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Berstscheiben für Akkuzellen Akkubrände verhindern

30.10.2018

Lithium-Ionen-Zellen für Elektrofahrzeuge bieten eine immer höhere Energiedichte. Allerdings werden sie hinsichtlich der thermischen Stabilität auch anfälliger. Spezielle Berstscheiben sorgen für eine kontrollierte Druckentlastung bei Überhitzung und schützen so Passagiere, benachbarte Zellen und Leistungselektronik.

Bei der Entwicklung zukunftsfähiger Akkus ist der höchstmögliche Schutz vor Feuer und Explosion neben der Kapazität das Schlüsselkriterium der Anbieter – ist er doch entscheidend für den nachhaltigen Markterfolg im großen Zukunftsfeld E-Mobilität.

Einen Thermal Runaway ausschließen

Lithium-Ionen-Akkuzellen sind zu Recht die aktuell am weitesten verbreiteten Speicher in Elektrofahrzeugen: Sie zeichnen sich durch eine hohe Energiedichte, kurze Ladezeiten und das Potenzial für noch mehr Speicherkapazität bei kommenden Generationen aus. Kritisch wird es, wenn ihre thermische Stabilität ins Wanken gerät. Dann gilt es einen Thermal Runaway auszuschließen. So nennen Experten die Kettenreaktion, bei der das Überhitzen einer einzelnen Akkuzelle die Nachbarzellen so stark aufheizt, dass auch diese sich entzünden. Ein Effekt, der Feuerwehrleuten das Löschen von Elektrofahrzeugen erschwert. Im Frühsommer 2018 sorgten beispielsweise Elektroautos für Schlagzeilen, nachdem sie bei Unfällen komplett ausbrannten. Verantwortlich dafür waren die Akkus der Fahrzeuge.

Grund für eine Überhitzung können außer einem Unfall auch Überlastung, Kurzschluss oder Überladung sein. Dabei entsteht ein erhöhter Innendruck in einzelnen Zellen. Verstärkt wird der Effekt, weil mit steigender Temperatur der Innenwiderstand der Akkuzellen wächst. Das lässt insbesondere bei hohen Stromflüssen – etwa während der Schnellladung – die Temperatur noch weiter ansteigen.

Welche Vorkehrungen können Entwickler also nutzen, um einen in kritische Bereiche steigenden Druck aufzuhalten? Spezielle Berstscheiben wie die neue Produktreihe Event von Bormann & Neupert by BS&B sind eine zuverlässige, präzise und zugleich wirtschaftliche Ergänzung zur Steuerelektronik der Akku-Packs. Sobald ein kritischer Druck in einer Einzelzelle erreicht wird, sorgen sie für eine kontrollierte, gerichtete – und damit sichere – Druckentlastung. Die Elektrofahrzeuge selbst, benachbarte Akkuzellen und -module sowie alle Insassen bleiben so vor Gefahren durch unkontrolliert austretende Chemikalien oder Flammen geschützt.

Die Berstscheiben geben als Sollbruchstelle beim vorab definierten Ansprechdruck hochpräzise nach. Sie öffnen dann unmittelbar einen größtmöglichen, strömungsgünstig geformten Auslassquerschnitt; gerade bei einem schnellen Druckanstieg bietet das ein großes Sicherheitsplus. Das Gehäuse der im regulären Betrieb hermetisch verschlossenen Akkuzelle bleibt dabei intakt. Bormann & Neupert by BS&B gestaltet und fertigt die Druckentlastungen im kundenspezifischen Design für jede Einbausituation. Zusätzliche Aggregate sowie eine weitere Isolation sind nicht notwendig.

Sicherheitsplus: kontrolliertes Bersten

Um eine schnelle und wirtschaftliche Akkuproduktion zu unterstützen, erfolgt die Lieferung immer „ready to fit“ als integrierte, einbaufertige Komponente. Dank der kompakten Größe ab drei Millimetern lassen sich die Berstscheiben auch in vorhandenen Moduldesigns einfach nach sicherheitsoptimierten Maßstäben positionieren. Auch in den kleinsten Nennweiten sind bereits Berstdrücke von 0,2 bar realisierbar. In allen Größen sorgen präzise Vorkerbungen für ein kontrolliertes Bersten. Gefertigt werden die Druckentlastungen aus Aluminium, alternativ sind Materialien wie 316 Edelstahl, Nickel 200 oder Inconel möglich.

Keine Wartung notwendig

Alle Varianten der Berstscheiben von Bormann & Neupert by BS&B haben ihre Auslösegenauigkeit und dauerhafte technische Leckagefreiheit in der chemischen Verfahrensindustrie seit Langem unter Beweis gestellt. Als Komponenten für die Akkutechnologie kombinieren sie Wartungsfreiheit mit dauerhafter Vibrationsfestigkeit über die gesamte Betriebszeit. Die durch Last- und Temperaturwechsel unvermeidbaren Druckschwankungen in den Akkuzellen verkraften die Berstscheiben langfristig ohne Materialermüdung – auch bei bis zu 90 Prozent ihres Ansprechdrucks. Zum Schutz der Gehäuse lassen sich die Entlastungen ohne Anpassungen mit Ausgleichsmembranen kombinieren.

Bildergalerie

  • Die Berstscheiben sorgen bei zu hohem Innendruck in Akku-Zellen für eine kontrollierte, gerichtete Druckentlastung.

  • Kompakte Abmessungen und kundenspezifisches Design erlauben eine Positionierung nach sicherheitsoptimierten Vorgaben.

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