Patentiertes Sicherheitsventil für Lithium-Ionen Batteriegehäuse
Der Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien ist mit hohen thermischen
Risiken verbunden. Daher spielt die allgemeine Sicherheit im Brandfall eine wesentliche Rolle. Mit dem neu entwickelten und patentierten Druckausgleich-, Drucküberlastventil (DAÜ-Ventil) sorgt tmax für erhöhten Brandschutz bei einem sogenannten thermischen Durchgehen, d. h. im Fall eines Brandes im Inneren des Gehäuses, und hilft somit das thermische Risiko zu minimieren.
Eigenschaften
- Höchste Sicherheit im Havariefall
- Feuerresistent
- Berstdruck 0,3 bar | variabel anpassbar
- Toleranz des Berstdrucks +/- 10%
- Systemdichtheit nach IP-Code: IP-67 und IP-6k9k
- Hohe EMV-Abschirmung
- 4 eingereichte Patente für das tmax Sicherheitsventil
- Keine Werkzeugkosten
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Die Anforderung an ein Sicherheitsventil
Schutz bei Druckausgleich und -überlast
Da Lithium-Ionen-Batterien aktuell aufgrund der hohen Ladungsdichte vorwiegend mit oxidischem Kathodenmaterial hergestellt werden, versorgt sich ein einmal entzündeter Brand fortan selbst mit Sauerstoff. Dieser brennt auch im geschlossenen Gehäuse weiter, wodurch die Gefahr der Propagation besteht, d. h. der Entzündung anderer, benachbarter Batteriezellen.
Ohne konstruktive Maßnahmen wird dabei der im Gehäuse entstehende Druck zu hoch, ein Bersten oder ein Versagen von Dichtsystemen droht und die hochgiftigen Rauchgase können unkontrolliert austreten. Das Ventil verhindert dies, bei einem definierten Überdruck werden die Rauchgase kontrolliert an die Umgebung abgegeben. Aufgrund der auftretenden hohen Temperaturen ist das Ventil in der Grundstruktur feuerfest ausgeführt.
Die Lösung: Ein Sicherheits-Druckausgleich-, Drucküberlastventil (DAÜ-Ventil)
Das umgesetzte Konstruktionsprinzip stellt eine sehr kleine Toleranz des individuell ausgelegten Berstdruckes (ab 250mbar) sicher. Das DAÜ-Ventil zeichnet sich zudem durch eine kompakte Bauweise aus und erfüllt die Schutzklasse Schutzart IP-67 und IP-6k9k. Sämtliche Einzelkomponenten werden ohne spezifische Werkzeuge hergestellt, die Parameter Luftdurchsatz und Berstdruck können dadurch über Anpassungen der Geometrie in einfacher Weise skaliert werden. Auch kleinere Stückzahlen können dadurch ohne Werkzeugkostenaufschläge produziert werden. Die metallische Ausführung gewährleistet eine optimale EMV-Abschirmung und ermöglicht einen optionalen Anschluss für eine geführte Rauchentgasung über ein angeschlossenes Kanalsystem. Durch den Einsatz einer semipermeablen Membran wird die natürliche Wärmeexpansion beim Laden und Entladen der Batterie und die Luftdruckschwankungen der Umgebungen ausgeglichen.
Wie funktioniert das Sicherheitsventil?
Die Drucküberlastfunktion (Berstfunktion) wird mittels eine Berstscheibe realisiert. Wenn der Druck im Gehäuse zu hoch wird, ermöglicht das Zusammenspiel zwischen Membrane und Berstscheibe das Öffnen des Ventils. So kann das unter Druck stehende Gas kontrolliert aus dem Gehäuse entweichen. Die labyrinthartige Konstruktion sorgt zudem dafür, dass im Brandfall das Austreten bzw. Übergreifen der Flammen stark vermindert wird. Durch Versuche im tmax eigenen R&D-Labor wurde das System hinsichtlich seiner Funktionalität geprüft. Die Variabilität der Einstellmöglichkeiten des Berstdruckes, deren enge Toleranz und die Schutzklasse konnten entsprechend bestätigt werden. Das System wurde patentiert.
360° Ansicht eines Sicherheitsventils aus Edelstahl. Mit der Maus aus oder Finger bewegbar.
Erweiterung: Ventil mit Abluftadapter
Ein Abluftadapter bildet die Schnittstelle, zu einem Entlüftungsrohr, um die giftigen Gase bei dem thermischen Durchgehen, kontrolliert abzutransportieren.
Variante: Zentrale Ausstromrichtung
Das alles und noch mehr: Wir, bei der tmax, haben eine weitere Sicherheitsventil-Variante entwickelt, welche die austretenden toxischen Gase in eine gewünschte alternative Ausströmrichtung leitet.
Blog
Der Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien ist mit hohen thermischen Risiken verbunden. Daher spielt die allgemeine Sicherheit im Brandfall eine wesentliche Rolle bei der Entwicklung von Batteriegehäusen.
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In dem Artikel von 2019 bei ATZ Heavy Duty, zeigt tmax Anhang unterschiedlicher Tests, die Sicherheit und Wirksamkeit des innovativen Batteriegehäuses.
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Alle wichtigen Informationen und spannende Insights über das hochtemperaturbeständige Batteriegehäuse für Lithium-Ionen-Systeme auf einen Blick. Zum nachlesen, teilen oder drucken.