Thermisches Management von Elektrofahrzeugen – Thermisches Management des Batteriesystems

Als Hauptenergiequelle von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben sind Antriebsbatterien von großer Bedeutung fürneue EnergiefahrzeugeIm tatsächlichen Fahrzeugbetrieb ist die Batterie komplexen und wechselnden Betriebsbedingungen ausgesetzt. Um die Reichweite zu erhöhen, muss das Fahrzeug möglichst viele Batterien auf begrenztem Raum unterbringen, wodurch der Platz für den Akku im Fahrzeug stark eingeschränkt ist. Die Batterie erzeugt während des Betriebs viel Wärme, die sich mit der Zeit auf relativ kleinem Raum konzentriert. Aufgrund der dichten Anordnung der Zellen im Akku ist die Wärmeableitung im mittleren Bereich zusätzlich erschwert, was die Temperaturunterschiede zwischen den Zellen verstärkt. Dies reduziert die Lade- und Entladeeffizienz der Batterie und beeinträchtigt ihre Leistung. Es kann zu einem thermischen Durchgehen kommen, was die Sicherheit und Lebensdauer des Systems gefährdet.
Die Temperatur der Antriebsbatterie hat großen Einfluss auf ihre Leistung, Lebensdauer und Sicherheit. Bei niedrigen Temperaturen steigt der Innenwiderstand von Lithium-Ionen-Akkus, und ihre Kapazität sinkt. Im Extremfall gefriert der Elektrolyt, und der Akku lässt sich nicht mehr entladen. Die Leistung des Batteriesystems bei niedrigen Temperaturen wird dadurch stark beeinträchtigt, was zu Leistungsverlusten und Reichweitenreduzierungen bei Elektrofahrzeugen führt. Beim Laden von Elektrofahrzeugen unter kalten Bedingungen erwärmt das Batteriemanagementsystem (BMS) den Akku üblicherweise zunächst auf eine geeignete Temperatur. Wird dies nicht sachgemäß gehandhabt, kann es zu einer kurzzeitigen Überladung mit internem Kurzschluss kommen, in deren Folge Rauch, Brand oder sogar eine Explosion entstehen können. Die Sicherheitsprobleme beim Laden von Elektrofahrzeugbatterien bei niedrigen Temperaturen schränken die Verbreitung von Elektrofahrzeugen in kalten Regionen erheblich ein.
Batteriethermisches ManagementEine der wichtigsten Funktionen des Batteriemanagementsystems (BMS) ist die Aufrechterhaltung der optimalen Betriebstemperatur des Akkus.Das Wärmemanagement der BatterieDie Funktionen umfassen im Wesentlichen Kühlung, Heizung und Temperaturausgleich. Die Kühl- und Heizfunktionen werden primär an den möglichen Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Batterie angepasst. Der Temperaturausgleich dient dazu, Temperaturunterschiede innerhalb des Akkus zu reduzieren und einen schnellen Kapazitätsverlust durch Überhitzung einzelner Batteriebereiche zu verhindern.