Mit AI & Big Data den Restwert bestimmen

Das BMS muss über den gesamten Lebenszyklus der Batterie deren Funktionsfähigkeit überwachen und steuern. Spannungs- und Ladeunterschiede werden vom BMS erkannt und durch die Ladungsausgleichssysteme ausgeglichen. Die Restladung wird im Fahrbetrieb vom BMS bestimmt und dem übergeordneten Energiemanagementsystem (EMS) des Fahrzeugs übermittelt.

Die Reichweitenangabe im Cockpit bleibt ungenau, weil dieser Wert nicht nur von der Qualität der Ladezustandsbestimmung des BMS abhängt, sondern sehr stark vom Nutzerverhalten wie Fahrstil, Klimatisierung und Geschwindigkeit beeinflusst wird.

Für die Ermittlung des Restwerts eines Elektrofahrzeuges sind die Überwachung der Alterungsprozesse und damit der verbleibenden Kapazität der Batterie essenziell. Die vorgenommene Parametrierung des BMS mit den ermittelten Sensorwerten errechnet die Kapazität der Batterie. Eine Vorausschau auf ihre restliche Lebensdauer ist ebenfalls stark vom zukünftigen Nutzerprofil abhängig. Moderne BMS nutzen modellbasierte Algorithmen, welche die Parametrierung der Modelle im Lebenszyklus kontinuierlich anpassen.

In Zukunft ließen sich die elektrochemischen Prozesse, aber vor allem auch Alterungs- und Ausfallmuster durch das BMS noch genauer ermitteln, indem Künstliche Intelligenz (KI) sowie Big Data und damit die Erfahrung aus einer sehr großen Zahl von Fahrzeugen genutzt würden, sagt Uwe Sauer vom Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe (ISEA) an der RWTH Aachen.

Schnellladen erzeugt mehr Hitze und lässt die Batterie schneller altern

An der Wallbox errechnet das BMS die Zeit, bis wann die Batterie vollgeladen sein kann. Bei der Berechnung der Ladungskurve achtet das BMS darauf, dass der zulässige Spannungsbereich der Batterie nicht überschritten wird. Des Weiteren bremst das BMS den Ladungsprozess ab, wenn Überhitzung droht oder wenn für eine gegebene Temperatur der Strom zu groß wäre. Wird der Strom zu hoch gewählt, droht eine Ablagerung von metallischem Lithium an der Anode (Plating), was sehr schnell zu beschleunigter Alterung führt und auch ein Sicherheitsproblem darstellen kann.

Als Resultat ergibt sich eine Ladekurve, bei der die Ladeleistung zunächst sehr konstant ist und der Ladezustand der Batterie linear ansteigt. Wird bei Ladezuständen von typischerweise zwischen 70 und 95 Prozent die maximal erlaubte Spannung erreicht, wird die Spannung konstant geregelt und damit fällt der Strom ab. Der Anstieg des Ladezustands steigt dann immer langsamer, so dass zum Beispiel die letzten 20 Prozent der Ladung genauso lange dauern können wie zuvor die ersten 80 Prozent.

Als Trend lässt sich feststellen, dass neue Ladestationen höhere Spannungsbereiche abdecken (bei Super- und Ultra Charging) und in den Elektrofahrzeugen der Oberklasse bereits Batteriespannungen von 700 bis 800 Volt Einzug halten. Die Standardspannung liegt derzeit bei etwa 400 Volt und ermöglicht hohe Ladeleistungen.

Es ist aber festzuhalten, dass mit Blick auf die Batterie die Erhöhung der Batteriespannung bei gleicher Gesamtgröße der Batterie zu einer Verkürzung der Lebensdauer und Verringerung der Zuverlässigkeit führt. Grund dafür ist, dass für höhere Spannungen mehr Zellen in Serie geschaltet werden müssen und stets die schwächste Zelle im Verbund die Leistungsfähigkeit der Batterie bestimmt.