Sicherheit in der E-Mobility: Thermal Runaway und Thermal Propagation beherrschen.
Batteriesicherheit beginnt zwischen den Zellen und reicht bis zum Batteriegehäuse.
Ein Defekt in einer einzelnen Batteriezelle kann in kürzester Zeit zur Gefahr für das gesamte Batteriesystem sowie in der Folge für Insassen und Rettungskräfte lebensgefährlich werden. Die thermische Sicherheitsarchitektur eines HV-Batteriepacks entscheidet deshalb darüber, wie sich ein kritisches Ereignis entwickelt.
Die Herausforderung: Bei einem Thermal Runaway entstehen innerhalb kürzester Zeit extreme Temperaturen, heiße Partikel und Gase. Wird die Energie auf benachbarte Zellen übertragen, kann aus dem Ereignis einer einzelnen Zelle eine Kettenreaktion entstehen, die sogenannte Thermal Propagation.
Die Lösung liegt deshalb nicht an nur einer Stelle des Batteriepacks.
Mit novaVOLT® und novaVOLT® AERO bietet Frenzelit hochleistungsfähige Isolationslösungen für unterschiedliche Schutzfunktionen innerhalb des HV-Batteriesystems, von der Isolation zwischen einzelnen Zellen bis zum Schutz des gesamten Batteriegehäuses. Der Zweck ist immer thermische Ereignisse zu stoppen oder zumindest so zu verzögern, dass große Gefahr abgewendet wird.
Dünn. Leicht. Hochtemperaturbeständig. Und individuell an die jeweilige Batteriekonstruktion anpassbar.
Ein Thermal Runaway. Zwei Schutzebenen.
01 | Zwischen den Zellen: Thermal Propagation verhindern oder verzögern
novaVOLT® AERO
Die wirksamste thermische Sicherheitsarchitektur setzt dort an, wo eine mögliche Kettenreaktion beginnt: zwischen den einzelnen Batteriezellen.
Gerät eine Zelle in einen Thermal Runaway, muss der Wärmeeintrag in die benachbarten Zellen möglichst stark reduziert werden.
Hier kommt novaVOLT® AERO zum Einsatz.
Das hochtemperaturbeständige, kompressible und aerogelhaltige Isolationsmaterial kann als Cell Spacer oder Compression Pad zwischen den Batteriezellen integriert werden.
So entsteht eine hochwirksame thermische Barriere genau dort, wo sie benötigt wird.
Der Vorteil für die Batterieentwicklung:
- hohe thermische Isolationswirkung bei geringer Materialstärke
- geringes zusätzliches Gewicht
- Integration direkt zwischen den Zellen
- Kombination von thermischer Isolation und Kompression
- an Zellgeometrie und Batteriearchitektur anpassbar
- geeignet für Anwendungen mit besonders begrenztem Bauraum
Mehr Sicherheit muss nicht automatisch mehr Bauraum und mehr Gewicht bedeuten.
novaVOLT® AERO ermöglicht es, thermische Schutzfunktionen bereits konstruktiv in die Zellarchitektur des Batteriepacks zu integrieren.
02 | Am Batteriegehäuse: Schutz beim Thermal Runaway
novaVOLT®
Auch wenn ein Thermal Runaway nicht vollständig verhindert werden kann, muss das Batteriesystem seine Umgebung und die Fahrzeuginsassen bestmöglich schützen.
Hier übernimmt novaVOLT® eine weitere entscheidende Schutzfunktion.
Die glimmerfreien, anorganischen Papierlösungen wurden speziell für den Schutz bei Thermal-Runaway-Ereignissen in EV-Batteriesystemen entwickelt.
novaVOLT® weist auch bei sehr hohen Temperaturen eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber auftreffenden Partikeln auf und kann im thermischen Ereignis das Durchbrennen des Batteriedeckels verzögern.
Damit unterstützt novaVOLT® die thermische Schutzarchitektur dort, wo ein kritisches Ereignis innerhalb des Packs nach außen abgeschirmt werden muss.
Eine Zelle kann versagen. Die Sicherheitsarchitektur darf es nicht.
Vom Zellzwischenraum bis zum Batteriedeckel
Thermische Sicherheit als System denken.
