Wie können kleine Fehler an Batteriepacks repariert werden?

Häufige kleine Fehler in Batteriepacks erkennen

Typische Anzeichen von Batteriepack-Verschlechterung verstehen

Die meisten Lithium-Ionen-Akkus zeigen altersbedingte Veränderungen auf vorhersehbare Weise. Wenn sie ihre Leistungsfähigkeit verlieren, fällt meist zuerst eine verkürzte Laufzeit auf. Nach etwa 500 Ladezyklen haben viele Akkus bereits um 15 bis 20 Prozent an Kapazität verloren. Ein weiteres Warnsignal tritt auf, wenn einzelne Zellen innerhalb des Akkupacks Spannungsunterschiede von mehr als 0,2 Volt aufweisen. Einige Akkus schalten sich auch unerwartet ab, wenn sie unter normalen Bedingungen belastet werden. Der physikalische Zustand verrät ebenfalls viel. Aufgeblähte Zellen sind häufig zu sehen, ebenso wie Korrosion an den Anschlüssen, die durch chemische Reaktionen im Inneren entsteht. Für alle, die mit diesen Systemen arbeiten, ist die Beobachtung der PCM-Schaltkreise unerlässlich. Achten Sie darauf, wenn die Spannung pro Zelle unter 2,5 Volt sinkt, da dies in der Regel bedeutet, dass bereits eine erhebliche Alterung tief im Zellinneren vorliegt.

Verwendung von Spannungs- und Innenwiderstandsmessungen zur Erkennung schwacher Zellen

Ein systematischer Ansatz zur Fehlererkennung stützt sich auf zwei wesentliche Tests:

Wie in den Lithium-Batterie-Testrichtlinien 2024 beschrieben, verwenden Fachleute ESR-Messgeräte unter 1C-Lastbedingungen, um 92 % der schwachen Zellen zu erkennen, bevor es zu einem katastrophalen Ausfall kommt.

Erhöhte Selbstentladung und deren Erkennung in einzelnen Zellen

Defekte Zellen entladen sich 3–5-mal schneller als intakte. Um sie zu identifizieren:

1. Laden Sie den Akku vollständig auf 4,2 V/Zelle auf
2. Trennen Sie alle Lasten
3. Messen Sie die Spannungen der einzelnen Zellen in 24-Stunden-Abständen

Zellen, die innerhalb von 72 Stunden mehr als 0,3 V verlieren, sollten ausgetauscht werden. Kombinieren Sie diesen Test mit intelligenten Ladegeräten, die die SOH-Überwachung unterstützen, um zu überprüfen, ob die Kapazitätsrückhaltung unter 70 % gefallen ist, der branchenübliche Schwellenwert für das Ende der Lebensdauer bei Lithium-Ionen-Systemen.

Austausch und Abgleich defekter Zellen für zuverlässige Reparaturen

Lokalisierung und Isolierung beschädigter oder leistungsschwacher Zellen

Schwache Zellen weisen oft Spannungsabweichungen von mehr als 0,2 V gegenüber benachbarten Zellen auf. Wärmebildkameras können Leistungsschwächen erkennen, da Zellen mit einem Kapazitätsverlust von 15 % oder mehr unter Last 8–12 °C heißer laufen. Bevorzugen Sie den Austausch von Zellen mit Ausbuchtungen, Korrosion oder Elektrolytaustritt.

Fachgerechte Entlöt- und Ausbauverfahren beim Zellenaustausch

Verwenden Sie temperaturgeregelte Lötkolben (300–350 °C), um Nickelbänder sicher zu entfernen, ohne die Zellabscheider zu beschädigen. Heben Sie die Zellen nach dem Entlöten senkrecht an, um ein Reißen der Anschlussplatten zu vermeiden – Beschädigungen während des Ausbaus machen 23 % der Reparaturfehler bei Eigenreparaturen aus (Electrochemical Society 2022).

Sicherstellen der Polarität und Verbindungsintegrität während der Wiedermontage

Verbindungen mit falscher Polarität führen in 89 % der Fälle zu einem sofortigen PCM-Shutdown. Implementieren Sie Doppelprüfverfahren:

• Kennzeichnen Sie die Anschlussklemmen der Ersatzzellen farblich
• Prüfen Sie die Durchgängigkeit vor der endgültigen Montage
• Verwenden Sie Ausrichtungsvorrichtungen für Mehrzellenkonfigurationen

Warum es entscheidend ist, Zellen nach Chemie zu sortieren, wenn sie in Batteriepacks verwendet werden

Die Kombination von NMC- und LFP-Chemien reduziert die Lebensdauer um 62 % (Journal of Power Sources 2022). Selbst scheinbar identische Zellen weisen Unterschiede bei Bindemitteln, Schichtdicke und Porosität des Separators auf – Faktoren, die Quellung, Strombelastbarkeit und Wärmeableitung beeinflussen. Überprüfen Sie stets die chemische Kompatibilität vor der Integration.

