Stromversorgungen

Wie sicher sind Lithium-Ionen-Akkupacks wirklich?

Seite: 2/3

Firmen zum Thema

Ein gutes Sicherheitskonzept umfasst drei Stufen

Die Architektur einer großen Lithium-Ionen-Batterie bietet dem Systementwickler drei Ebenen in denen Schutzvorkehrungen realisiert werden können: die Zellen, der Regelkreis und das gesamte Batteriepack. Ein gutes Sicherheitskonzept umfasst alle drei Stufen. Sicherheitsplanung sollte mit der Zelle beginnen. Ein großes Batteriepack besteht normalerweise aus mehreren zylindrischen Zellen, die so zusammengebaut sind, dass die mechanischen und thermischen Anforderungen an das Endprodukt erfüllt werden (Bild 1). Verschiedene Zellen haben unterschiedliche Eigenschaften: Die besten Zellen von renommierten Herstellern liefern mehr Ladezyklen, haben eine höhere Kapazität und sie bieten eine größere Toleranz bei Hochtemperaturanwendungen als Zellen minderer Qualität.

Für jede Anwendung die richtige Lithiumzelle

Selbst innerhalb des Sortiments der Marktführer gibt es Typen von Lithiumzellen, die für bestimmte Anwendungen besser geeignet sind als andere. Der Prozess der Batteriesystementwicklung sollte daher mit dem Spezifizieren der Einsatzbedingungen der Batterie in der Endanwendung beginnen. Dazu gehört:

  • die typische und die maximale Anzahl der Ladezyklen,
  • das typische Lastprofil, einschließlich der Vorgaben zur Spitzenleistung,
  • Ladebedingungen: Wie schnell muss die Batterie geladen werden?
  • Typische, Minimum- und Maximumwerte für die Umgebungstemperatur.

Der Zellhersteller ist dadurch in der Lage zusammen mit dem Batteriehersteller diejenige Zelle zu definieren, die die geeignetsten Eigenschaften für die Erfordernisse der Applikation besitzt. Dies ist ein wichtiger Schritt, der bei allen sicherheitstechnischen Planungsprozessen enthalten sein sollte. Außerdem sollten die Zellen über entsprechende Zertifizierungen verfügen, z.B. nach UL1642 gelistet oder gemäß IEC 62133 zertifiziert sein, was z.B. für Batterien in medizinischen Geräten vorgeschrieben ist. Als wichtigen zusätzlichen Schritt testet VARTA Microbattery Musterzellen unter normalen und unter Missbrauchsbedingungen, um die vom Hersteller angegebenen Leistungsdaten zu überprüfen. Wichtig hierbei ist unter anderem, dass bei den zusätzlichen Prüfungen das Verhalten der Zelle bei einem erzwungenen Fehler ermittelt wird. Dies beinhaltet Tests hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit bei:

  • langen Ladezeiten mit einem Vielfachen des maximalen angegebenen Ladestroms,
  • Kurzschluss mit niedrigem Widerstand,
  • Wärmetests (z.B. in einem Ofen) bei einer Temperatur, die oberhalb des in den Sicherheitsbestimmungen der Zelle definierten Maximalwerts liegt.

Für große Batteriepacks werden spezifische Sicherheitstests formuliert, um das Verhalten der Batterie unter realen Fehlerbedingungen anwendungsnah aufzuzeigen und die Sicherheitseigenschaften des finalen Designs zu belegen. Der erste Schritt bei der Entwicklung im Hinblick auf einen sicheren Betrieb besteht daher darin, zu gewährleisten, dass sich die Zellen unter allen vorstellbaren Einsatz- und Missbrauchsbedingungen wie vorhersehbar, verhalten, und dies unabhängig von eventuellen Schutz- oder Regelsystemen, die sie überwachen.

(ID:42713412)