Balancing von Traktionsbatterien verlängert Lebenszeit
Traktionsbatterien moderner Elektrofahrzeuge bestehen aus mehreren hundert bis tausend einzelnen Zellen, die in Serie und parallel verschaltet sind, um die erforderliche Spannung und Kapazität bereitzustellen. Damit diese komplexen Batteriesysteme dauerhaft leistungsfähig und sicher bleiben, spielt das sogenannte Balancing eine zentrale Rolle.
Wie der Batteriediagnose-Spezialist AVILOO erläutert, sorgt Balancing für den Ausgleich der Ladezustände einzelner Zellebenen innerhalb eines Batteriepakets. Während sich bei parallel geschalteten Zellen der Ladezustand selbstständig angleicht, ist dies bei seriell verschalteten Zellen nicht der Fall. Hier übernimmt das Battery Management System diese Aufgabe. Balancing ist eine grundlegende Voraussetzung für die Sicherheit, Leistungsfähigkeit und Lebensdauer von Traktionsbatterien. Ohne diesen Prozess wäre der zuverlässige Betrieb moderner Elektrofahrzeuge nicht möglich.
Patrick Schabus, AVILOO Chief Product Officer, nennt ein typisches Beispiel: „Drei Zellen werden zu einem Zellpaket (Zellebene) parallel geschaltet. Von diesen Zellpaketen werden 108 in Serie verbunden – insgesamt also 324 Zellen in einer Traktionsbatterie. Bei parallel verschalteten Zellen gleicht sich der Ladezustand automatisch aus, doch bei seriell verschalteten Zellen ist das nicht der Fall. Hier kommt eine entscheidende Technologie ins Spiel: Balancing.“
Bereits geringe Abweichungen, etwa durch Fertigungstoleranzen, Temperaturunterschiede, Alterung oder unterschiedliche Belastungen, können zu Ungleichgewichten führen. Ohne Balancing erreicht eine einzelne, schwächere Zelle früher ihre Lade- oder Entladegrenze und begrenzt damit die nutzbare Kapazität des gesamten Batteriepakets. Dies kann sich negativ auf Reichweite, Ladezustandsanzeige und langfristig auf die Alterung der Batterie auswirken.
In der Praxis kommt überwiegend sogenanntes Top-Balancing zum Einsatz, bei dem die Ladezustände der Zellen am Ende des Ladevorgangs angeglichen werden. Mit steigenden Systemspannungen – etwa bei 800-Volt-Architekturen – wächst die Anzahl seriell verschalteter Zellen und damit auch die Bedeutung eines präzisen Balancing-Managements.
Balancing ist zudem eng mit der Zustandsbewertung von Batterien verknüpft. Zur Analyse werden unter anderem Zellspannungen, Kapazitätsverluste und Innenwiderstände herangezogen. Diese Daten ermöglichen Rückschlüsse auf den sogenannten State of Health (SoH) einer Traktionsbatterie und helfen, potenzielle Schwachstellen frühzeitig zu erkennen.
