Wir alle haben die aufsehenerregenden Schlagzeilen gesehen, wenn in dem äußerst seltenen Fall die Li-Ionen-Batterie eines Elektrofahrzeugs (EV) Feuer gefangen hat. Neben der Reichweitenangst und den langen Ladezeiten ist die Angst vor einem Batteriebrand einer der Hauptgründe, warum die Verbraucher zögern, auf ein Elektrofahrzeug umzusteigen. Daher ist eine immer fortschrittlichere Überwachung des Batteriezustands erforderlich, um diese Angst zu verringern, wenn nicht gar zu beseitigen. Dabei spielt es keine Rolle, ob es sich um eine beschädigte Batterie handelt oder um die erhöhte Belastung der Batteriezellen durch die Verbesserung der Schnellladetechnologie.

Der Verkauf von Elektroautos nimmt weiter zu, da immer mehr Autofahrer auf umweltfreundliche Mobilität umsteigen. Und obwohl sie alle strengen Automobilvorschriften erfüllen, stellen Li-Ionen-Batterien ein potenzielles Brandrisiko dar, insbesondere wenn sie beschädigt sind oder beim schnellen Aufladen einer hohen Belastung ausgesetzt sind. Deshalb spielt die Überwachung des Batteriezustands eine so wichtige Rolle für die Fahrzeugsicherheit und die Vorwarnung von Fahrern und Passagieren.

Tatsächlich schreiben die Vereinten Nationen in ihrer Globalen Technischen Regelung für die Sicherheit von Elektrofahrzeugen (EVS) Folgendes vor. Ein „Fahrzeug muss eine Vorwarnung ausgeben, um das Verlassen des Fahrzeugs zu ermöglichen, oder 5 Minuten vor dem Auftreten einer gefährlichen Situation im Fahrgastraum, die durch eine thermische Ausbreitung verursacht wird, die durch einen internen Kurzschluss ausgelöst wird, der zu einem thermischen Durchgehen einer einzelnen Zelle wie Feuer, Explosion oder Rauch führt.

Thermisches Durchgehen, Ausbreitung und Feuer
Ein thermisches Durchgehen liegt vor, wenn es zu einem schnellen und unkontrollierten Temperaturanstieg in einer Batteriezelle kommt. Dies kann zu einer sich selbst beschleunigenden Reaktion führen, die immer mehr Wärme erzeugt, bis die Zelle ausfällt oder sogar ein gewaltsames Versagen wie eine Explosion oder ein Brand eintritt. Es kann auch zu einer Wärmeübertragung auf benachbarte Zellen kommen, was zu einer Kettenreaktion führt, bei der mehrere Zellen innerhalb des Akkupacks thermisch durchdrehen und Hitze, Gase oder sogar Flammen freisetzen.

Deshalb ist es für die Batteriesicherheit von entscheidender Bedeutung, dass sowohl ein thermisches Durchgehen als auch eine thermische Ausbreitung in Li-Ionen-Batterien verhindert und eingedämmt werden. Systeme mit einem effektiven Wärmemanagement und Sicherheitsmechanismen sind unerlässlich, um das Risiko zu verringern, Temperaturerhöhungen einzudämmen, um ein thermisches Durchgehen zu vermeiden und eine angemessene Warnung zu geben, wenn die Batterie explosionsartig ausfällt. Das Herzstück dieser Systeme sind eine Reihe von Sensortechnologien, einschließlich solcher zur Temperatur- und Spannungsüberwachung.

Gassensoren erkennen die Warnzeichen
Temperatur- und Spannungsmessung sind zwar hervorragend geeignet, um den Zustand der Batteriezellen zu überwachen, aber leider zeigen sie in der Regel erst dann einen messbaren Anstieg an, wenn die Batteriezelle in den thermischen Durchbruch übergegangen ist. Um die 5-Minuten-Warnung der UN zu erreichen, müssen die Systeme zur Überwachung des Batteriezustands in der Lage sein, einen möglichen thermischen Durchbruch besser vorherzusehen.

Glücklicherweise werden bei einem thermischen Durchgehen aufgrund der beteiligten chemischen Prozesse häufig brennbare Gase wie Wasserstoff, Kohlenmonoxid und organische Lösungsmittel freigesetzt. All diese Gase lassen sich mit der präzisen, in der Automobilindustrie bewährten Breitband-Metalloxid-Sensortechnologie (MOX) leicht messen. Bei Tests unabhängiger Institute konnte der spezielle Batteriezustandsmonitor für Lithium-Ionen-Batterien (BCM1 ) von ScioSense sogar bis zu 40 Sekunden vor der Anzeige des thermischen Durchgehens durch die Temperatur- und Spannungssensoren auf Ausgasungen aus der Zelle reagieren.