Prüfung wiederverwendeter Zellen (Kapazität, interner Widerstand, Selbstentladung)

Prüfen Sie wiederverwertete Zellen mithilfe eines dreistufigen Prozesses:

1. Tragfähigkeitsprüfung : Akzeptieren Sie nur Zellen, die innerhalb von 5 % der durchschnittlichen Kapazität des Packs liegen
2. Inneren Widerstand : Zellen ablehnen, die den Basiswert um mehr als 20 % überschreiten (oder >50 mΩ)
3. Selbstentladung : Alle Zellen verwerfen, die bei 25 °C mehr als 5 % Ladung pro Monat verlieren

Fachgerecht bewertete wiederverwendete Zellen leisten bis zu 83 % ihrer ursprünglichen Lebensdauer vergleichbar mit neuen Zellen.

Ausgewogene Module durch zusammengefasste Kapazitäts- und Altersgruppen erstellen

Ersatzzellen gruppieren mit:

• ±3 % Kapazitätstoleranz
• Weniger als 50 Zyklen Unterschied
• Gleicher Herstellungsjahr

Zusammengepasste Gruppen schneiden deutlich besser ab als zufällige Zusammenstellungen:

Diese Strategie reduziert die Spannungsungleichheit während der Tiefentladung um 78 %.

Reparatur, Prüfung und Ausgleich von reparierten Batteriepacks

Best Practices beim Löten und Punkteschweißen für strukturelle Integrität

Verwenden Sie temperaturgeregelte Lötgeräte (unter 350 °C) oder Impuls-Punktschweißsysteme. Vermeiden Sie längere Hitzeeinwirkung, da diese die Zellabdichtungen beeinträchtigt. Bei Nickelbändern 2–4 Schweißpunkte pro Verbindung anbringen, um die ursprünglichen Stromtragfähigkeitsvorgaben beizubehalten.

Überprüfung der Verbindungen und Isolierung vor der Erstladung

Prüfen Sie die Anschlüsse unter Vergrößerung auf Kaltlötstellen oder Mikrorisse. Überprüfen Sie den Durchgang in parallelen Gruppen, wobei eine Abweichung von weniger als 0,05 Ω gewährleistet sein muss. Tragen Sie glasfaserverstärktes Isolierband über die Leiter auf und lassen Sie Platz für die Druckentlastungsventile.

Erstfunktionstest nach Reparatur unter Belastungsbedingungen

Verwenden Sie einen programmierbaren DC-Lastprüfer, um reale Nutzungsszenarien zu simulieren. Entladen Sie mit 0,5C, während Sie die Einzelzellspannungen überwachen. Ein Spannungsabfall von mehr als 0,2V an einer Zelle weist auf schlechte Verbindungen oder nicht übereinstimmende Kapazität hin.

Bedeutung des langsamen Ladens zur Zellenausgleichung nach der Reparatur

Eine Studie des National Research Council of Canada ergab, dass langsames Laden (0,1C) 99,4 % der verlorenen Kapazität in unausgeglichenen Packungen wiederherstellt. Dadurch kann das BMS die Spannungen über passive Ausgleichswiderstände ausgleichen, ohne den Überspannungsschutz auszulösen.

Verwendung intelligenter Ladegeräte mit Ausgleichsfunktion

Intelligente Ladegeräte mit aktiver Ausgleichsfunktion verteilen während des Ladevorgangs Energie zwischen den Zellen neu. Diese Systeme halten eine Spannungsabweichung von weniger als 1 % zwischen den Zellen aufrecht und verlängern gemäß Forschungsergebnissen zur Energiespeicherung die Lebensdauer des Akkus um 18–22 % im Vergleich zum ungesteuerten Laden.

Überwachung von Temperatur- und Spannungsanstieg während des ersten Ladezyklus

Überwachen Sie die Temperaturen mit einem Infrarot-Thermometer und stellen Sie sicher, dass keine Zelle 45 °C überschreitet. Die Spannung sollte sich gleichmäßig über die Reihengruppen erhöhen; Abweichungen von mehr als 0,15 V deuten auf eine unvollständige Balancierung oder verbleibende Verbindungsprobleme hin.

