Auswirkungen von Kühltechnologien für Elektrofahrzeugbatterien auf die Fahrzeugwartung

Kfz-Servicefachleute wissen genau, wie Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor gewartet werden müssen, von Filtern und Zündkerzen bis hin zu Flüssigkeiten in mehreren Systemen. Einer der verlockendsten Aspekte für Käufer von Elektrofahrzeugen ist die Aussicht, dass keine Wartung erforderlich ist. Das stimmt jedoch nicht ganz.

Eines der Systeme, das von Zeit zu Zeit noch Aufmerksamkeit erfordert, ist das Kühlsystem. Es funktioniert nicht ganz so wie das Kühlsystem eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor, ist aber in gewissem Umfang auch in einem Elektrofahrzeug vorhanden. Als Kfz-Experte ist es für Ihre Kunden und die Gesundheit ihrer Fahrzeuge von großem Vorteil, wenn Sie wissen, wie und wann diese Systeme gewartet werden müssen.

Arten von Kühltechnologien für EV-Batterien

In Sachen Batteriekühlung stehen spannende Dinge an, etwa mit Phasenwechselmaterialien – also Materialien, die sich zur Wärmeübertragung von fest zu flüssig verändern. Bei der aktuellen Technologie überwiegen jedoch zwei Typen: Luftkühlsysteme und Flüssigkeitskühlsysteme. Diese Batterie-Wärmemanagementsysteme (BTMS) sind dafür da, der Batterie überschüssige Wärme zu entziehen und abzuleiten.

Was wir über Elektrofahrzeuge wissen, ist, dass Hitze tödlich ist. Steigt die Temperatur zu schnell und zu hoch, kann es zu einem thermischen Durchgehen kommen. Mit der Zeit kann Hitze jedoch den Verschleiß beschleunigen, was zu Reichweitenverlusten und einer geringeren Effizienz und Leistung der Batterie führt.

Luftkühlsysteme

Wie die Kühlmethoden in vielen Motorrädern und älteren Automodellen hat auch die Luftkühlung ihren Platz in Elektrofahrzeugen. Sie verlässt sich auf die Luftzirkulation, um die Wärme von den Batterien der Elektrofahrzeuge abzuleiten, ähnlich wie Luft, die über die Kühlrippen an den Zylindern eines Motorrads strömt. Obwohl die Luftkühlung einfach aufgebaut ist, hat sie bei extremen Temperaturbedingungen ihre Grenzen und kann möglicherweise nicht mit der Wärme mithalten, die durch die Entladung der Batterie und die Umgebungslufttemperaturen entsteht.

Luftkühlung wird derzeit in einem kleinen Marktsegment eingesetzt, ist aber nicht besonders effizient und wird sich daher wahrscheinlich nicht sehr weit verbreiten.

Flüssigkeitskühlsysteme

Im Gegensatz dazu werden Flüssigkeitskühlsysteme häufig verwendet, um die Temperatur von EV-Batterien zu regulieren. Sie lassen Kühlmittel durch den Batteriesatz zirkulieren und helfen so, die ideale Temperatur für optimale Batterieeffizienz und Haltbarkeit aufrechtzuerhalten. Sie sind komplexer als luftgekühlte Systeme und bringen das Gewicht zusätzlicher Komponenten und der Flüssigkeit im System mit sich. Darüber hinaus muss die Einführung einer Flüssigkeit in eine elektrifizierte Umgebung aus offensichtlichen Gründen äußerst vorsichtig erfolgen.

Es handelt sich um die am häufigsten eingesetzte Kühltechnologie für EV-Batterien, die von praktisch allen Autoherstellern verwendet wird, die derzeit Elektromodelle produzieren. Sie hat sich bewährt und wird wahrscheinlich auch in der kommenden Generation im Vordergrund stehen.

