Die Sicherheit von Elektrofahrzeugen hängt maßgeblich von der Batterie ab - und so hat sich diese zu einem gut
überwachten System entwickelt. Neben Spannung, Strom und Temperatur wird auch die Feuchtigkeit in den Batterien
detektiert. Dies hilft, sie energiesparend zu belüften.

Batteriemanagement ist heute Pflicht in Elektro- und Hybridautos. Denn damit lässt sich bei einem Unfall die Gefahr eines elektrischen Schlages minimieren. Das System erkennt aber auch Fehlfunktionen der Batterie und stellt deren ordnungsgemäße Wartung sicher. Zudem kann das Fahrzeug auf diese Weise unter verschiedenen Umgebungsbedingungen betrieben werden. So ist eine Fahrzeugbatterie heute mit vielen Sensoren ausgestattet, die die Parameter Spannung, Strom, Temperatur und Druck kontinuierlich überwachen. Weitere Sensoren erfassen die Beschleunigung, die Ausrichtung des Fahrzeugs auf dem Boden und die Feuchtigkeit. Wenn bestimmte Sensoren die Über- oder Unterschreitung eines definierten Bereiches melden, wird die Batterie unverzüglich elektrisch vom Fahrzeug getrennt, um die Sicherheit zu gewährleisten.

Kurzschluss vermeiden und Energie sparen
Damit die Batterie während des Betriebs des Fahrzeugs nicht überhitzt, wird sie aktiv mit Luft oder Wasser gekühlt. Fährt man das Elektrofahrzeug bei feuchten Wetterbedingungen, beispielsweise in tropischen Regionen oder an Regentagen, sammelt sich Feuchtigkeit im Innenraum der Batterie. Erreicht der Taupunkt der Luft im Inneren der Batterie die Temperatur der gekühlten Batterie, kondensiert Feuchtigkeit auf der Innenseite der Batterie. Dieser Wasserfilm erhöht das Risiko von Kurzschlüssen, die zum Abschalten der Batterie und zu potentiellen Schäden an der Batterie führen. Die Ansammlung von Feuchtigkeit lässt sich verhindern, indem das Gehäuse mit Trockenluft aus der Klimaanlage des Fahrzeugs belüftet wird.
Um jedoch eine ständige Belüftung der Batterie zu vermeiden und unnötige Energie zu verbrauchen, kann die Feuchte der Luft im Inneren der Batterie überwacht werden. Der Belüftungsprozess wird so nur in Gang gesetzt, wenn die Feuchte den vorgegebenen kritischen Wert übersteigt und ein Kondensieren möglich ist. Durch diese Strategie wird der Energieverbrauch der Klimaanlage minimiert und die Gesamteffizienz des Fahrzeugs bei gleichzeitiger Gewährleistung der Sicherheit der Batterie verbessert.

Lebenszeit verlängern
Übermäßige Feuchte beschleunigt zudem die Korrosion der elektrischen Kontakte und Anschlüsse der Batterie. Diese Teile sind besonders korrosionsanfällig, da sie während des Betriebs heiß werden. Um die Gefahr von Korrosionsschäden zu verringern, kann eine feuchtegesteuerte Belüftung mit Trockenluft - ähnlich wie oben beschriebenen - implementiert werden. Somit lässt sich durch die Vermeidung übermäßiger Feuchte in der Batterie der Wartungsaufwand reduzieren.
Ein weiteres Problem beim Batteriemanagement ist die Alterung der Batterie aufgrund des Eindringens von Feuchtigkeit. Die Behälter der Fahrzeugbatterien können mit Belüftungsventilen versehen sein, um Schwankungen des atmosphärischen Drucks auszugleichen. Diese Belüftungsventile bestehen üblicherweise aus wasserabweisendem Gewebe. Obwohl diese im Wesentlichen wasserdicht sind, dringt im Laufe der Zeit Feuchtigkeit durch das Gewebe in die Batterie ein. Angesichts der langen Nutzungszeit eines Fahrzeugs kann die Menge des eingedrungenen Wassers zu einem Problem werden, da das Wasser mit den Elektrolyt- und Lithium-Elektroden reagiert. Durch die chemische Wechselwirkung entstehen Gase innerhalb der Batteriezelle, die die Eigenschaften des Elektrolyts verschlechtern. Das Endergebnis ist eine reduzierte Leistung und Lebensdauer der Zelle. Die rechtzeitige Wartung der Batterie ist daher für den sicheren Betrieb des Fahrzeugs wichtig. Wenn das Fahrzeug in heißen und feuchten Regionen benutzt wird, erfolgt die Abnutzung der Batterie schneller als in trockenen Umgebungen, da mehr Feuchtigkeit in die Batterie eindringt. Die Wartungsintervalle hängen demzufolge von den Witterungsbedingungen ab, denen das Fahrzeug ausgesetzt ist. Durch das Erfassen der Feuchte an der Batterie kann das Fahrzeug dem Fahrer mitteilen, wenn die Batterie gewartet werden muss.

Geprüfte Feuchte- und Temperatursensoren
Für all diese Aufgaben eignen sich die Feuchte- und Temperatursensoren des Typs SHT21 des Schweizer Herstellers Sensirion. Diese basieren auf der proprietären CMOSens-Technologie, welche Sensorelement und Auswertelektronik auf einem Halbleiterchip vereint. Diese Sensoren haben sich unter den Fahrzeugherstellern mittlerweile etabliert, Sensirion stellt sie in millionenfacher Stückzahl her. Die Vorteile der CMOSens-Sensoren sind die direkte Integration ins Batteriemanagementsystem, die digitale Schnittstelle für die Datenübermittlung zwischen CAN-Bus und Sensornetzwerk sowie die Diagnose der Kommunikation, die einen zuverlässigen Betrieb gewährleistet.
Dieser SHT21-Sensor besteht aus einem Chip, der zu einer 3 x 3 x 1,1 Millimeter kleinen Komponente vergossen wird. Durch das Vergießen zu kompakten DFN-Bauteilen wird der Feuchtesensor zudem gegen äußere Einflüsse geschützt, was zu einer hohen Langzeitstabilität führt. Der Sensor ist vollständig kalibriert und verfügt über eine digitale I²C-Schnittstelle. Analoge Ausgangsmodi (wie zum Beispiel PWM) sind auf Anfrage ebenfalls erhältlich. Im digitalen Kommunikationsmodus zieht der Sensor nur dann Energie, wenn er aktiv ist und misst. Dies führt zu einem geringen durchschnittlichen Energieverbrauch von 3 μW, wobei sich dieser mit einer geringeren Messfrequenz weiter reduzieren lässt. Der Feuchtesensor ist gemäß Automobilstandard AEC-Q100 geprüft.