23 Jahre Batterieanpassung
APR 12, 2025 Seitenansicht：7
Ein thermisches Durchgehen in einer Lithium-Ionen-Batterie tritt auf, wenn übermäßige Hitze eine selbsterhaltende Reaktion auslöst, die zu einem schnellen Temperaturanstieg und möglichen Explosionen führt. Dieses Phänomen stellt eine erhebliche Brandgefahr dar, insbesondere in städtischen Gebieten, in denen Fahrzeuge wie E-Bikes weit verbreitet sind. Angesichts von über 25.000 gemeldeten Vorfällen in fünf Jahren ist ein Verständnis für Prävention entscheidend für die Sicherheit.
Thermisches Durchgehen in Lithium-Ionen-Batterien kann Brände oder Explosionen verursachen. Wer die Entstehungsprozesse kennt, kann sie frühzeitig erkennen und stoppen.
Das richtige Laden von Batterien ist sehr wichtig. Verwenden Sie das richtige Ladegerät, überladen Sie die Batterien nicht und bewahren Sie sie bei sicheren Temperaturen auf.
Der Einsatz intelligenter Batteriesysteme erhöht die Sicherheit von Batterien. Diese Systeme kontrollieren die Wärmeentwicklung und verhindern Probleme, die zu einem thermischen Durchgehen führen können.
Thermisches Durchgehen in einer Lithium-Ionen-Batterie bezeichnet eine sich selbst erhaltende Reaktion, bei der übermäßige Hitze eine Kette exothermer Reaktionen auslöst. Dieser Prozess führt zu einem schnellen Temperaturanstieg, der Brände oder Explosionen zur Folge haben kann. Das Phänomen wird je nach den auslösenden Temperaturen und Reaktionen in vier Phasen eingeteilt:
Bühne | Anfangstemperatur | Beschreibung |
|---|---|---|
1 | ~80°C | Durch den Zusammenbruch der Festelektrolyt-Grenzfläche (SEI) wird die Elektrode dem Elektrolyten ausgesetzt. |
2 | ~100°C | Durch die Zersetzung des Elektrolyten werden brennbare Gase freigesetzt, die die Temperatur weiter erhöhen. |
3 | ~130°C | Durch das Schmelzen des Separators können die Elektroden in Kontakt kommen und Kurzschlüsse verursachen. |
4 | ~150°C | Bei der Kathodenzersetzung werden Sauerstoff und brennbare Gase freigesetzt, wodurch eine Explosionsgefahr besteht. |
Das Verständnis dieser Phasen unterstreicht, wie wichtig eine frühzeitige Erkennung und Prävention ist, um katastrophale Folgen zu vermeiden.
Thermisches Durchgehen birgt aufgrund seiner unkontrollierbaren Natur erhebliche Sicherheitsrisiken. Dabei erzeugt die Lithium-Ionen-Batterie gefährliche Gase, die zu Explosionen führen können. Geräte wie Elektrofahrzeuge und Rasenmäher produzieren bei thermischem Durchgehen nachweislich so viel Gas, dass Gebäude beschädigt und Menschenleben gefährdet werden.
Das Problem wird durch seine zunehmende Verbreitung noch verschärft. Berichte deuten auf einen Anstieg der Fälle von thermischem Durchgehen zwischen 2019 und 2023 um 28 % hin , wobei in der TRIP-Datenbank durchschnittlich zwei Fälle pro Woche erfasst werden. Trotzdem ist die Wahrscheinlichkeit eines thermischen Durchgehens während des Fluges nach wie vor gering, was die Bedeutung angemessener Sicherheitsmaßnahmen unterstreicht.
Reale Vorfälle verdeutlichen die Gefahren des thermischen Durchgehens einer Lithium-Ionen-Batterie. Zum Beispiel:
Im Jahr 2016 rief ein großer Smartphone-Hersteller Millionen von Geräten zurück, nachdem mehrere davon aufgrund eines thermischen Durchgehens Feuer gefangen hatten.
Auch Elektrofahrzeuge gerieten ins Visier, nachdem es aufgrund thermischen Durchgehens zu Batteriebränden kam, die zu Sachschäden und Verletzungen führten.
In städtischen Gebieten sind Brände bei E-Bike-akkus zu einem immer größeren Problem geworden; in fünf Jahren wurden über 25.000 Vorfälle gemeldet.
