Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien im Kraftfahrzeug - Stand der Technik, Risiken, Zielkonflikte, Testverfahren und Bewertungsmethoden

摘要

Bei der Auswahl der Batteriekonzepte fur alternative Antriebe sind zurzeit die auf Lithium- Ionen-Technologie basierenden Batterien am starksten im Fokus. Ein wesentlicher Punkt hinsichtlich der Akzeptanz wird die Sicherheit der Fahrzeuge mit alternativem Antriebstrang und damit die Sicherheit der Lithium-Ionen-Batterien sein. Aufgrund der Risiken von Lithium-Ionen-Batterien, zu denen u.a. Brand, elektrischer Kurzschluss und der Austritt von Gefahrstoffen gehoren, sind spezielle Sicherheitskonzepte notwendig. Diese Sicherheitskonzepte betreffen die Auswahl der Zellchemie, den Aufbau der Zelle (prismatisch, rund etc.) und das Einbringen von Sicherheitstechnologien in Zelle und Modul. Das Batteriemanagementsystem separat und in Kombination mit einem geeigneten Kuhlkonzept besitzt zudem einen grossen Einfluss auf das gesamte Sicherheitskonzept. Die Testanforderungen an Fahrzeuge mit Lithium-Ionen-Batterien sind im Wesentlichen von den konventionellen Fahrzeugen abgeleitet. Bei den Komponententestverfahren wurde auf bekannte Standards zuruckgegriffen. Diese mussen nicht unbedingt mit den Anforderungen des taglichen Gebrauchs im Umfeld von Elektrofahrzeugen korrelieren. Weiterhin wird ein Ansatz fur die Bewertung von Lithium-Ionen-Batteriezellen hinsichtlich ihrer Sicherheitscharakteristik als Ausgangsbasis fur ein Sicherheitskonzept vorgestellt. Aufgrund der Anforderungen und Standards der verschiedenen Sicherheitsfraktionen in der Kraftfahrzeugentwicklung, zu denen z.B. die Fahrzeugsicherheit, die Hochvoltsicherheit oder auch die Gebrauchssicherheit gehoren, ist es notwendig, deren Anforderungen fruhzeitig und so umfassend und vollstandig wie moglich abzustimmen, um Wechselwirkungen und gegenseitige schadliche Beeinflussungen auszuschliessen. Ein Ansatz zur Losung dieser Konflikte besteht in der Einfuhrung eines internen Prozesses, mit welchem durch regelmassige Workshops und durch Fokussierung auf die kritischen Themen ein effizientes Aufdecken und nachhaltiges Losen der kritischen Punkte sichergestellt wird.