Elektromobilität: Neues Frühwarnsystem schützt besser vor möglichem Brand von Lithium-Ionen-Batterien

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Berlin - Gesetzliche Vorschriften in der Europäischen Union regeln, dass ein Elektroauto mindestens fünf Minuten vor der Selbstentzündung einer Batterie, dem sogenannten 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.

Bisherige Warnsysteme registrieren schadhafte Veränderungen des Akkus über Sensoren, die auf verdächtige Temperatur- oder Druckveränderungen innerhalb der Batterie reagieren. Der Nachteil dabei ist, dass ein Alarm erst ausgelöst wird, 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 dem zu den führenden Anbietern von modernen Antriebstechnologien und Elektrifizierungslösungen gehörenden Unternehmen Vitesco Technologies forscht die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) an einem Warnsystem, das kritische Veränderungen in einzelnen Batteriezellen früher anzeigt und so hilft, einen Totalverlust zu vermeiden.

Grundlage des neuen Frühwarnsystems ist ein Verfahren, das fortwährend den elektrischen Wechselstromwiderstand - die Impedanz - in der Zelle misst und analysiert. Das System ist nach Angaben der BAM in der Lage, bereits Wochen vor einem möglichen Brand gefährliche Veränderungen in einer Batteriezelle zu registrieren.

„Eine Veränderung der Impedanz kann auf verschiedene Defekte oder unerwünschte Zustände hinweisen. 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“, erklärt Tim Tichter, der im Rahmen des Projekts an der BAM forscht.

Bislang sind für aussagekräftige Impedanzanalysen lange Messzeiten notwendig. Sie verhindern die Implementierung derartiger Analysen in ein BMS. Der innovative Ansatz des Projekt-Teams sieht jedoch eine Modifizierung der Messmethodik vor, so dass eine hohe Beschleunigung bei der 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.