Mobilitätsbatterien müssen Strom liefern, ohne dass es zu übermäßigen Spannungsabfällen, Überhitzung, unerwünschten Schutzschaltungen oder vorzeitiger Alterung kommt. Die richtige Auslegung ist eine systemweite Entscheidung, die Zellen, BMS, Leiter, Wärmeableitwege, Gehäuse, Ladegerät und Fahrzeuglast umfasst.
Definition von Dauerstrom, Spitzenstrom und Rückspeisestrom
Der durchschnittliche Strom allein reicht für Antriebsanwendungen nicht aus. Anfahren, Bergauffahren, Beschleunigen, Stillstandsbedingungen, Zusatzgeräte und regeneratives Laden können zu unterschiedlichen elektrischen Belastungsgrenzen führen.
Das Konstruktionsteam sollte die Stromstärke und Dauer, die Mindestspannung des Akkupacks, die Abschaltgrenze des Reglers, den Arbeitszyklus, die Umgebungstemperatur sowie den erwarteten Ladezustand während des Ereignisses festlegen.
Zellen anhand ihres Widerstands- und thermischen Verhaltens auswählen
Eine Zelle mit ausreichender Kapazität kann dennoch ungeeignet sein, wenn ihr Innenwiderstand zu starken Spannungsabfällen oder zu starker Erwärmung führt. Bei der Bewertung von Zellen sollten Entladungskurven, Temperaturanstieg, Zyklenstabilität, Kompatibilität und das Verhalten bei niedrigem Ladezustand berücksichtigt werden.
Eine Parallelkonfiguration reduziert zwar den Strom pro Zelle, wirkt sich jedoch auch auf die Größe und das Gewicht des Akkupacks, den Fehlerstrom, die Ausführung der Sammelschienen sowie die Anforderungen an die Produktionsanpassung aus.
Das BMS mit der Fahrzeugsteuerung abstimmen
Das BMS benötigt Stromsensoren, MOSFETs oder Schütze, Schutzschwellenwerte, Verzögerungszeiten, Ausgleichsmechanismen, Temperaturüberwachung sowie eine auf das Fahrzeug abgestimmte Kommunikation. Die Schutzeinstellungen sollten zwischen einem tatsächlichen Kurzschluss und einem zulässigen Beschleunigungsimpuls unterscheiden können.
Die Grenzwerte von Regler und Ladegerät sollten auf die Batterie abgestimmt sein, damit nicht eine Komponente die andere wiederholt in den Schutzmodus versetzt.
Entwerfen Sie Strompfade mit geringem Widerstand
Stromschienen, Nickel- oder Kupferverbindungen, Kabelquerschnitt, Nennleistung der Steckverbinder, Anschlussklemmen, Schweißarbeiten und Anzugsmomente beeinflussen den Widerstand. Geringe Verluste werden bei hohen Stromstärken erheblich, da die Erwärmung mit dem Quadrat der Stromstärke zunimmt.
Ebenso wichtig ist die mechanische Befestigung. Vibrationen, Stöße und wiederholter Betrieb können Verbindungen lockern oder Sensoren belasten, wenn die Konstruktion nicht für die Umgebungsbedingungen im Fahrzeug ausgelegt ist.
Das gesamte Paket unter realistischen Lastbedingungen validieren
Die Tests sollten repräsentative Beschleunigungsvorgänge, Steigungen, Dauerbetrieb, niedrigen Ladezustand, heiße und kalte Umgebungsbedingungen, Ladevorgänge, regenerative Vorgänge sowie das Schutzverhalten umfassen. Die Temperatur sollte an den Zellen, Sammelschienen, Leistungsbauteilen des BMS, Steckverbindern und anderen potenziellen Wärmequellen gemessen werden.
Das Ergebnis sollte anhand der Leistungsreserve bewertet werden und nicht nur danach, ob das Team einen Test absolviert hat.
| Teilsystem | Technischer Schwerpunkt | Validierungsbeispiel |
|---|---|---|
| Zellen | Widerstand, Strombelastbarkeit, Anpassung, Lebensdauer | Lastprofil- und Temperaturanstiegsprüfung |
| BMS | Schwellwerte, Sensorik, Leistungsbauelemente, Kommunikation | Spitzenstrom und Fehlerverhalten |
| Dirigenten | Sammelschienen, Kabel, Steckverbinder, Verbindungsstellen | Spannungsabfall- und Temperaturmessung |
| Mechanisches System | Haftung, Vibration, Gehäuse, Wartung | Prüfung auf Vibrationen, Stöße und Einbau |
Die Dimensionierung eines Mobilitätsakkus sollte nicht allein anhand der Amperestunden erfolgen. Die Strombelastungsdauer, der Spannungsabfall, die Wärmeentwicklung und die Abstimmung der Schutzvorrichtungen entscheiden darüber, ob der Akku das Fahrzeug zuverlässig mit Strom versorgen kann.
Weitere Informationen zum Thema Batterien
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Häufig gestellte Fragen
Warum sinkt die Batteriespannung beim Beschleunigen?
Der Zell- und Anschlusswiderstand verursacht einen Spannungsabfall, wenn der Strom ansteigt. Auch der Ladezustand und die Temperatur beeinflussen das Ausmaß des Spannungsabfalls.
Sollte die Nennleistung des BMS der Nennleistung des Motors entsprechen?
Die richtige Nennleistung des BMS hängt vom tatsächlichen Stromprofil der Batterie, dem Verhalten des Reglers, der Dauer der Spitzenwerte, dem Rückspeisestrom und der Schutzstrategie ab.
Was ist der wichtigste thermische Test?
Ein repräsentativer Volllasttest des Gesamtsystems ist unerlässlich, da er die Gesamtwärmeentwicklung in Zellen, Leitern, Steckverbindern und BMS-Komponenten aufzeigt.