Die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien ist einer der Schlüsselfaktoren, die den Erfolg der Elektromobilität wesentlich mitbestimmen werden. Neben der Einhaltung der Hochvoltsicherheit ist eines der Hauptsicherheitsziele die Verhinderung des "thermal runaways", einer chemischen Kettenreaktion, welche im schlimmsten Fall zu einem Brand der Batterie führen kann. Die frühzeitige Erkennung und Vermeidung von kritischen Zuständen der Batterie oder einzelner Zellen ist die Aufgabe des Batterie-Management-Systems (BMS). Dieses überwacht die wesentlichen Kenngrößen Zellspannung, Zelltemperatur sowie Strom, führt die Bestimmung des Ladezustands und der Alterung durch und hat die Aufgabe, durch aktive Maßnahmen wie bspw. Zell-Balancing und Steuerung der Kühlung die Lebensdauer der Batterie zu maximieren. Insbesondere werden vom BMS die Schütze angesteuert, welche die Batterie im Falle eines kritischen Zustands vom Fahrzeug-HV-Bordnetz trennen. Die Auslegung der sicherheitsrelevanten sensorischen und aktuatorischen Funktionen im BMS muss erfolgen. Dabei wird zunächst eine Gefahren- und Risikoanalyse (GRA) durchgeführt, welche die Gefahrenpotentiale und anschließend die einzelnen BMSFunktionen hinsichtlich der geforderten Sicherheitseinstufung (ASIL) bewertet. Die Realisierung des BMS hat dann so zu erfolgen, dass einerseits die Sicherheitsziele erreicht werden, gleichzeitig aber eine größtmögliche Verfügbarkeit des Systems weiterhin gegeben ist. Der Beitrag erläutert das grundsätzliche Vorgehen der Schaltungsentwicklung und der Schaltungsbewertung hinsichtlich der Funktionalen Sicherheit anhand eines einfachen Beispiels aus dem Batterie-Management-System. Es wird gezeigt, wie von der Berechnung der Ausfallraten der einzelnen Bauelemente ausgehend eine Bewertung der Kritikalität erfolgt und einzelne Diagnosemaßnahmen beurteilt werden.
Elektromobilität ohne Risiko? Erhöhung von Batterie-Sicherheit und -Verfügbarkeit durch Batterie-Management-Systeme
2012
15 Seiten, 7 Bilder, 5 Tabellen, 4 Quellen
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