Neben der wachsenden Nachfrage nach IoT im Automobilbereich hat sich das eCall-System als integraler Bestandteil zur Verbesserung der Fahrzeugsicherheit und -zuverlässigkeit etabliert. Dies treibt die Nachfrage nach langlebigen und robusten eCall-Batterien voran. Welche Herausforderungen und Lösungen gibt es bei der Anpassung einer geeigneten eCall-Batterie? Dieser Artikel untersucht die Funktionen und Designüberlegungen hinter einer effektiven eCall-Batterie.
Was ist eine eCall-Batterie?
Definition
Das eCall-System (Emergency Call) ist ein Notrufsystem der Europäischen Union für Fahrzeugunfälle. Es dient hauptsächlich dazu, den Standort und wichtige Daten eines Fahrzeugs automatisch oder manuell an die Notrufzentrale (PSAP) zu senden. eCall-Batterien dienen bei einem Stromausfall als Notstromversorgung.
Funktion
Die eCall-Batterie ist die entscheidende Komponente des eCall-Systems, da sie eine kontinuierliche Stromversorgung gewährleistet.
- Mit eCall-Batterie ist die Backup-Batterie gemeint, die das eCall-System mit Strom versorgt, wenn die Hauptstromversorgung des Fahrzeugs ausfällt.
- Die eCall-Batterie stellt sicher, dass das System Notrufe auslöst, Standort- und Unfalldaten überträgt und die Sprachkommunikation nach einem Unfall aufrechterhält.
UN-Regelung Nr. 144 (Rev.1) betont, dass diese Notstromversorgung vor dem Unfall mindestens 5 Minuten im Sprachmodus und 60 Minuten im Rückrufmodus verfügbar bleibt und das eCall-System nach dem Unfall mit Strom versorgt. Daher ist es wichtig, die verschiedenen eCall-Batterietypen und -Herausforderungen zu kennen, bevor man eine Entscheidung trifft.
Wie eCall-Vorschriften die Nachfrage nach fortschrittlichen Batterielösungen antreiben？
Im Februar 2024 veröffentlichte die Europäische Union zwei Dokumente zu E-Call-Systemen:EU-2024/1180 und EU 2024/1184 – Förderung der Weiterentwicklung von e-Call von CS-eCall zu NG-eCall.
Für die nächste Generation von eCall-Systemen werden hochtemperaturbeständige, langlebige und energiedichte Lithium-Ionen-Batterien bevorzugt.
Die folgende Tabelle zeigt die regulatorischen Aktualisierungen für das eCall-System. Anschließend stelle ich die Anforderungen an das Batteriedesign basierend auf diesen Änderungen dar.
| Upgrade-Richtung | Technische Änderungsbeschreibung | Designanforderungen für eCall-Backup-Batterien |
| Kommunikationsnetzwerk (2G/3G→4G/5G) | Wechsel des Netzwerkzugriffstyps von GSM/UMTS zu LTE/5, was schnellere Geschwindigkeiten und bessere Echtzeit bietet | Hohe Energiedichte Stabile Spannungsausgabe |
| Signalisierungssystem (SS7/ISUP→SIP (IMS)) | Vollständige IP-basierte Signalisierung Komplexere Dateninteraktion | Niedriger Innenwiderstand Schnelle Reaktion auf transiente Ströme |
| Sprach- und Datenkanal (Einzelne Sprache → Sprache + Daten gleichzeitig) | IMS ermöglicht gleichzeitige Sprach- und Datenkommunikation. Längere Kommunikationsdauer | Hohe Entladungsrate Kontinuierliche Stromversorgung |
| MSD-Übertragung (In-Band-zu-Out-of-Band-Kommunikation) | Höhere Out-of-Band-Rate Stärkere Anti-Interferenz | Stabile Spannung bei Hochfrequenzkommunikation, um eine Unterbrechung der Verbindung zu verhindern |
| Netzwerkübergabe (GSM/UMTS→4G/5G adaptiv) | Unterstützt Handoff und standardübergreifende Kompatibilität bei hoher Geschwindigkeit | Zuverlässige Stromversorgung bei kurzfristigen Stromschwankungen |
| Steigende Anforderungen an den PLMN-Support | Unterstützt IMS-Notrufe MSD-Updates | Niedrige Selbstentladungsrate Hervorragende Kapazitätserhaltung |
| Umwelt und Anpassungsfähigkeit | Höherer Stromverbrauch des 4G/5G-Moduls. Höhere thermische Belastung | Beständigkeit über einen großen Temperaturbereich (-40 °C bis +85 °C) Sicherheitszertifizierung für Fahrzeuge |
Wie wählen Sie den besten Batterietyp für Ihr eCall-System aus?
