht, die wesentlichen Komponenten eines Batterie-Management-Systems als wiederverwendbare Entwurfsmuster von Schaltplänen, Programmcodes und Dokumenten zu entwickeln.

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Für die sichere Fahrt von Elektrisch betriebenen Fahrzeugen sorgen Batterie-Management-Systeme.
Für die sichere Fahrt von Elektrisch betriebenen Fahrzeugen sorgen Batterie-Management-Systeme.
(Bild: AMG)

Schon Thomas Alva Edison war vor hundert Jahren klar gewesen, dass die Mobilitätsbedürfnisse der Zukunft nicht dauerhaft mit fossilen Energieträgern erfüllt werden können. Nur regenerativ erzeugte Elektrizität hatte aus seiner Sicht das nötige Zukunftspotenzial – ein Gedanke, der heute anerkannter ist als je zuvor.

Die vielfältigen Ansätze mit Akku getriebenen Elektrofahrzeugen der Anfangszeit waren zum Scheitern verurteilt, weil die geringen Energiedichten der Blei-Säure- und Nickel-Eisen-Akkus der Konkurrenz der Verbrennungsantriebe nicht gewachsen waren.

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Elektrisch angetriebene Pioniere

In Anwendungsgebieten, die nur kleine oder gar keine Energiespeicher verlangten, hat sich dagegen der Elektroantrieb schon lange durchgesetzt. So ist der Schienenverkehr weitgehend elektrifiziert, Oberleitungs-Busse und elektrische Gabelstapler zeigen, dass sie die Leistungen ihrer konventionellen Verwandten übertreffen. Dieselelektrische Antriebe sind heute bei Schiffen und Lokomotiven Stand der Technik und der Automatisierungsgrad von Produktionsmaschinen ist ohne elektrische Antriebe gar nicht denkbar. Elektrische Kleinantriebe sind ein Milliardengeschäft – sie sind in allen Arten von Konsumgütern verbaut, angefangen von winzigen Vibrationsmotoren in Mobiltelefonen bis zu elektrischen Fensterhebern und Haushaltsgeräten.

Eine individuelle Elektromobilität scheint jedoch eine Utopie zu bleiben, solange der Mangel an geeigneten Akkus anhält. Die aktuellen Hoffnungen liegen somit auf der einzigen wirklichen Option: der Lithium-Ionen-Batterie. Sie ist ein technologischer Durchbruch der Batterietechnik, deren Potenzial so vielversprechend ist, dass das Konzept der individuellen Elektromobilität erstmals die Aufmerksamkeit der Verkehrs- und Umweltplaner geweckt hat. Aus verständlichen Gründen steht jetzt der elektrische PKW im Mittelpunkt des öffentlichen und wirtschaftlichen Interesses, dabei entfaltet die neue Technologie ihre wirtschaftliche Bedeutung zunächst in ganz anderen, weit weniger spektakulären Produkten.

Eigenschaften der Lithium-Ionen-Akkus

Lithium-Ionen Akkus sind seit vielen Jahren Energielieferant für Konsumgüter. Ihre Leistungsfähigkeit ist bei elektrischen Handwerkzeugen gefragt und gerade haben sie die Welt der Zweiräder erobert und den Markt der E-Bikes geschaffen.

Gerne werden auch Vorbehalte gegen die Lithium-Ionen Technologie vorgebracht: hohe Kosten, geringe Lebensdauer und ungenügende Sicherheit. Jedoch gilt auch die Überzeugung, dass die fortschreitende Industrialisierung der Batteriefertigung das Kostenproblem lösen wird. Die automatisierte Herstellung wird auch Kosten und Zuverlässigkeit deutlich verbessern. Die Lebensdauer wird bei mehreren Jahren liegen, dank aktiver Kühlung und einem Schutz vor thermischer und elektrischer Überlastung. Auch wenn neuartige Materialien die Eigensicherheit der Zellen deutlich verbessern, verbleibt eine Reihe von Gefährdungen, welche ein Resultat der reaktiven Komponenten und der hohen Spannung durch Reihenschaltung einzelner Zellen ist. Nur mit dem Einsatz komplexer Elektronik ist diesen Gefahren zu begegnen.

Die Sensor-Technik Wiedemann GmbH (STW) hat langjährige Erfahrung bei der Entwicklung funktional sicherer Systeme und liefert heute auch Batterie-Management-Systeme (BMS) für die Automobilindustrie, die gemäß ISO 26262 entwickelt sind.

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