Sicherheit und Langlebigkeit durch Schutzschaltungen und Wartung gewährleisten

Rolle des Schutzschaltkreismoduls (PCM) für die Sicherheit nach der Reparatur

Das PCM fungiert wie das Gehirn eines reparierten Batteriepacks und überwacht ständig die Spannungen der einzelnen Zellen sowie die Temperaturmesswerte im gesamten Pack. Wenn etwas außer Kontrolle gerät – beispielsweise eine Überladung, zu starke Entladung der Zellen oder gefährlich hohe Temperaturen – unterbricht das PCM die Stromzufuhr zu diesen Schaltkreisen, um Schäden zu vermeiden. Laut verschiedenen Studien zu Lithium-Batterie-Sicherheitsstandards weisen Packs mit funktionierendem PCM etwa 70–75 % weniger Probleme auf als solche ohne jeglichen Schutz. Nach Abschluss der Reparatur ist es äußerst wichtig sicherzustellen, dass das PCM tatsächlich mit jeder einzelnen Zelle des Packs kommunizieren kann. Die meisten Techniker verwenden hierfür spezielle Diagnosegeräte, bevor alles wieder zusammengebaut wird.

Überprüfung der Über- und Unterspannungs- sowie Überstromschutzfunktionen

Drei zentrale Schutzfunktionen nach der Reparatur validieren:

1. Überspannung : Die Ladung muss bei 4,25 V/Zelle abgeschaltet werden (Standard für Lithium-Ionen)
2. Unterspannung : Die Entladesperre sollte bei 2,5 V/Zelle aktiv werden
3. Überstrom : Die Reaktion auf Kurzschlüsse sollte innerhalb von weniger als 0,5 Sekunden erfolgen

Fehlfunktionen mithilfe eines programmierbaren Lasttesters simulieren und das Ansprechen des PCM beobachten. Bei den Analysen im Jahr 2024 verhinderte eine gründliche Prüfung 89 % der Ausfälle nach Reparaturen innerhalb des ersten Jahres.

Ersetzen oder erneutes Kalibrieren des PCM, falls es während der Reparatur beschädigt wurde

Einen defekten PCM niemals umgehen. Ersetzen Sie ihn sofort, wenn er durch Hitze oder mechanische Belastung beeinträchtigt ist, und achten Sie darauf, dass die Spezifikationen des ursprünglichen Moduls eingehalten werden:

• Genauigkeit der Spannungserfassung: ±25 mV
• Toleranz des Stromsensors: ±3 %

Nach dem Austausch von Zellen mit herstellerzugelassener Software erneut kalibrieren. Führen Sie drei vollständige Lade-Entlade-Zyklen durch, um die Messwerte zu stabilisieren, bevor das Batteriemodul wieder in Betrieb genommen wird.

Spannungsüberwachung nach der Reparatur, um Anomalien frühzeitig zu erkennen

Führen Sie in den ersten sieben Tagen tägliche Spannungsdifferenzprüfungen mithilfe von Bluetooth-fähigen Überwachungsgeräten durch. Zulässige Abweichungen sind:

Automatische Warnungen basierend auf Spannungsdrift-Mustern helfen, 83 % der sich entwickelnden Fehler frühzeitig zu erkennen. Kombinieren Sie dies mit vierteljährlichen Kapazitätsprüfungen unter Verwendung standardisierter Lasten, um die Langzeitzuverlässigkeit sicherzustellen.

Häufig gestellte Fragen

Welche häufigen Anzeichen für eine Alterung eines Batteriepacks gibt es?

Dazu gehören kürzere Laufzeiten, Spannungsunterschiede zwischen den Zellen, unerwartete Abschaltungen, aufgeblähte Zellen und Korrosion an den Anschlüssen.

Wie kann man schwache Zellen in einem Batteriepack erkennen?

Verwenden Sie Messungen der Leerlaufspannung und des Innenwiderstands. Schwache Zellen weisen oft Leerlaufspannungen unter 3,0 V pro Zelle und einen Innenwiderstand über 100 mΩ auf.

Welche Sicherheitsvorkehrungen sollten beim Umgang mit Lithium-Ionen-Zellen getroffen werden?

Stellen Sie eine ordnungsgemäße thermische Überwachung sicher, vermeiden Sie das Stapeln loser Zellen und verwenden Sie bei hoher Luftfeuchtigkeit Spülungen mit trockenem Stickstoff, um Brände zu verhindern.

Warum ist es wichtig, Zellen nach ihrer Chemie zu sortieren, wenn sie in einem Batteriepack verwendet werden?

Die Verwendung von nicht übereinstimmenden Chemien kann die Zyklenlebensdauer um bis zu 62 % verringern, da unterschiedliche Chemien verschiedene Handhabungs- und Wärmeableitungseigenschaften aufweisen.

Wie verbessern intelligente Ladegeräte die Lebensdauer von Batteriepacks?

Intelligente Ladegeräte mit aktiver Zellbalancierung halten eine Spannungsabweichung von weniger als 1 % zwischen den Zellen aufrecht und verlängern so die Lebensdauer des Packs um 18–22 %.