Multiparameter-Sensorarchitektur für Hochvolt-Batteriesicherheitssysteme
Marquardt hat ein Sensornetzwerk entwickelt, das physische, thermische und elektrochemische Daten korreliert, um den Zustand von Hochvolt-Batterien in Automobil- und Industrieanwendungen zu überwachen.
www.marquardt.com
Der Mechatronik-Hersteller Marquardt präsentierte auf der Battery Show Europe in Stuttgart ein erweitertes Portfolio an Technologien zur Überwachung von Batteriesystemen. Der Fokus der Architektur liegt auf einem neu entwickelten Sicherheitssensor, der darauf ausgelegt ist, interne physikalische Prozesse in Hochvolt-Batteriepacks zu überwachen. Das System zielt auf Elektrofahrzeuge, den kommerziellen Transport sowie stationäre Energiespeichernetzwerke ab, bei denen eine kontinuierliche Überwachung und frühzeitige Fehlererkennung erforderlich sind, um thermische Propagation und elektrische Ausfälle zu verhindern.
Multiparameter-Datenkorrelation und Früherkennung
Die herkömmliche Batterieüberwachung stützt sich häufig auf isolierte Messwerte wie die einzelne Zellspannung oder die Außentemperatur. Die von Marquardt entwickelte Sensorarchitektur integriert mehrere Messprinzipien in einer einzigen Diagnoseeinheit. Der Sensor erfasst kontinuierlich die Schwere mechanischer Stöße, Druckveränderungen (die auf das Entgasen von Zellen hindeuten), thermische Abweichungen sowie das Vorhandensein von Gasen, die bei elektrochemischen Reaktionen entstehen. Durch die Echtzeit-Korrelation dieser physikalischen Parameter identifiziert das System betriebliche Anomalien, bevor sie zu kritischen Ereignissen wie einem thermischen Durchgehen (Thermal Runaway) eskalieren. Dr. Patrick Mattes, Leiter des Geschäftsbereichs Power and Energy Solutions bei Marquardt, erklärte, dass die Verknüpfung und Interpretation dieser kombinierten Datenströme eine frühere Risikoidentifizierung im Vergleich zur Analyse isolierter Parameter ermöglicht.
Integrierte Systemarchitektur und Komponentenfunktionalität
Der Sicherheitssensor arbeitet innerhalb einer übergeordneten Systemarchitektur, in der Sensorik, elektrische Steuerung und Energiemanagement interagieren. In diesem Rahmen verarbeitet das Batteriemanagementsystem (BMS) die integrierten Sensordaten zusammen mit den Betriebszuständen, einschließlich des Ladezustands (State of Charge, SoC) und des Alterungszustands (State of Health, SoH). Ein Cell Module Controller liefert granulare Daten auf einzelner Zellebene, während ein übergeordneter Hochvoltsensor die elektrische Integrität des Packs überwacht. Dieser Hochvoltsensor misst kontinuierlich Strom, Spannung und Isolationswiderstand, um Leckströme oder einen Isolationsdurchbruch frühzeitig zu erkennen.
Energiemanagement und Integration der mechanischen Sicherheit
Die Systemarchitektur integriert zudem betriebliche Komponenten wie das On-Board-Ladegerät und den elektromechanischen Verriegelungsmechanismus. Das On-Board-Ladegerät regelt die Energiezufuhr und beeinflusst so die thermischen Bedingungen und die Gesamteffizienz des Ladezyklus. Gleichzeitig fungiert die elektromechanische Verriegelung als mechanische Absicherung, die während des Hochvoltladevorgangs sichere Verbindungen aufrechterhält und ein Trennen unter elektrischer Last verhindert. Diese Abgrenzung der Komponentenrollen – von der primären Erkennung physikalischer Prozesse über die elektrische Überwachung bis hin zur mechanischen Sicherheit – bietet einen transparenten Diagnoseüberblick über die gesamte Batteriearchitektur und gewährleistet ein vorhersagbares Systemverhalten unter betrieblicher Belastung.
Zusätzlicher Kontext: Dieser Abschnitt detailliert technische Spezifikationen und Benchmarks, die nicht in der ursprünglichen Produktankündigung enthalten sind.
Im Bereich der Früherkennung des thermischen Durchgehens bei Hochvolt-Batterien ersetzen Multiparameter-Sensoren zunehmend einfache Temperatur- oder Spannungssensoren. Konkurrenzlösungen von Herstellern wie Metis Engineering oder Sensata Technologies nutzen CAN-Bus-integrierte Sensoren, die flüchtige organische Verbindungen (VOCs), den Absolutdruck und Wasserstoffkonzentrationen überwachen. Ein zentraler Benchmark in diesem Sektor ist die Reaktionszeit auf Entgasungsereignisse, bei denen Druckspitzen und Gasemissionen messbaren Temperaturanstiegen vorausgehen. Durch die Integration einer mechanischen Schockerkennung neben der Gas- und Drucküberwachung bietet das Marquardt-System eine zusätzliche Ebene der mechanischen Fehleranalyse. Dies ermöglicht es dem Batteriemanagementsystem, zwischen standardmäßiger Ausgasung und einer kollisionsbedingten Zellruptur zu unterscheiden.
Redaktionell bearbeitet von einem Industriefachjournalisten, Lekshman Ramdas, mit KI-Unterstützung.
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