Die neue eCall-Generation (NG-eCall) entwickelt sich in Richtung 4G/5G und IMS-Technologie. Dadurch hat sich die Auswahl an eCall-Batterien von den frühen NiMH-Batterien mit geringem Stromverbrauch hin zu modernen Lithium-Ionen-Batterien und Lithium-Eisenphosphat-Batterien verlagert. Hier stelle ich eine Tabelle mit einem Vergleich ihrer chemischen Zusammensetzung, Eigenschaften sowie Vor- und Nachteile vor.
| Batterietyp | Chemie | Hauptmerkmal | Vorteile | Nachteile | Typische Anwendung im eCall |
| LiFePO4 (Lithiumeisenphosphat) | LiFePO4 | 3.2 V nominal. Stabile Chemie | Ausgezeichnete thermische Stabilität. Lange Lebensdauer | Benötigt Schutzschaltung. Batteriealterung bei Überhitzung | Für Systeme, die eine stabile Temperaturtoleranz benötigen (–40 °C ~ +85 °C) |
| Hochtemperatur-Lithium-Ionen-Batterie | Lithium-Ionen- | –40 °C ~ +85 °C Betrieb | Hohe Hitzebeständigkeit. Stabile Kapazitätserhaltung | Höhere Kosten | Lange Standby-Zeit und breiter Temperaturbereich |
| Li-Ion (Lithium-Ion) | LiCoO2/NMC | 3.6–3.7 V nominal | Kompakte Größe, hohe Energiedichte | Eingeschränkte Hochtemperaturtoleranz | Platzbeschränkte eCall-Module |
| NiMH (Nickel-Metallhydrid) | Ni-MH | 1.2 V nominal pro Zelle | Niedrige Kosten. Mittlere Temperaturtoleranz | Geringere Energiedichte, hohe Selbstentladung | Wird in frühen CS-eCall-Systemen verwendet; Schrittweiser Ersatz durch Lithiumzellen |
Was sind die größten Herausforderungen bei der Entwicklung von eCall-Batterien?
eCall-Batterien funktionieren bei einem Autounfall. Zu ihren Hauptmerkmalen zählen daher höchste Sicherheit, hohe Energiedichte, Leistung bei großem Temperaturbereich, kompaktes Design und starke Leistungsabgabe.
Anforderungen an Langlebigkeit und Sicherheit
Verlängerte Lebensdauer. eCall-Batterien arbeiten im Langzeit-Erhaltungsladezustand. Selbstentladung und Alterung des aktiven Materials können die nutzbare Kapazität der Batterie beeinträchtigen. Die Aufrechterhaltung einer ausreichenden nutzbaren Kapazität der Batterie während der gesamten Lebensdauer des Fahrzeugs ist entscheidend.
Sicherheit und Zuverlässigkeit. Batterien müssen unter extremen Bedingungen wie Fahrzeugkollisionen, hohen Temperaturen und Feuchtigkeit sicher und stabil bleiben. Sie müssen Sicherheitsrisiken wie thermisches Durchgehen, Feuer und Explosion standhalten.
Herausforderungen bei der Temperaturanpassung
Bei diesen Herausforderungen dreht es sich alles um die Chemie und Physik der Batterie, insbesondere wenn es sehr heiß oder sehr kalt wird.
1. Herausforderung bei niedrigen Temperaturen (z. B. -20 °C bis -40 °C / -4 °F bis -40 °F)
Der Elektrolyt wird schlammig und langsam: Bei niedrigen Temperaturen wird der Elektrolyt im Inneren der Batterie dickflüssig oder beginnt sogar zu erstarren, wodurch die freie Bewegung der Lithiumionen erschwert wird.
Ein enormer Anstieg des Innenwiderstands: Da sich die Ionenbewegung verlangsamt, steigt der Innenwiderstand der Batterie dramatisch an.
Die Folgen:
Unzureichende Startspannung oder Impulsstrom: Dies ist die größte Schwachstelle. Bei einem Unfall kann eine kalte Batterie möglicherweise nicht den schnellen, kräftigen Impuls liefern, der zum Starten der Mobilfunk- und GPS-Module erforderlich ist. Der Anruf kann fehlschlagen oder das Signal ist zu schwach.
