TinniT Technologies GmbH - Verfahrenstechnik  
Verfahrenstechnik

Batterietechnologie
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Sicherheitstechnik von Hochleistungsbatterien


Die Basis f√ľr die Elektromobilit√§t oder die Stromspeichertechnologie sind Hochleistungsbatterien wie z.B. Lithium-Ionen-Batterien. Diese weisen eine hohe Energiedichte auf, sind allerdings anf√§llig hinsichtlich der thermischen Stabilit√§t. Bei z.B. instabilen thermischen Verh√§ltnissen k√∂nnen "Thermal Runaway"-Vorg√§nge entstehen, die zu einer Gas- oder Elektrolytfreisetzung durch Sicherheitsventile oder besch√§digte Zellen f√ľhren k√∂nnen.

Des weiteren werden im Falle von extremen Verzögerungseffekten, wie sie z.B. bei einem Autounfall mit Zusammenstoß vorkommen, die in einem Sicherheitsbehälter befindlichen Batterien den aus der Verzögerung resultierenden Kräften ausgesetzt und können dabei zu Schaden kommen.

Um die Auswirkungen von Störfällen so gering wie möglich zu halten, sind die Batteriepacks, die aus einer bestimmten Anzahl von einzelnen Zellen bestehen, in einem Packbehälter (Sicherheitsbehälter) untergebracht. Je nach Hersteller weist der Sicherheitsbehälter Sicherheitsventile, Berstelemente oder Berstscheiben zur Druckentlastung auf. Damit kann ein Bersten des Behälters vermieden werden und eine kontrollierte Abfuhr des Gases bzw. des Elektrolyts erfolgen. Da die austretenden Substanzen brennbar sind und insbesondere Gase bei einem thermal runaway meist brennen, entsteht als Begleiterscheinung des Brandes ein Druckaufbau im Sicherheitsbehälter, der von diesem geeignet abgefangen werden muss.

Zur Vorhersage von instation√§ren Brandvorg√§ngen im Zusammenhang mit Hochleistungsbatterien hat TinniT ein analytisches Werkzeug zur Vorhersage der zeitlichen Druck- und Temperaturverteilung entwickelt, das in geeigneter Weise an ein 3D-CFD-Verfahren gekoppelt werden kann, um auch die dreidimensionalen physikalischen Vorg√§nge in einem Sicherheitsbeh√§ltnis mit integrierter Berstscheibe berechnet zu k√∂nnen. Durch diese Methodik lassen sich gezielt Sicherheitssysteme analysieren und optimieren. Parallel hierzu kann das Verfahren ebenfalls f√ľr Pr√ľfsysteme von Batterien eingesetzt werden. TinniT bietet in diesem Zusammenhang folgende Leistungen an:

  • Beratung bei Konzeption und Design von Sicherheitssystemen
  • Zusammenstellung relevanter Stoffeigenschaften aus internationalen Datenbanken
  • 1D und 3D-Analysen von instation√§ren Brandvorg√§ngen auf Basis von CFD-Berechnungen
  • Unterst√ľtzung im Engineeringprozess von Sicherheitssysteme von Batteriestacks
  • Unterst√ľtzung bei der Auslegung von Batterietransportsystemen



Bild "batterie.png"

Berechnete zeitliche Temperaturentwicklung bei einem Thermal Runaway