Wartung von Wärmemanagementsystemen für EV-Batterien

Hersteller von Elektrofahrzeugen sind verpflichtet, den Zustand und den pH-Wert des Flüssigkeitskühlsystems regelmäßig überprüfen zu lassen. Einige empfehlen eine jährliche Überprüfung, andere schreiben eine Überprüfung alle zwei Jahre vor. Diese Systeme verwenden normalerweise Schläuche an oder um die Batteriemodule, die die Wärme von ihnen absorbieren, damit sie in die Luft abgegeben werden kann. Anders als bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor zersetzen sich die Additive und anderen Chemikalien in der Flüssigkeit jedoch nicht auf die gleiche Weise, da sie fast immer nur mit einem Metall in Kontakt kommen, was die Reaktion einschränkt.

Dennoch muss bei den meisten Elektrofahrzeugen irgendwann das Kühlmittel ausgetauscht werden, und obwohl dies viel seltener vorkommt als bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor, besteht auch hier die Möglichkeit von Lecks im System. Dies sind beides Gründe, warum ein Elektrofahrzeug professionell gewartet werden muss.

Luftkühlsysteme hingegen sind fast alle passiv aufgebaut. Der Luftstrom über die Batterie während der Fahrt soll dafür sorgen, dass die Batterie innerhalb der normalen Betriebsparameter bleibt. Die routinemäßige Wartung besteht lediglich darin, sicherzustellen, dass die Luftkanäle, die Luft über den Batteriesatz strömen lassen, freigehalten werden.

Allerdings kann die langfristige Wartung von luftgekühlten EV-Batteriepacks wesentlich aufwändiger sein. Modulausfälle kommen häufiger vor, da Temperaturen Schäden verursachen können, und es ist nicht ungewöhnlich, einzelne Module oder komplette Batteriepacks rechtzeitig auszutauschen. In diesem Fall ist ein Ausgleich der Batteriemodule erforderlich.

Häufigkeit der BTMS-Wartung

Bei flüssigkeitsgekühlten EV-BTMS-Systemen werden die Wartungsintervalle vom Hersteller vorgegeben. In der Branche spielen Konstruktionsunterschiede sowie die chemische Zusammensetzung der Flüssigkeiten eine Rolle dabei, wie oft Kühlmittel gespült und nachgefüllt werden muss. Einige Hersteller sind überzeugt, dass ihr Kühlmittel nie ausgetauscht werden muss, es sei denn, es ist eine Reparatur erforderlich, andere haben jedoch festgelegte Kilometerintervalle.

Einige Importmarken geben ein Intervall von 80,000 Meilen an, was für den durchschnittlichen Fahrer etwa alle fünf bis sechs Jahre ist. Andere Marken geben ein Intervall von etwa acht Jahren an, also ungefähr zu dem Zeitpunkt, an dem die von der EPA vorgeschriebene Garantie der Batterie abläuft. Wieder andere empfehlen einen Flüssigkeitswechsel nach 150,000 Meilen oder etwa 10 bis 12 Jahren, nachdem das Fahrzeug in Betrieb genommen wurde.

Kühlmittelwechsel sind jedoch nicht die einzigen EV-BTMS-Services, auf die Händler vorbereitet sein sollten. EV-Batteriezustandsprüfungen können in den routinemäßigen Wartungsplan aufgenommen oder in Fällen angeboten werden, in denen beispielsweise Beschwerden über eine reduzierte Reichweite vorliegen oder wenn das Auto weiterverkauft werden soll.

Wenn der Zustand einer Batterie fraglich ist, kann ein Modulaustausch und ein Modulausgleich erforderlich sein, bevor sie wieder in Betrieb genommen werden kann. Bei luftgekühlten Batterien kommt es häufiger zu fehlerhaften Modulen, und diese Art von Service ist häufiger erforderlich. Erwarten Sie, dass dieser Service bei Autos im Alter von 10 bis 15 Jahren am notwendigsten ist.

Warum es für Servicewerkstätten wichtig ist

Es mag den Anschein machen, als würde eine zunehmende Zahl von Elektrofahrzeugen den Reparaturwerkstätten das Geschäft wegnehmen, aber sie werden trotzdem weiterhin Dienstleistungen benötigen, wie beispielsweise das Kühlsystem und Reparaturen im Zusammenhang mit dem Wärmemanagement und defekten Batterien. Auf diese Art von Problemen vorbereitet zu sein, ist die Lösung.