„Falsche“ Kapazitätsangaben: Während die Batterie im Standby-Modus mit niedrigem Stromverbrauch noch Strom liefert, sinkt ihre nutzbare Kapazität bei hoher Entladung deutlich. Das bedeutet, dass sie möglicherweise nicht lange genug für eine vollständige eCall-Sitzung hält, die normalerweise mehrere Minuten dauern muss.
2. Herausforderungen bei hohen Temperaturen (z. B. +60 °C bis +85 °C+ / 140 °F bis 185 °F+)
Elektrolytzerfall und beschleunigte Nebenreaktionen. Hohe Hitze beschleunigt unerwünschte chemische Reaktionen in der Batterie und führt zur Zersetzung des Elektrolyten, zur Gasbildung und zu Reaktionen mit Elektrodenmaterialien.
Abbau des aktiven Materials und erhöhter Widerstand. Längere Hitzeeinwirkung schädigt das aktive Material der Elektrode und führt zur Bildung dickerer, widerstandsfähiger Oberflächenschichten (sogenannte SEI-Filme), die den Durchgang von Ionen erschweren.
Höhere Selbstentladungsrate. Bei hohen Temperaturen wird die interne Chemie übermäßig aktiv. Selbst ohne Belastung entlädt sich die Batterie schnell. Für Systeme mit langer Standby-Zeit wie eCall ist dies fatal – nach einigen Jahren kann die Batterie zu viel Ladung verlieren, um noch zu funktionieren.
Sicherheitsbedenken. Konstante Hitze erhöht das Risiko eines thermischen Durchgehens erheblich, was zu Schwellungen, Leckagen oder sogar Bränden führen kann – insbesondere in engen Räumen wie einer Fahrzeugkabine.
3. Die Herausforderung des Temperaturwechsels (von heiß zu kalt und zurück)
Da Autos täglichen und saisonalen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, dehnt sich die Batterie ständig aus und zieht sich wieder zusammen.
Physikalische Materialbelastung: Durch das wiederholte Ausdehnen und Zusammenziehen werden die inneren Bauteile des Akkus physikalisch belastet. Es können winzige Risse im Material entstehen, Beschichtungen abplatzen und Verbindungen geschwächt werden. Dies führt zu einem dauerhaften Kapazitäts- und Leistungsverlust.
Instabile Elektroden-Elektrolyt-Grenzfläche: Die schützende SEI-Schicht zwischen Elektrode und Elektrolyt bricht bei jeder Temperaturänderung und bildet sich neu. Dieser sich wiederholende Prozess verbraucht aktives Lithium und Elektrolyt, beschleunigt die Alterung der Batterie und verkürzt ihre Gesamtlebensdauer.
Energiedichte, Leistungskapazität, Volumenbeschränkungen
Hohe Energiedichte. Die eCall-Batterie muss trotz ihrer begrenzten Größe viel Energie liefern und Funktionen wie Sprachkommunikation, GPS-Ortung und Datenübertragung unterstützen.
Überlegene Leistungsabgabefähigkeit. Das System benötigt eine Batterie mit robuster Leistungsabgabe, um Kommunikationsmodule und Sensoren im gesamten eCall-System anzutreiben.
Begrenzter Platz. Das Batterievolumen muss in den begrenzten Raum des Fahrzeugs passen. Daher ist ein fortschrittliches, kundenspezifisches Design von entscheidender Bedeutung.
Um die oben beschriebenen Herausforderungen zu bewältigen, CM Batteries hat entworfen eine Batterietechnologie für einen breiten Temperaturbereich für einen benutzerdefinierten eCall-Akkusatz.
Fallstudie: 3.6 V 8700 mAh 1S2P Hochtemperaturbatterie für eCall-System
Als ein Hersteller von Automobilelektronik auf der Suche nach einer Hochtemperaturbatterie für sein eCall-Notrufsystem an uns herantrat, waren die Anforderungen klar – aber extrem anspruchsvoll. Die Batterie musste sowohl im eisigen Winter als auch bei sengender Kabinenhitze zuverlässig funktionieren, Kommunikationsmodule sofort mit Strom versorgen und im Standby-Modus jahrelang halten.
Dort ist unser 3.6 V 8700 mAh 1S2P Hochtemperatur-Li-Ionen-Akkupack reingekommen.
