Batterie-Balancing: Schlüssel für Reichweite, Sicherheit und Lebensdauer

Moderne Elektrofahrzeuge sind auf leistungsstarke Traktionsbatterien angewiesen, die aus hunderten bis tausenden Zellen bestehen. Diese Zellen werden seriell und parallel verschaltet, um die für den Fahrzeugantrieb erforderliche Spannung und Kapazität bereitzustellen. Während eine einzelne Zelle nur etwa 3,0 bis 4,25 V liefert, benötigen Elektrofahrzeuge Systemspannungen von 300 V oder mehr. Um diese Spannung zu erreichen, werden zahlreiche Zellen in Serie geschaltet. Für die gewünschte Reichweite werden zusätzlich mehrere Zellen parallel verbunden, um die Gesamtkapazität zu erhöhen.

Patrick Schabus, Chief Product Officer bei Aviloo, 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.“

Warum ist Balancing so wichtig?

Doch worin liegt nun die Wichtigkeit dieses Vorgangs? Balancing bezeichnet die Angleichung der Ladezustände (State of Charge, SoC) der einzelnen Zellebenen in einem Batteriepack. Ohne Balancing können sich Unterschiede im Ladezustand nicht selbstständig ausgleichen. Bereits minimale Abweichungen bei der Erstverschaltung oder durch Faktoren wie Herstellungstoleranzen, thermische Unterschiede, Alterungseffekte und ungleichmäßige Belastung führen mit der Zeit zu einer Imbalance. Die Folge: Einzelne Zellen werden früher voll oder leer als andere – und die schwächste Zelle bestimmt die nutzbare Energie des gesamten Packs.

Ein unausgeglichenes Batteriesystem kann weitreichende Folgen haben: So reduziert eine Imbalance nicht nur die Reichweite sondern kann auch zu einem falschen Ladezustand und damit zu einer deutlichen Überschätzung der Reichweite führen. Noch wichtiger ist, dass es durch die Imbalance zu beschleunigter Alterung der Batterie kommen kann und damit Folgeschäden bis hin zu Zelldefekten mit erhöhtem Brandrisiko möglich sind.

Wie funktioniert Balancing?

In der Elektromobilität ist Top-Balancing Standard: Am Ende des Ladevorgangs werden die Ladezustände der Zellen angeglichen, um eine präzise Reichweitenberechnung und maximale Energieentnahme zu gewährleisten. Ohne diesen Prozess würde die Performance moderner Elektrofahrzeuge kontinuierlich sinken. Die Bedeutung des Balancings steigt mit der Komplexität der Systeme. Bei 800-V-Architekturen sind doppelt so viele Zellen in Serie verschaltet wie bei 400-V-Systemen – eine Herausforderung, die nur durch zuverlässiges Balancing gemeistert werden kann.

Balancing und State of Health (SoH)

Balancing ist eng mit der Diagnose des Zellzustands verknüpft. Das BMS erfasst wichtige Parameter wie Kapazitätsverlust, Innenwiderstand und Ladeverhalten. Aviloo nutzt diese Daten in Kombination mit dem Flash-Test, um den Balancing-Zustand und den State of Health einer Batterie präzise zu bestimmen. Dabei werden Zellspannungen ausgelesen, Ladezustände berechnet und grafisch in einer Heat Map dargestellt – von grün (optimal) bis rot (kritisch).

Fazit

Es lässt sich abschließend zusammenfassen, dass Balancing unverzichtbar für die Sicherheit, lange Lebensdauer, hohe Leistungsfähigkeit und somit maximale Reichweite einer Traktionsbatterie in EV-Fahrzeugen ist.

Ohne Balancing wäre ein modernes Batteriepack praktisch unbrauchbar. Es ist die unsichtbare Technologie, die dafür sorgt, dass Elektrofahrzeuge zuverlässig, effizient und sicher unterwegs sind, wie auch Schabus erklärt: „Für den Fahrer bedeutet gutes Balancing mehr Reichweite, längere Lebensdauer und maximale Sicherheit. Mit unseren Diagnose-Tools machen wir diesen komplexen Prozess transparent und messbar.“ Für EV-Fahrer empfiehlt es sich daher, bei 100 Prozent State of Charge (SoC) einen Flash-Test zu machen, um potenziellen Unsicherheitsfaktoren der Antriebsbatterie frühzeitig entgegenzuwirken.