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2025 | Buch

Thermal Runaway von Lithium-Ionen-Batterien

Einflussfaktoren auf die Materialbeanspruchung druckfester Kapselungen

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Über dieses Buch

Trotz diverser Sicherheitsmaßnahmen auf Zell- und Systemebene kann bei Lithium-Ionen-Batterien (LIB) der „Thermal Runaway“ (TR) auftreten, welcher im Brand und/oder der Explosion der LIB enden kann. In explosionsgefährdeten Bereichen geht hiervon ein besonders großes Risiko aus. Um dieses zu minimieren, kommen Zündschutzarten entsprechend der Norm IEC 60079-0, wie die „druckfeste Kapselung“, zum Einsatz. Auftretende Materialbelastungen durch den TR in einer druckfesten Kapselung können durch verschiedene Faktoren wie das Volumen der Kapselung oder die enthaltene Gasatmosphäre beeinflusst werden. Anhand verschiedener Untersuchungen wurde festgestellt, dass der entstehende Druck nicht ausschließlich von dem Gehäusevolumen, sondern insbesondere von der inneren Oberfläche abhängig ist. Eine Vergrößerung der Oberfläche wirkt demnach druckentlastend. Die Überlagerung des TR mit einer Gasexplosion führt hingegen verglichen mit dem TR unter Luftatmosphäre zu einem Anstieg der Materialbelastung. Bei allen Versuchen herrscht ein proportionales Verhalten zwischen der Systemenergie und der relativen Druckenergie.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Einleitung und Motivation
Zusammenfassung
Dieses erste Kapitel bietet eine Einführung in die Thematik der Lithium-Ionen-Batterien (LIB) als flexible und effiziente Energietechnologie vor dem Hintergrund des Risikos durch das thermische Durchgehen (TD) bzw. den Thermal Runaway (TR). Nebst bereits bewährten Strategien zur Prävention des TR, wird die Zündschutzart „druckfeste Kapselung“ entsprechend der Norm IEC 60079-1 genannt. Da die durch den TR entstehende Materialbelastung auf solche Kapselungen bisher nicht vollständig untersucht wurde, wird innerhalb dieser Arbeit der Versuch unternommen, die Materialbelastung bei verschiedenen Versuchskonfigurationen zu analysieren.
Freyja Galina Daragan
Kapitel 2. Theoretische Grundlagen
Zusammenfassung
Anhand der folgenden Abschnitte erfolgt eine Einführung in die theoretischen Hintergründe der Lithium-Ionen-Zelle im Betriebs- und Fehlerfall (TR) sowie der „druckfesten Kapselung“ als mögliche Zündschutzart nach der Norm IEC 60079-0. Im Zuge dessen werden auch Druckentlastungselemente als konstruktive Lösung zur Druckverringerung näher beleuchtet. Des Weiteren erfolgt die Erläuterung grundlegender Energieübertragungsmechanismen in Form von Wärme- und Massenstrom sowie einer vereinfachten Energiebilanz des TR unter realen Bedingungen.
Freyja Galina Daragan
Kapitel 3. Material und Methoden
Zusammenfassung
Im Folgenden wird der Fokus auf den Aufbau der Versuche sowie deren Durchführung und die anschließende Datenanalyse gelegt, wobei alle relevanten Messunsicherheiten diskutiert werden. Zudem werden die Themen der Energiebilanz des Versuchsgehäuses, Eigenschaften genutzter Brenngas-Luft-Gemische und Druckentlastungselemente sowie benötigte Materialcharakteristika eingehend betrachtet.
Freyja Galina Daragan
Kapitel 4. Ergebnisse und Diskussion
Zusammenfassung
In den nachfolgenden Abschnitten werden die drei durchgeführten Messreihen zum Volumeneinfluss, dem Einfluss der Gasatmosphäre und der Druckentlastung einzeln diskutiert. Alle aufgeführten Zahlenwerte stellen Mittelwerte aus je drei Versuchen pro Messpunkt dar. Die Messdaten aller Einzelversuche sind in Tabelle A-2 und Tabelle A-3 im elektronischen Zusatzmaterial aufgeführt.
Freyja Galina Daragan
Kapitel 5. Zusammenfassung und Ausblick
Zusammenfassung
Im Zuge dieses Kapitels wird ein abschließender Überblick über alle gewonnen Ergebnisse gegeben. Im Fokus steht hierbei der Einfluss der Größen Gehäusevolumen, innere Oberfläche sowie der enthaltene Gasatmosphäre. Zudem wird der Effekt einer internen Druckentlastung durch Metallstreckgitter zusammengefasst. Des Weiteren werden aus den Ergebnissen abgeleitete Fragestellungen sowie zukünftige Verbesserungsmöglichkeiten kurz umrissen.
Freyja Galina Daragan
Backmatter
Metadaten
Titel
Thermal Runaway von Lithium-Ionen-Batterien
verfasst von
Freyja Galina Daragan
Copyright-Jahr
2025
Electronic ISBN
978-3-658-47106-4
Print ISBN
978-3-658-47105-7
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-47106-4

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.