Kundenanforderungen
Bei bordeigenen eCall-Systemen handelt es sich um sicherheitskritische Geräte, die im Falle eines Unfalls sofort aktiviert werden müssen – auch nach jahrelanger Inaktivität. Die größten Bedenken des Kunden waren:
Was gewährleistet eine konstante Leistung von -40 °C bis +85 °C?
Wie kann eine durch wiederholte Wärmezyklen verursachte Batterieverschlechterung verhindert werden?
Wie kann eine zuverlässige Spannung für eine schnelle Impulsentladung aufrechterhalten werden, wenn das System auslöst?
Die meisten Standard-Lithium-Ionen-Akkus sind mit dieser Kombination aus langem Standby, hohen Temperaturen und sofortiger Aktivierung nicht zurechtgekommen.
Die Lösung und die wichtigsten Design-Highlights
Großer Betriebstemperaturbereich: Bietet stabile Leistung von -40 °C bis +85 °C und gewährleistet zuverlässige Starts auch unter den kältesten oder heißesten Bedingungen.
Hochtemperaturbeständige Verpackung: Konstruiert für Temperaturen von -55 °C bis +125 °C, weit über den typischen Industriegrenzen.
Hervorragende Kapazitätserhaltung: Behält unter extremen Bedingungen ≥70 % der Kapazität (im Vergleich zum Marktdurchschnitt von ~55 %).
Schnelle Impulsantwort: Liefert schnelle Stromstöße zur eCall-Aktivierung ohne Spannungsabfälle.
IP67-Schutz: Das vollständig abgedichtete Design hält Staub und Feuchtigkeit fern und gewährleistet einen sicheren Betrieb in rauen Automobilumgebungen.
Integriert BMS und NTC-Sensoren: Kontinuierliche Überwachung gegen Überladung, Überentladung und Überhitzung sorgt für langfristige Sicherheit und Zuverlässigkeit.
Wie ist der Markttrend bei Backup-Batterien für eCall-Systeme?
Die verpflichtende Nutzung von eCall-Systemen in der Europäischen Union führt zu einer steigenden Nachfrage nach zuverlässigen eCall-Backup-Batterien. Marktberichten zufolge wird der globale Markt für eCall-Backup-Batterien voraussichtlich mit einer jährlichen Wachstumsrate von 10.2% von 2026 bis 2033. Konzentrieren wir uns auf einige neue Technologien und aktuelle Themen zu eCall-Batterien.
Umwelt und Regulierung. Die REACH-Verordnung und die Batterierichtlinie 2023/1542 der Europäischen Union legen Wert auf die Sicherheit bei der Entsorgung und Nutzung von Batterien. Hersteller von eCall-Batterien sollten daher die Lieferkette untersuchen, die Batteriepassinformationen regulieren und die Kapazität sowie das Recyclingsymbol kennzeichnen. Darüber hinaus ist es wichtig, den Einsatz gefährlicher Stoffe einzuschränken und umweltfreundliche Batteriematerialien zu verwenden, um die Umwelt zu schonen.
Batterien müssen zuverlässiger, energiedichter und temperaturbeständiger sein. eCall-Systeme entwickeln sich vom traditionellen CS-eCall zum NG-eCall und stellen damit höhere Anforderungen an die Batterieleistung. Zukünftige eCall-Batterien müssen eine größere Temperaturanpassungsfähigkeit, eine längere Lagerfähigkeit und eine höhere Energiedichte aufweisen, um die Anforderungen von NG-eCall-Systemen an Echtzeit-Datenübertragung und Sprachanrufe zu erfüllen.
Fazit
Insgesamt hat die Weiterentwicklung der eCall-Systeme im Rahmen der neuen EU-Verordnung von 2024 die Messlatte für die Leistung von Backup-Batterien in Fahrzeugsicherheitsanwendungen höher gelegt. Da Fahrzeuge von 3G- auf 4G/5G-Netze umsteigen und komplexere Daten- und Sprachfunktionen integrieren, müssen eCall-Batterien nun eine höhere Energiedichte, schnellere Impulsantwort und eine größere Temperaturanpassungsfähigkeit bieten.
Die eCall-Batterie spielt eine entscheidende Rolle für die Fahrzeugsicherheit. Ihr Design muss strenge gesetzliche Vorschriften und Leistungsstandards erfüllen, um die nächste Generation intelligenter, vernetzter Fahrzeuge mit Strom zu versorgen. Haben Sie Fragen oder spezielle Wünsche? Unser Team ist immer für Sie da – denn bei CM Batteries, jede Batterie wird individuell für Ihre Bedürfnisse gebaut.
