Balancing in Traktionsbatterien

Moderne Elektrofahrzeuge sind auf leistungsstarke Traktionsbatterien angewiesen, die aus hunderten bis tausenden Zellen bestehen. Diese Zellen werden seriell und parallel verschaltet, um die für den Fahrzeugantrieb erforderliche Spannung und Kapazität bereitzustellen. Während eine einzelne Zelle nur etwa 3,0 bis 4,25 Volt liefert, benötigen Elektrofahrzeuge Systemspannungen von 300 Volt oder mehr. Um diese Spannung zu erreichen, werden zahlreiche Zellen in Serie geschaltet. Für die gewünschte Reichweite werden zusätzlich mehrere Zellen parallel verbunden, um die Gesamtkapazität zu erhöhen.
Bei parallel verschalteten Zellen gleicht sich der Ladezustand automatisch aus, doch bei seriell verschalteten Zellen ist das nicht der Fall. Hier kommt eine entscheidende Technologie ins Spiel: «Balancing», was die Angleichung der Ladezustände (State of Charge, SoC) der einzelnen Zellebenen in einem Batteriepack bezeichnet. Ohne «Balancing» können sich Unterschiede im Ladezustand nicht selbstständig ausgleichen. Bereits minimale Abweichungen bei der Erst-Verschaltung oder durch Faktoren wie Herstellungstoleranzen, thermische Unterschiede, Alterungseffekte und ungleichmäßige Belastung führen mit der Zeit zu einer Imbalance. Die Folge: Einzelne Zellen werden früher voll oder leer als andere – und die schwächste Zelle bestimmt die nutzbare Energie des gesamten Packs.
Ein unausgeglichenes Batteriesystem kann weitreichende Folgen haben: So reduziert eine Unausgeglichenheit nicht nur die Reichweite, sondern kann auch zu einem falschen Ladezustand und damit zu einer deutlichen Überschätzung der Reichweite führen. Noch wichtiger ist, dass es zu beschleunigter Alterung der Batterie kommen kann und damit Folgeschäden bis hin zu Zelldefekten mit erhöhtem Brandrisiko möglich sind.
In der Elektromobilität ist «Top-Balancing» Standard: Am Ende des Ladevorgangs werden die Ladezustände der Zellen angeglichen, um eine präzise Reichweitenberechnung und maximale Energieentnahme zu gewährleisten. Ohne diesen Prozess würde die Performance moderner Elektrofahrzeuge kontinuierlich sinken. Die Bedeutung des «Balancings» steigt mit der Komplexität der Systeme. Bei 800-Volt-Architekturen sind doppelt so viele Zellen in Serie verschaltet wie bei 400-Volt-Systemen – eine Herausforderung, die nur durch zuverlässiges «Balancing» gemeistert werden kann.
Quelle: Aviloo
Das Unternehmen Aviloo ist Weltmarktführer in der Batteriediagnostik. Es entwickelt und vermarktet präzise, schnelle und herstellerunabhängige Tests zur Detektion des SoH (State of Health) und von Defekten von Antriebsbatterien gebrauchter Fahrzeuge. Die Test-Resultate werden in Form von detaillierten Reports und Zertifikaten zur Verfügung gestellt. Alle Analyse-Verfahren und Zeugnisse sind zertifiziert und gewährleisten Gebrauchtwagen-Käufern und Verkäufern, sowie -Nutzern (gewerblich und privat) absolute Transparenz und Sicherheit.