Techniker sollten darin geschult werden, wie sie das Kühlmittel an Modellen sicher austauschen können. Stellen Sie sicher, dass Sie über die Ausrüstung verfügen, um Batterie-Wärmemanagementsysteme zu warten, idealerweise bei vielen verschiedenen Herstellern. Und mit Ausrüstung wie der xMB-9640 Hochspannungsmodul-Balancersind Sie darauf vorbereitet, Module zuverlässig auszubalancieren.

Häufig gestellte Fragen

Warum ist die Batteriekühlung bei Elektrofahrzeugen so wichtig?

Lithium-Ionen-Zellen reagieren sehr empfindlich auf Temperaturänderungen. Bei zu hohen Temperaturen beschleunigen sich die elektrochemischen Reaktionen und führen zu Schäden; bei zu niedrigen Temperaturen steigt der Innenwiderstand sprunghaft an, was die Leistung und die Ladekapazität verringert. Das Wärmemanagementsystem hält die Zellen während des Betriebs und des Ladevorgangs im optimalen Temperaturbereich von 15–35 °C.

Woran erkennt man ein defektes Kühlsystem für Elektroauto-Batterien?

Häufige Anzeichen sind eine unerklärliche Reichweitenreduzierung, langsamere Schnellladegeschwindigkeiten (Gleichstrom), häufigere Warnmeldungen wegen Überhitzung im Armaturenbrett, ungewöhnlicher Kühlmittelgeruch und sichtbare Kühlmittellecks in der Nähe des Batteriegehäuses. Einige Elektrofahrzeuge drosseln die Leistung, wenn die Kühlung beeinträchtigt ist, um den Akku zu schützen.

Ist das Kühlmittel für Elektroauto-Batterien dasselbe wie das Motorkühlmittel?

Nein. Die Kühlkreisläufe von Elektrofahrzeugbatterien verwenden ein dielektrisches oder niedrigleitfähiges Kühlmittel, das speziell entwickelt wurde, um Kurzschlüsse bei kleinen Leckagen an Batteriekomponenten zu vermeiden. Die Verwendung von herkömmlichem Frostschutzmittel in einem Elektrofahrzeug-Kühlkreislauf kann erhebliche Sicherheitsrisiken bergen.

Welche Ausbildung benötigen Techniker für die Wartung von Kühlsystemen in Elektrofahrzeugen?

Techniker benötigen eine Hochspannungssicherheitszertifizierung (Handschuhe bis 1000 V, isolierte Werkzeuge, Kenntnisse der Hochspannungstrennverfahren), bevor sie den Kühlkreislauf einer Elektrofahrzeugbatterie berühren. Für jedes Modell sollten die Serviceinformationen des jeweiligen Herstellers konsultiert werden, da sich die Kühlarchitektur erheblich unterscheidet.

Kann ein Ausfall der Kühlung einer Elektroautobatterie dauerhafte Schäden verursachen?

Ja. Wiederholte thermische Ereignisse – selbst wenn das Batteriemanagementsystem (BMS) ein vollständiges thermisches Durchgehen verhindert – führen zu Lithiumplattierung, beschleunigtem Wachstum der SEI-Schicht und Zellungleichgewicht. Mit der Zeit führt dies zu einem dauerhaften Kapazitätsverlust, der durch kein Software-Update oder eine Rekonditionierung rückgängig gemacht werden kann.

Wie oft sollte das Kühlmittel von Elektrofahrzeugbatterien überprüft werden?

Die meisten Fahrzeughersteller empfehlen eine Kühlmittelprüfung alle 5 Jahre oder 150,000 Meilen (ca. 240.000 km). Werkstätten sollten jedoch bei jeder größeren Wartung Verunreinigungen, pH-Wert und Gefrierpunkt überprüfen. Elektrofahrzeuge, die häufig schnellgeladen werden oder in extremen Klimazonen eingesetzt werden, profitieren von häufigeren Kontrollen des Kühlsystems.