Diese Beispiele unterstreichen die Notwendigkeit robuster Sicherheitsprotokolle und verbesserter Batteriedesigns zur Risikominderung.
Thermisches Durchgehen in Lithium-Ionen-Batterien beginnt oft mit bestimmten Auslösern, die ihre Stabilität beeinträchtigen. Überladung ist eine der häufigsten Ursachen. Wird eine Batterie über ihre sichere Spannungsgrenze hinaus aufgeladen, entsteht übermäßige Hitze, die zu gefährlichen chemischen Reaktionen führen kann. Ebenso kann schnelles Laden mit hohen Strömen zu inneren Spannungen führen und das Risiko eines thermischen Durchgehens erhöhen.
Weitere Faktoren sind physische Schäden wie Einstiche oder Quetschungen, die zu internen Kurzschlüssen führen können. Auch Herstellungsfehler, wie etwa Fehler im Separator, spielen eine bedeutende Rolle. Umweltbedingungen wie extreme Temperaturen oder hohe Luftfeuchtigkeit verschärfen das Problem zusätzlich.
Eine 20-prozentige Temperaturerhöhung einer Lithium-Ionen-Batterie führt zu deutlich schnelleren, unerwünschten chemischen Reaktionen und der Freisetzung übermäßiger Wärme. Diese überschüssige Wärme erhöht die Batterietemperatur, was wiederum die Reaktionen beschleunigt und zum sogenannten thermischen Durchgehen führt. (Quelle: Clemson News 2023)
Ein thermisches Durchgehen tritt auf, wenn eine Batterie in einen unkontrollierbaren Zustand der Selbsterhitzung gerät. Dies geschieht, wenn die erzeugte Wärme die Fähigkeit der Batterie übersteigt, sie abzuleiten. Der Prozess kann schnell eskalieren, wie von UL-Forschungsinstituten experimentell nachgewiesen wurde . Die Temperaturen stiegen dabei um über 20 °C pro Minute und erreichten über 300 °C.
Zu den wichtigsten Bedingungen, die ein thermisches Durchgehen auslösen, gehören:
Interne Kurzschlüsse durch Dendritenbildung oder Separatorfehler.
Externe Faktoren wie Überladung oder Einwirkung hoher Temperaturen.
Zu schnelles Laden, was zu Dendritenwachstum und Kurzschlüssen führen kann.
Zu schnelles Laden kann zur Bildung von Dendriten an der Anode führen.
Dendriten können den Separator durchdringen und zu internen Kurzschlüssen führen.
Kurzschlüsse führen zu einer schnellen Erwärmung der Batterie, die möglicherweise 100 °C (212 °F) übersteigt.
Erhöhte Temperaturen beschleunigen chemische Reaktionen, erzeugen mehr Wärme und führen zum thermischen Durchgehen.
Sowohl interne als auch externe Faktoren tragen zum thermischen Durchgehen bei. Intern können Defekte wie Separatorfehler oder Dendritenbildung zu Kurzschlüssen führen. Extern tragen Überladung, physische Schäden und extreme Hitzeeinwirkung maßgeblich dazu bei.
Art des Missbrauchs | Beschreibung |
|---|---|
Mechanischer Missbrauch | Physische Schäden an der Batterie, beispielsweise durch Herunterfallen oder Durchstechen. |
Elektrischer Missbrauch | Probleme wie interne Kurzschlüsse oder Überladung aufgrund schlechter Konstruktion. |
Thermischer Missbrauch | Hohe Temperaturen führen zu übermäßiger Wärmeentwicklung innerhalb der Batterie. |
Das Verständnis dieser Faktoren ist entscheidend, um thermisches Durchgehen zu verhindern. Ein verbessertes Batteriedesign, die richtige Nutzung und effektive Wärmemanagementlösungen können Risiken deutlich reduzieren. Indem Sie diese Probleme angehen, können Sie sich für Large Power entscheiden und die Lösung erhalten, die die Sicherheit erhöht und die Langlebigkeit Ihrer Batterien gewährleistet.
