Auch wenn es seltener zum Worst Case bei E-Fahrzeugen kommt als bei Verbrenner-Fahrzeugen – Brandunfälle mit Batterien sind ein ernst zu nehmendes Thema. Der Lehrstuhl „Production Engineering of E-Mobility Components“ (PEM) der RWTH Aachen hat jetzt Lösungen zusammengetragen. Das neue englischsprachige Whitepaper befasst sich mit den aktuellen „Herausforderungen und Lösungen in der Batteriesicherheit“.
Der 16-seitigen Publikation zufolge liegt die Ausfallrate von Elektrofahrzeugen zwischen 0,9 und 1,2 pro 10.000 solcher Autos – verglichen mit 7,3 Brandunfällen bei klassischen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor.
„Beim thermischen Durchgehen von Lithium-Ionen-Akkus wird deutlich weniger Energie freigesetzt als bei einem vergleichbaren Benzintank, aber der daraus entstehende Batteriebrand ist viel schwieriger zu löschen“, sagt PEM-Leiter Professor Achim Kampker.
Prof. Dr. Achim Kampker, Gründer und Inhaber des Lehrstuhls „Production Engineering of E-Mobility Components“ der RWTH Aachen
Laut den Autoren des Whitepapers sind aktive und passive Sicherheitsmaßnahmen bereits im Einsatz, um der Gefahr eines „Thermal Runaways“ entgegenzuwirken. Solch ein thermisches Durchgehen tritt auf, wenn eine Batteriezelle mehr Wärme produziert, als sie abführen kann, was durch elektrische, mechanische oder thermische Auslöser sowie Verunreinigungen und Herstellungsfehler bedingt sein kann. Wird eine bestimmte Schwellentemperatur erreicht, ist das Durchgehen nicht mehr aufzuhalten, und die gespeicherte Energie wird in Form von Hitze und brennbaren Gasen freigesetzt.
„Wie bei den meisten neuen Technologien, legt die Forschung und Entwicklung großen Wert darauf, die Sicherheit im Vergleich zu derjenigen Technologie zu verbessern, die ersetzt oder optimiert werden soll“, sagt Kampker. Die Herausforderung bei der Batteriesicherheit liege in ihrer Berücksichtigung auf sämtlichen Ebenen der Zell- und Akkupack-Konstruktion. Zusätzlich zur elektrischen Isolierung der einzelnen Batterieeinbauten werde in Wissenschaft und Industrie derzeit daran gearbeitet, auf Systemebene etwa durch Barrierematerialien die Ausbreitung von Wärme während eines thermischen Ereignisses zu verhindern. Entstehendes Gas könne außerdem durch eine bestimmte Form seiner Führung und Entlüftung sicher abgeleitet werden. Auch auf Zellebene gebe es unterschiedliche Sicherheitsvorkehrungen – unter anderem Stromunterbrechungsvorrichtungen und Materialien mit positivem Temperaturkoeffizienten –, die jedoch nicht für alle Batterietypen gleich geeignet seien.
„Die Batteriesicherheit ist ein fortlaufender Bereich der Forschung und Entwicklung“, heißt es in der Veröffentlichung: „Die genannten Sicherheitsmerkmale und -strategien können separat zum Einsatz kommen, aber ein vielseitiger Ansatz auf System- und Zellebene kann die allgemeine Betriebssicherheit von Maschinen, die Lithium-Ionen-Batterien verwenden, erheblich verbessern.“ Dabei stünden aufgrund ihrer hohen Wirksamkeit vor allem Wärmeschutzmaterialien im Mittelpunkt.
Das englischsprachige Dokument steht als kostenfreier Download auf der Website des PEM RWTH Aachen, www.pem.rwth-aachen.de, zur Verfügung.
Fotos: PEM RWTH Aachen
