RÖSSEL-MESSTECHNIK: Thermal Runaway und thermische Propagation in Batteriesystemen

Thermal Runaway, das thermische Durchgehen einer Zelle, und thermische Propagation, die Propagation eines thermischen Ereignisses von Zelle zu Zelle in einer Batterie, gehören zu den größten sicherheitstechnischen Herausforderungen beim Betrieb von Lithium-Ionen-Batterien, wie sie im wachsenden Segment der Elektromobilität mittlerweile verstärkt zum Einsatz kommen.

Werden Lade- und Entladeströme, Zellspannung und Temperatur überschritten, kann sich die Lebensdauer der Batterien deutlich verkürzen und es kann sogar ein Thermal Runaway (thermisches Durchgehen) entstehen. Beim Thermal Runaway wird der Akku mit Überscheiten einer Temperaturgrenze sehr schnell sehr warm. Die Hitze löst weitere Reaktionen aus (thermische Propagation), so dass innerhalb von Millisekunden unaufhaltsam mehrere hundert Grad erreicht werden – der Akku entzündet sich (Exothermie) bzw. explodiert. Ab welcher Temperatur ein Thermal Runaway entsteht, hängt von der Akkuzelle ab und von den Faktoren, die den Temperaturanstieg verursacht haben. Kritisch kann es bereits ab 60°C werden. Mögliche Ursachen sind ein interner oder externer Kurzschluss sowie zu hohe Ströme beim Laden oder Entladen.

Eine Information über die entstehenden Temperaturen bis zur Schmelzung von Materialien ist dabei ein wichtiger Parameter zur Überprüfung der Ereignisse bis hin zur Exothermie. Standardtemperatursensoren oder Halbleitersensoren können diesen steigenden Temperaturen, welche sogar bis über 700°C erreichen können, nicht aushalten. Halbleitersensoren können nur Temperaturen bis max. 125°C messen und Thermoelemente oder Widerstandsthermometer auf Grund der dabei verwendeten Isolations-materialien bis maximal 300°C.

Rössel-Messtechnik bietet jedoch ein Transition-HV-Thermoelement an, mit dem die Temperatur sogar bis 1000°C und darüber hinaus gemessen werden kann. Unser Transition-HV-Thermoelement, kurz TR-HV-TE genannt, besteht aus einer keramischen Hochtemperaturleitung, welche direkt mit unserem HV-sicheren Temperatursensor verbunden wird. Dadurch können alle gängigen HV-Messmodule angeschlossen werden, um den Temperaturverlauf vom Thermal Runaway, über die thermische Propagation bis hin zur Exothermie ohne Unterbrechung aufzunehmen und auszuwerten.

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