Fortschritte im Batteriedesign und bei den Batteriematerialien spielen eine entscheidende Rolle bei der Verhinderung von thermischem Durchgehen. Moderne Innovationen konzentrieren sich auf die Verbesserung des Wärmemanagements und die Minimierung von Risiken unter extremen Bedingungen. Beispiele:
Batteriemodule mit Injektionslöchern an der Unterseite verbessern die Kühleffizienz, indem sie ein präzises Auftragen des Klebstoffs ermöglichen und so Zellschäden reduzieren.
Batteriefächer mit Sicherheitssystemen öffnen bei kritischen Temperaturen automatisch die Abdeckungen und ermöglichen so eine schnelle Abkühlung.
Wärmeleitende Batteriegehäuse verhindern, dass Kondenswasser auf elektrische Anschlüsse tropft und verringern so das Kurzschlussrisiko.
Darüber hinaus kann die Integration von Flammschutzmitteln in Thermofluide die Brandgefahr bei Reifenpannen oder unsachgemäßem Laden verringern. Schadensauslöser, die Abschaltungen auslösen, bevor es zum thermischen Durchgehen kommt, erhöhen die Sicherheit zusätzlich. Diese Innovationen sorgen dafür, dass Batterien auch unter Belastung stabil bleiben.
Durch die Anwendung geeigneter Lade-, Entlade- und Lagerverfahren wird die Wahrscheinlichkeit eines thermischen Durchgehens erheblich verringert. Beachten Sie die folgenden Best Practices:
Verwenden Sie Ladegeräte, die den Batteriespezifikationen entsprechen, um ein Überladen zu vermeiden.
Laden Sie mit einer Rate von 0,5 C bis 1 C, um eine Belastung der Batterie zu vermeiden.
Halten Sie die Ladetemperatur zwischen 0 °C und 45 °C.
Lagern Sie Batterien in einer kühlen, trockenen Umgebung, um thermische Belastungen zu vermeiden.
Vermeiden Sie häufiges vollständiges Aufladen; streben Sie einen Ladezustand von 20 % bis 80 % an.
Beachten Sie beim Entladen die Herstellerangaben und begrenzen Sie die Entladetiefe auf 80 %. Eine schrittweise Erhöhung der Last und der Betrieb innerhalb sicherer Temperaturbereiche (-20 °C bis 60 °C) tragen ebenfalls zur Erhaltung der Batteriegesundheit bei.
Ein Batteriemanagementsystem (BMS) ist für die Überwachung und Steuerung der Batterieleistung unerlässlich. Es gewährleistet gleichmäßiges Laden und Entladen aller Zellen und verhindert so Ungleichgewichte, die zu einem thermischen Durchgehen führen könnten. Zu den erweiterten BMS-Funktionen gehören:
Echtzeit-Temperaturüberwachung zur Erkennung von Überhitzung.
Stresszustandsanalyse zur Vorhersage und Minderung von Risiken.
Hotspot-Erkennung zur Identifizierung ungleichmäßigen Innenwiderstands.
Durch die Nutzung dieser Funktionen erhöht ein BMS die Sicherheit und verlängert die Batterielebensdauer.
Effektive Wärmemanagementsysteme sind entscheidend, um thermisches Durchgehen zu verhindern. Innovationen wie Systeme auf Basis von Phasenwechselmaterialien (PCM) nutzen die latenten Wärmeeigenschaften zur Regulierung der Batterietemperatur. Doppelte PCM-Schichten erzeugen thermische Gradienten, optimieren die Wärmeabsorption und minimieren Ungleichgewichte.
Auch Feuerlöschsysteme spielen eine wichtige Rolle. Integrierte Löschsprays werden bei thermischen Ereignissen aktiviert, absorbieren die Wärme und löschen außer Kontrolle geratene Zellen. Ein weiteres Beispiel ist das Anti-Propagation-Thermomanagementsystem, das die Energie bei thermischem Durchgehen eindämmt und so eine Ausbreitung auf benachbarte Zellen verhindert. Diese Lösungen gewährleisten die Sicherheit in Umgebungen, in denen Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden.
Das Erkennen der frühen Anzeichen eines thermischen Durchgehens ist entscheidend für die Sicherheit und die Vermeidung katastrophaler Folgen. Achten Sie auf wichtige Indikatoren, darunter:
Die Oberflächentemperatur steigt.
Schnelle Temperaturanstiegsraten.
Plötzliche Spannungsabfälle.
