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Kontrolliertes Bersten – Wie Akkuzellen gegen Überdrücke geschützt werden können

| Autor / Redakteur: Andreas Bösebeck / Benjamin Kirchbeck

eVent-Berstscheiben sorgen im Fall von kritischen Überdrücken für eine kontrollierte Druckentlastung in den Lithium-Ionen-Zellen.
eVent-Berstscheiben sorgen im Fall von kritischen Überdrücken für eine kontrollierte Druckentlastung in den Lithium-Ionen-Zellen. (Bild: Clipdealer)

Lithium-Ionen-Zellen in Hochleistungsakkus für E-Autos bieten eine immer höhere Energiedichte. Allerdings werden sie auch anfälliger hinsichtlich der thermischen Stabilität. Berstscheiben sorgen als Emergency Vents für eine kontrollierte Druckentlastung bei Überhitzung und schützen so Passagiere, benachbarte Zellen und Leistungselektronik.

Neben der Kapazität ist höchstmögliche Sicherheit das Schlüsselkriterium für den Markterfolg von Energiespeicherlösungen im Zukunftsfeld E-Mobilität. Lithium-Ionen-Akkuzellen sind die aktuell am weitesten verbreitete Speicher-Technologie in den Battery-Packs. Der Grund: Sie zeichnen sich durch hohe Energiedichte, kurze Ladezeiten und das Potenzial für noch mehr Speicherkapazität bei kommenden Generationen aus.

Bei einem Unfall, Überlastung, Kurzschluss oder Überladung können die Akkus jedoch überhitzen. So kann ein erhöhter Innendruck in einzelnen Zellen entstehen. 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. Diese Reaktionskette muss unterbrochen werden, um ein Durchgehen, den so genannten Thermal Runaway, und damit einen Brand der Zelle zuverlässig zu verhindern.

Die neuen eVent-Berstscheiben sorgen bei zu hohen Innendrücken von Akku-Zellen für eine kontrollierte, gerichtete Druckentlastung.
Die neuen eVent-Berstscheiben sorgen bei zu hohen Innendrücken von Akku-Zellen für eine kontrollierte, gerichtete Druckentlastung. (Bild: Bormann&Neupert by BS&B)

Kontrolliertes Bersten

Berstscheiben aus der neuen Produktreihe eVent von Bormann & Neupert by BS&B sorgen im Fall von kritischen Überdrücken 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.

Als Sollbruchstelle geben die Berstscheiben beim definierten Ansprechdruck hochpräzise nach. Dabei öffnen sie unmittelbar einen größtmöglichen, strömungsgünstig geformten Auslassquerschnitt; gerade bei einem schnellen Druckanstieg bietet das ein erhebliches 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 oder eine weitere Isolation sind nicht notwendig.

Die Lieferung erfolgt immer „ready to fit“ als integrierte, einbaufertige Komponente für eine schnelle und wirtschaftliche Akkuproduktion. Die kompakte Größe der Berstscheiben ab drei Millimetern erlaubt eine einfache Positionierung in vorhandene Moduldesigns nach sicherheitsoptimierten Maßstäben. Auch in kleinsten Nennweiten sind bereits Berstdrücke ab 0,3 Bar realisierbar. Präzise Vorkerbungen gewährleisten in allen Größen ein kontrolliertes Bersten. Gefertigt werden sie aus chemikalienbeständigen Materialien wie 316 Edelstahl, Nickel 200, Inconel oder Aluminium.

Dauerhaft wartungsfrei

Alle Varianten der Berstscheiben von Bormann & Neupert by BS&B haben ihre Auslösegenauigkeit und dauerhafte technische Leckagefreiheit in der chemischen Industrie 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 auftretenden Druckschwankungen in den Akkuzellen verkraften die Berstscheiben bis zu 90 Prozent ihres Ansprechdrucks langfristig ohne Materialermüdung. Zum Schutz der Gehäuse können Akkuhersteller die Entlastungen selbstverständlich mit Ausgleichsmembranen kombinieren.

Kompakte Abmessungen und kundenspezifisches Design erlauben eine Positionierung nach sicherheitsoptimierten Maßstäben.
Kompakte Abmessungen und kundenspezifisches Design erlauben eine Positionierung nach sicherheitsoptimierten Maßstäben. (Bild: Bormann&Neupert by BS&B)

Der Produktionsstandorts ist gemäß dem Qualitäts-Management-Standard TS 16949 zertifiziert. Das gewährleistet, dass alle Komponenten für den OEM-Bereich der Automobilindustrie die Anforderungen der International Automotive Task Force erfüllen. In dieser Arbeitsgruppe haben sich die wichtigsten Automobilproduzenten zusammengeschlossen, um weltweit gültige Qualitätsstandards für Zulieferer der Branche festzulegen.

Fachbuch „AkkuWelt“Das Standardwerk „AkkuWelt“ vermittelt Basiswissen zu Batterie-Technologien und bietet einen Überblick über die Entwicklung, den Bau und die Anwendung von Batterien. Darüber hinaus gibt es Einblick in potenzielle und zukünftige Entwicklungstendenzen elektrochemischer Energiespeicher.„AkkuWelt“ kann hier versandkostenfrei oder als eBook bestellt werden.

* Andreas Bösebeck ist als Technischer Berater bei Bormann & Neupert by BS&B tätig.

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