Elektromobilität: Neues Frühwarnsystem soll besser vor brennenden Lithium-Ionen-Batterien schützen

Neues System misst und analysiert Impedanz

26.10.2023

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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, einem international führenden Anbieter von modernen Antriebstechnologien und Elektrifizierungslösungen, ein Frühwarnsystem, das schon Wochen vorher auf mögliche gefährliche Schädigungen des Akkus hinweist und so hilft, Menschen zu schützen.

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.

Bisher Totalverlust der Batterie 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 innovativen Frühwarnsystems ist ein Verfahren, das fortwährend den elektrischen Wechselstromwiderstand – die Impedanz – in der Zelle misst und analysiert.

Neues System misst und analysiert Impedanz

„Eine Veränderung der Impedanz kann auf verschiedene Defekte oder unerwünschte Zustände hinweisen“, erklärt Tim Tichter, der im Rahmen des Projekts an der BAM forscht. „Diese können z.B. durch Vibrationen, Stöße, thermische Belastungen, Materialversagen oder auch Herstellungsfehler hervorgerufen werden. Unabhängig von der jeweiligen Ursache ist jedoch in jedem Fall eine Änderung der Impedanz zu erwarten.“

Bislang sind für aussagekräftige Impedanzanalysen lange Messzeiten notwendig. Sie verhindern die Implementierung derartiger Analysen in ein BMS. Der innovative Ansatz des Projekt-Teams: Es modifiziert die Messmethodik, sodass eine hohe Beschleunigung in Aufzeichnung und Verarbeitung der Impedanzdaten möglich ist.

Das auf dieser Technologie basierende Frühwarnsystem soll im Ernstfall einen Service initiieren oder als sofortige Schutzmaßnahmen, z.B. das Abschalten einzelner Zellen, auslösen. So ließen sich nicht nur gravierende Schäden bei Lithium-Akkus vermeiden und damit Kosten einsparen, sondern auch Menschen vor den Gefahren eines Akkubrandes besser schützen.

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