Was ist vorausschauende Wartung?

Vorausschauende Wartung bedeutet, Batterieprobleme zu erkennen, bevor sie zu teuren Problemen werden. Das Konzept wird in Verkaufsgesprächen häufig verwendet, aber die eigentliche Arbeit besteht darin, auf Spannungskurven zu starren und mit Ihrem BMS-Anbieter darüber zu streiten, warum dessen Alarme immer wieder um 3 Uhr morgens ausgelöst werden.

Lithium-Ionenzellen sterben nicht plötzlich. Sie geben Warnungen. Der Trick besteht darin, zu wissen, wonach man suchen muss.

Eine Zelle, die an Kapazität verliert, zeigt im Vergleich zu ihren Nachbarn bei gleichem Ladezustand eine niedrigere Spannung. Anfangs vielleicht 20 Millivolt. Leicht zu übersehen, wenn Sie nur Daten auf Pack{3}}-Ebene überprüfen. Drei Monate später beträgt die Lücke 80 Millivolt, und jetzt haben Sie Probleme mit dem Wärmemanagement, weil eine Zelle härter arbeitet als der Rest.

Das Kriechen des Innenwiderstands ist das andere große Problem. Wir haben im vergangenen Frühjahr ein Modul aus einem Netzspeichersystem gezogen, das seit vier Jahren in Betrieb war. Auf dem Papier sahen die Zellen gut aus. Die Kapazität lag immer noch bei 84 %. Aber der DC-Innenwiderstand war von 1,2 Milliohm auf 2,8 Milliohm gestiegen. Dieses Modul gab jedes Mal Wärme an seine Nachbarn ab, wenn das System auf einen Frequenzregulierungsruf reagierte.

Li-ion motion during the charge (a) and discharge (b) process.

Jedes Batteriemanagementsystem erfasst Spannung, Strom und Temperatur. Dieser Teil ist einfach. Das Nützliche ergibt sich daraus, was Sie im Laufe der Zeit mit diesen Daten machen.

Die Kapazitätsschwundrate sagt Ihnen mehr als nur die absolute Kapazität. Eine Zelle, deren Wert im ersten Jahr von 100 % auf 94 % und im zweiten Jahr auf 91 % gesunken ist, verhält sich normal. Bei einer Zelle, die 18 Monate lang bei 97 % blieb und dann innerhalb von drei Monaten auf 88 % abfiel, stimmt intern etwas nicht. Vielleicht hat sich endlich ein Herstellungsfehler eingeschlichen. Möglicherweise ist es während einer Hitzewelle durchgebrannt, als das HVAC-System wegen Wartungsarbeiten außer Betrieb war.

Die Coulomb-Effizienz ist für Zellen wichtig, die häufigen Zyklen unterliegen. Netzspeichersysteme könnten 300 Zyklen pro Jahr erleben. Eine Schnellladestation für Elektrofahrzeuge könnte die Zellen auf 500 oder 600 laden. Wenn eine Zelle 99,1 % der von Ihnen eingegebenen Energie zurückgibt statt 99,7 %, verbraucht irgendetwas intern Lithium. Normalerweise SEI-Wachstum. Manchmal kommt es zu einer Lithiumbeschichtung, wenn der Akku bei kaltem Wetter ohne ordnungsgemäßes Vorheizen aufgeladen wurde.

Ich habe häufiger Batterieausfälle gesehen, die auf fehlerhafte Zellen zurückzuführen sind, obwohl die eigentliche Ursache ein schlechtes thermisches Design war. Ein Schrank in direkter Nachmittagssonne. Ein Kühlventilator, der ausgefallen ist und zwei Wochen lang niemand bemerkt hat. Einlassöffnungen durch Lagerstaub verstopft.

Die Zellentemperatur während des Ladevorgangs ist wichtiger als die Umgebungstemperatur. Ein Akku, der bei 0,5 °C aufgeladen wird, kann 8 oder 10 °C über der Umgebungstemperatur liegen. Dieselbe Packung könnte bei 1 °C Temperaturen über 20 °C erreichen. Multiplizieren Sie das nun über Hunderte von Zyklen.