Sichtbare Entlüftung oder Massenverlust.
Freisetzung von Gasen wie Wasserstoff oder Kohlendioxid.
Das Vorhandensein von Feuer oder Rauch.
Gassensoren können bei der Früherkennung eine entscheidende Rolle spielen. Diese Sensoren erkennen gefährliche Gase, die bei einem thermischen Durchgehen freigesetzt werden, und ermöglichen so ein rechtzeitiges Eingreifen. Durch Wachsamkeit und den Einsatz moderner Überwachungssysteme können Sie Risiken effektiv minimieren.
Bei einem thermischen Durchgehen ist sofortiges Handeln unerlässlich, um Schäden zu minimieren. Die NABB empfiehlt die Einhaltung der folgenden Notfallprotokolle:
Verwenden Sie Halon-Feuerlöscher, um Flammen zu unterdrücken. Beachten Sie jedoch, dass diese ein thermisches Durchgehen nicht verhindern können.
Tauchen Sie betroffene Batterien in Flüssigkeit, um sie wirksam abzukühlen.
Bedenken Sie, dass die Temperaturen 1.300 °F erreichen können und vor der Eindämmung eine Kühlung erforderlich ist.
Richten Sie eine Sicherheitszone um den Brandort ein, um Einsatzkräfte und Umstehende zu schützen. Führen Sie nach dem Brand gründliche Untersuchungen durch, um das Risiko einer erneuten Entzündung zu minimieren. Regelmäßige Schulungen des Personals gewährleisten die Vorbereitung auf solche Notfälle.
Der Einsatz der richtigen Brandbekämpfungsmethoden ist entscheidend für die Bekämpfung von Lithium-Ionen-Batteriebränden. Studien belegen die Wirksamkeit verschiedener Techniken:
Brandbekämpfungsmethode | Beschreibung |
|---|---|
Novec 1230 | Ein spezielles Mittel gegen Brände von Lithium-Ionen-Batterien. |
FM-200 | Ein weiteres wirksames Mittel zur Unterdrückung von Bränden bei Lithium-Ionen-Batterien. |
Kaliumbicarbonat | Ein Trockenlöschmittel, das Flammen wirksam unterdrückt. |
Wassernebelsysteme | Erzeugt feine Tröpfchen zum Kühlen von Batterien, ohne einen Temperaturschock zu verursachen. |
Wässrige Suspension von Vermiculit | Kühlt Batterien und sorgt gleichzeitig für thermische und elektrische Isolierung. |
Nicht passende Löschmittel können zu unwirksamen Ergebnissen führen. Anlagen, die Lithium-Ionen-Batterien verwenden, sollten in entsprechende Sicherheitssysteme investieren. Durch die Umsetzung dieser Maßnahmen können Sie thermische Durchgehen effektiv bewältigen und deren Eskalation verhindern.
Die Vermeidung von thermischem Durchgehen beginnt mit der Anwendung bewährter Verfahren. Sie sollten:
Verwenden Sie zertifizierte Geräte und befolgen Sie die Herstellerrichtlinien gemäß UL Standards & Engagement .
Überprüfen Sie die Batterien regelmäßig und lagern Sie sie an einem kühlen, trockenen Ort.
Entsorgen Sie beschädigte Batterien sicher.
Fortschritte wie sicherheitsverstärkte Schichten haben das Explosionsrisiko um 53 % reduziert. Mit den richtigen Vorsichtsmaßnahmen bleiben Lithium-Ionen-Batterien im täglichen Gebrauch zuverlässig und sicher.
Achten Sie auf Anzeichen wie Schwellungen, ungewöhnliche Hitze oder Brandgeruch. Verwenden Sie eine Wärmebildkamera, um ungewöhnliche Temperaturanstiege zu erkennen.
Nein, sobald der Brand einmal begonnen hat, lässt er sich nicht mehr stoppen. Konzentrieren Sie sich auf die Kühlung und Isolierung der Batterie, um weitere Schäden oder eine Brandausbreitung zu verhindern.
Ja, sie sind sicher, wenn Sie die richtigen Lager-, Lade- und Handhabungspraktiken befolgen. Verwenden Sie zertifizierte Ladegeräte und vermeiden Sie es, die Batterien extremen Temperaturen auszusetzen.
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