Zwischen den Zellen
- novaVOLT® AERO
- thermische Barriere
- Reduktion des Wärmeeintrags auf benachbarte Zellen
- Unterstützung gegen Thermal Propagation
Im Bereich Batteriegehäuse/Batteriedeckel
- novaVOLT®
- Hochtemperatur- und Partikelschutz
- Verzögerung des Durchbrennens
- Schutz gegenüber Flammenaustritt
So entsteht eine gezielt auf die jeweilige Gefährdung abgestimmte Sicherheitsarchitektur.
Maximale Schutzwirkung. Minimaler Eingriff in die Batteriearchitektur.
Bei der Entwicklung moderner EV-Batteriesysteme zählt nicht allein die Schutzwirkung.
Jede zusätzliche Komponente beeinflusst:
Bauraum. Gewicht. Montage. Komplexität. Kosten.
Genau deshalb entwickelt Frenzelit seine Lösungen nicht unabhängig vom Batteriepack.
Material, Materialstärke, Geometrie und Positionierung werden auf die konkrete Anwendung abgestimmt.
Das Ziel:
So viel Schutz wie nötig. So wenig Material wie möglich.
Das ermöglicht eine schnelle und konstruktiv effiziente Integration thermischer Schutzfunktionen in bestehende und neue Batterieplattformen.
Batteriesicherheit wird zur Entwicklungsanforderung.
Thermal Propagation steht zunehmend im Fokus internationaler Sicherheitsanforderungen für Elektrofahrzeuge.
Die regulatorische Entwicklung rund um UN R100 und UN GTR No. 20 zeigt deutlich: Das Verhalten eines Batteriesystems nach einem Thermal Runaway einer einzelnen Zelle wird zu einem zentralen Bestandteil der Sicherheitsbewertung von HV-Batterien.
Für OEMs und Batterieentwickler bedeutet das:
Thermal Propagation kann nicht erst am Ende der Entwicklung betrachtet werden.
Die thermische Sicherheitsarchitektur muss von Anfang an Teil des Batteriepack-Designs sein.
Mit novaVOLT® und novaVOLT® AERO stellt Frenzelit dafür Materialien und individuell entwickelte Komponenten zur Verfügung, die sich gezielt in bestehende Batteriearchitekturen integrieren lassen.
Zwei Materialien. Unterschiedliche Aufgaben. Ein gemeinsames Ziel.
novaVOLT® AERO
Einsatz: zwischen Batteriezellen
Funktion: thermische Isolation und Kompression
Ziel: Wärmeübertragung reduzieren und Thermal Propagation verhindern bzw. verzögern
Besonders relevant bei: sehr begrenztem Bauraum und hohen Anforderungen an Gewicht und Isolation
novaVOLT®
Einsatz: innerhalb des Batteriesystems, insbesondere im Bereich des Batteriegehäuses
Funktion: Hochtemperatur-, Partikel- und Brandschutz
Ziel: Auswirkungen eines Thermal Runaway begrenzen und das Durchbrennen des Batteriegehäuses verzögern
Nicht das Batteriepack muss zum Material passen.
Wir entwickeln die Lösung passend zum Batteriepack.
Zellformat, Packgeometrie, Temperaturbelastung, Kompression, Bauraum und Fertigungsprozess unterscheiden sich von Fahrzeugplattform zu Fahrzeugplattform.
Deshalb versteht Frenzelit novaVOLT® und novaVOLT® AERO nicht als reine Standardprodukte.
Unsere Material- und Anwendungsexperten entwickeln gemeinsam mit Ihnen die passende Lösung für Ihre konkrete Batteriearchitektur.
Von der Auswahl des geeigneten Materials über Materialstärke und Geometrie bis zum einbaufertigen Bauteil.
Ihre Batteriearchitektur. Ihre Sicherheitsanforderungen. Unsere Materialkompetenz.
Thermal Runaway lässt sich nicht einfach wegkonstruieren.
Seine Auswirkungen schon.
Je früher thermische Schutzmaßnahmen in die Entwicklung eines HV-Batteriepacks integriert werden, desto effizienter lassen sich Sicherheit, Bauraum und Gewicht miteinander verbinden.
Lassen Sie uns deshalb nicht erst über Brandschutz sprechen, wenn das Batteriepack bereits fertig konstruiert ist.
Sprechen Sie mit unseren Experten über Ihre Batteriearchitektur.
Zukunftswelt Elektromobilität
Neben Thermal Runaway und Thermal Propagation sind auch galvanische Korrosion, Dichtheit und Thermomanagement bei der Konzeption moderner E-Mobility essentiell.