Wir hatten einen Kunden in Nevada, der sich im zweiten Betriebsjahr über einen vorzeitigen Kapazitätsverlust beschwerte. Es stellte sich heraus, dass ihre Anlage nach Westen ausgerichtet war. Die Sommersonne am Spätnachmittag erhitzte das südliche Ende ihres Batterieraums auf 30 °C, während das nördliche Ende bei 30 °C lag. Die Zellen am heißen Ende alterten fast doppelt so schnell. Die vorausschauende Wartung erkannte die Abweichungen, aber der Schaden war bereits angerichtet, als sich jemand ernsthaft mit den Daten befasste.

Die Durchführung der elektrochemischen Impedanzspektroskopie an einem Live-System ist für die meisten Bediener nicht praktikabel. Die Ausrüstung kostet richtig Geld und man braucht jemanden, der weiß, wie man die Ergebnisse interpretiert.

Stattdessen verfolgen die meisten Standorte den Gleichstromwiderstand während des normalen Betriebs. Spannungseinbruch unter Last messen. Vergleichen Sie es mit den Basismessungen aus der Inbetriebnahme. Eine Zelle, die einen um 40 % höheren Widerstand aufweist als ihre Nachbarn, sagt Ihnen etwas.

Einige BMS-Plattformen berechnen den Widerstand automatisch aus Lade- und Entladeereignissen. Die Genauigkeit variiert. Ich habe Systeme gesehen, die es auf 5 % schaffen, und Systeme, die Müll produzieren, weil sie zu den falschen Zeitpunkten im Zyklus Proben nehmen.

BMS operation inside the EV.

Die 80-Prozent-Gesundheitsschwelle wird überall wiederholt, als wäre sie auf Steintafeln von einem Berg heruntergekommen. Echte Ersatzentscheidungen sind chaotischer.

Ein Netzspeichersystem, das für die Kapazität bezahlt wird, könnte Module zu 82 % austauschen, da der Umsatzverlust durch die reduzierte Leistung die Modulkosten übersteigt. Eine Notstromanlage in einem Rechenzentrum kann dazu führen, dass die Zellen bis zu 70 % entladen, da sie sich bei Ausfällen nur ein paar Mal im Jahr entladen.

Garantiebedingungen beeinflussen viele Entscheidungen. Die meisten Zellhersteller garantieren bei einer bestimmten Zyklenzahl eine Kapazität von 70 % oder 80 %. Wenn Ihre Daten zeigen, dass ein Modul sechs Monate früher unter die Garantieschwelle fällt, wird das Gespräch mit Ihrem Lieferanten viel interessanter.

Die großen Player verkaufen Analysepakete, die maschinelles Lernen und KI-gestützte Erkenntnisse versprechen. Einiges davon ist nützlich. Vieles davon sind Trendlinien mit ausgefallenen Grafiken.

Was tatsächlich hilft, ist die Organisation historischer Daten, die einen Vergleich ähnlicher Systeme ermöglicht. Wenn Sie fünfzehn identische Batteriebehälter betreiben und einer davon schneller altert als die anderen, möchten Sie das wissen. Wenn bei der Zellencharge 2847 Ihres Lieferanten an mehreren Standorten Probleme auftreten, möchten Sie das unbedingt wissen.

Anforderungen an die Datenspeicherung sind nicht trivial. Die Protokollierung auf Zellenebene-in Intervallen von einer-Sekunde erzeugt etwa 2 Gigabyte pro Megawatt-Stunde pro Jahr. Um die Lagerkosten niedrig zu halten, führen die meisten Betreiber seltener Proben durch, doch dann übersehen Sie vorübergehende Ereignisse.

General flowchart of the BMS.

Durch vorausschauende Wartung können fehlerhafte Zellen nicht repariert werden. Es kann thermische Schäden nicht rückgängig machen. Es kann eine schlecht konzipierte Einrichtung nicht ausgleichen.

Es kann Ihnen Vorlaufzeit verschaffen. Ein Modul, das während eines sommerlichen Spitzenbedarfsereignisses ausgefallen wäre, fällt stattdessen während eines geplanten Wartungsfensters im April aus. Dieser Unterschied könnte Ihnen eine Strafzahlung oder einen Versicherungsanspruch ersparen.

Die Standorte, die einen echten Nutzen aus der vorausschauenden Wartung ziehen, sind diejenigen, die tatsächlich auf die Daten reagieren. Ich bin durch Einrichtungen mit wunderschönen Armaturenbrettern gelaufen, die alle möglichen Warnungen zeigten, die seit Monaten niemand mehr angeschaut hatte. Das ist keine vorausschauende Wartung. Das ist teures Datenhorten.