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Risikofaktor Batterie

Industrialisierung von Li-Ion-Batterien für Automobilanwendungen

11. November 2011, 13:56 Uhr | Von Dr. Joachim Fetzer

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Sicherheit per Design

Vor allem die Sicherheit der Batterietechnik muss den hohen Ansprüchen in der Automobiltechnik genügen. Deshalb investiert SB LiMotive hier besonders hohe Entwicklungskapazitäten. Welche Auswirkungen funktionale Sicherheitsanforderungen auf das Design von Batterie und Zellen sowie für das Batterie-Management-System haben und welche prinzipiellen Möglichkeiten zur Erfüllung dieser Anforderungen existieren, stehen deshalb im Fokus dieses Beitrags. Elektro- bzw. Hybridfahrzeuge erfordern eigensichere Batteriesysteme, die mindestens die gleiche Sicherheit wie heutige Fahrzeuge bieten. Die Sicherheit einer Traktionsbatterie ergibt sich aus mehreren Aspekten, die sich in die Bereiche mechanische, elektrische und chemische Sicherheit einordnen lassen. Anforderungen bezüglich dieser Aspekte werden für Traktionsbatterien teilweise bereits heute durch bestehende automobile Standards und Regelungen formuliert, wie die ISO 6469 für Sicherheitsspezifikationen bei elektrischen Straßenfahrzeugen oder die ECE R 100 für batteriebetriebene Elektrofahrzeuge. Durch den Einsatz von Li-Ion-Zellen ergibt sich für den Automobilbereich eine Reihe neuer Anforderungen, insbesondere durch potentielle chemische Gefährdungen. Für diese Technologie im Consumer-Bereich sind zwar Standards vorhanden, allerdings gelten diese nicht für automobile Anwendungen und sind in weiten Teilen auch nicht dafür geeignet. Dementsprechend gibt es aktuell diverse Standardisierungs- und Regulierungsaktivitäten bei den entsprechenden nationalen und internationalen Organisationen und Behörden. Im Sinne klarer Anforderungen für die Batterieentwicklung ist es wichtig, diese Aktivitäten zu bündeln und auf wenige, international verbindliche und lösungsoffene Regelwerke zu konzentrieren. Zur mechanischen Sicherheit gehören zum Beispiel sichere Verbindungen der Einzelteile und konstruktive Maßnahmen, wie beispielsweise eine ausreichend steife Gehäusestruktur, um im Crash-Fall eine chemische Gefährdung durch die Batteriezellen zu vermeiden. Im Bereich der elektrischen Sicherheit sind Schutz gegen elektrischen Schlag oder Lichtbogen genauso eingeordnet wie die elektrischen Gegenmaßnahmen, beispielsweise Isolation oder der Einsatz von Sicherungen und Schützen. Das dritte Themenfeld umfasst die Sicherheit vor chemischen Gefährdungen durch Austritt von Elektrolyt genauso wie den Schutz gegen unkontrollierte exotherme Reaktionen. Hier werden auch chemische Maßnahmen für hohe Produktsicherheit, wie die Verwendung von Materialien mit hoher Eigensicherheit zur Reduzierung des Gefährdungspotentials in den Zellen, diskutiert. Ein Beispiel ist der Shut-Down-Separator, der den Stromfluss in der Zelle bei unzulässig hohen Temperaturen unterbricht.