Im Bereich der erneuerbaren Energien ist die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batteriesystemen von entscheidender Bedeutung. Thermisches Durchgehen ist dabei ein entscheidender Faktor für die Sicherheit. Um den Risiken durch thermisches Durchgehen wirksam zu begegnen, sind Wärmeschutzdesign und Technologien zur Unterdrückung thermischen Durchgehens zu den wichtigsten Forschungsschwerpunkten geworden. Diese können hauptsächlich auf Zellen-, Modul- und Batterieebene umgesetzt werden.
I. Wärmeschutzdesign zwischen Zellen
Verschiedene Zelltypen verfügen über unterschiedliche Wärmeschutzstrukturen:
- Zylindrische Batterien: Es wird eine Kapselungsstruktur verwendet, und die Zellen werden mit wärmeleitendem PCM-Klebstoff verbunden. Diese Methode kann die Wärmeleitung zwischen den Zellen effektiv steuern und die Wärmediffusion verhindern, wodurch der stabile Betrieb der Zellen gewährleistet wird.
- Softpack-Batterien: Zur Verbindung werden Aerogelschaum und Glimmerplatten verwendet. Aerogelschaum verfügt über eine hervorragende Wärmedämmung, und Glimmerplatten blockieren die Wärmeübertragung effektiv und gewährleisten so einen thermischen Schutz zwischen den Zellen.
- Prismatische Batterien: Aerogel wird mit einem Silikonkautschukrahmen und einer PET-Folie kombiniert. Wärmedämmende Einsätze bilden eine thermische Schutzstruktur. Das Aerogel sorgt für die Wärmedämmung, der Silikonkautschukrahmen für die Abdichtung, und die PET-Folie und die wärmedämmenden Einsätze verhindern zusätzlich die Wärmeausbreitung und erhöhen so die thermische Stabilität der Zellen.
II. Wärmeschutzdesign von Batteriemodulen
Ziel des Wärmeschutzes für Batteriemodule ist es, das Ausmaß des thermischen Durchgehens zu minimieren. Auf Modulebene werden Materialien und Strukturen wie Glimmerplatten, Glasfaser, keramisierter Silikonkautschuk und Aerogel im Wärmeschutzdesign eingesetzt. Diese Materialien können die Wärmediffusion zwischen Modulen effektiv verzögern oder verhindern, die thermische Wechselwirkung zwischen Modulen reduzieren und das Risiko eines thermischen Durchgehens senken, wodurch der sichere Betrieb der Batteriemodule gewährleistet wird.
III. Wärmeschutzdesign des gesamten Batteriesystems
- Schutz der Oberschale: Die Oberschale des Akkupacks besteht aus feuerfest beschichtetem Plattenmaterial. Dieses Design verbessert die Feuerfestigkeit der Oberschale und verhindert die Ausbreitung von Flammen. Dadurch wird ein grundlegender Schutz für den Akkupack gewährleistet.
- Kühlkreislaufschutz: Der Kühlkreislauf des Akkupacks verwendet eine Nylon-Wasserrohr-Schutzhülle in Kombination mit keramischem Silikonband, um Kühlmittellecks und Isolationsfehler zu verhindern. Der zuverlässige Betrieb des Kühlkreislaufs ist entscheidend für das Wärmemanagement des Batteriesystems und stellt sicher, dass das Kühlmittel die von der Batterie erzeugte Wärme effektiv abführen kann.
- Schutz elektrischer Verbindungen: Glimmerband und Keramik-Silikonband schützen elektrische Verbindungen wie Kupferschienen im Akkupack und verhindern so, dass das Gehäuse durch Lichtbögen beschädigt wird und ein Brand entsteht. Gleichzeitig verhindert dieser Schutz Isolationsfehler durch austretende Flüssigkeit und gewährleistet so die Sicherheit elektrischer Verbindungen.
IV. Technologie zur Unterdrückung des thermischen Durchgehens des Batteriesystems
- Notkühlsystem: Der gesamte Fahrzeugkühlkreislauf wird genutzt. Ein System aus Wassertank, Wasserpumpe usw. sorgt für die Notkühlung der Zellen bei thermischem Durchgehen. Auch das Luftkühlsystem ist an diesem Prozess beteiligt. Durch die Kreislaufkühlung kann die Temperatur der Zellen schnell gesenkt und so die Entstehung eines thermischen Durchgehens effektiv verhindert werden. Ein guter thermischer Schutz zwischen den Zellen ist Voraussetzung für die Notkühlung, die dem Kühlsystem mehr Zeit verschafft.
- Feuerlöschsystem: Bei thermischem Durchgehen kommen verschiedene Löschmittel zum Einsatz. Dazu gehören gasförmige Stoffe wie Heptafluorpropan, flüssige Stoffe wie Perfluoraceton und feste Stoffe wie Aerogelpulver und Kaliumsalze. Diese Stoffe können je nach Situation dazu beitragen, Brände effektiv zu löschen und die durch thermisches Durchgehen verursachten Schäden zu reduzieren.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Design des Wärmeschutzes von Lithium-Ionen-Batteriesystemen mehrere Ebenen wie Zellen, Module und den gesamten Batteriesatz umfassend berücksichtigen muss. Ein gezieltes Design muss basierend auf den Eigenschaften und Diffusionswegen des thermischen Durchgehens der Zellen erfolgen. Die Kombination aus einem angemessenen Wärmeschutzdesign und einer Technologie zur Unterdrückung des thermischen Durchgehens kann das Ausmaß und die Auswirkungen des thermischen Durchgehens effektiv kontrollieren. Dies gewährleistet den sicheren Betrieb von Lithium-Ionen-Batteriesystemen und fördert die gesunde Entwicklung der erneuerbaren Energien.
