BENZING-MEMBRANEN: „GÜRTEL UND HOSENTRÄGER“ FÜR BATTERIE-ZÜGE

in Forschung & Entwicklung von

EINE WESENTLICHE AUFGABE BEIM EINSATZ VON BATTERIEN IN E-FAHRZEUGEN IST DER BRANDSCHUTZ. bahn manager SPRACH MIT DEM ENTWICKLUNGSINGENIEUR FÜR SPEZIELLE SICHERHEITSPRODUKTE DER FIRMA HUGO BENZING, VOLKER BUCHMANN.

Von Hermann Schmidtendorf, Chefredakteur bahn manager

Zentral für die Wahrscheinlichkeit des Abbrennens eines Akkus sind die sogenannten C- Raten – also wie viel Strom pro Zeiteinheit entnommen oder zugeführt wird. Zu hohe C- Raten führen zur Erhitzung und damit zur Zerstörung von Zellen im Batteriepack. Dadurch kann Elektrolyt austreten und sich bei Kontakt mit Sauerstoff entzünden. Fahrzeugbatterien werden daher heute immer gut gekühlt. Doch wie kann man sonst ein das Abbrennen von Batterien vermeiden?

Volker Buchmann: Ja, das sind in erster Linie Berstscheiben und Berstmembranen, die in der Elektromobilität eingesetzt werden, z. B. in Brennstoffzellen, in Lithium-Ionen-Batterien oder in Eisen-Phosphat-Batterien. Sie dienen als Schutz im Falle eines Thermal Runaways – oder
thermischen Durchgehen. Das heißt konkret, dass eine der vielen darin enthaltenen Zellen z.B. durch einen Kurzschluss thermisch angeregt wird und sich erhitzt, bis sie einen gewissen Punkt erreicht und dann explodiert. Dabei entsteht eine sehr große Gasmenge, die auf das Gehäuse drückt, Und damit dieses nicht platzt, muss das Gas sicher abgeführt werden. Denn mit einem sehr hohen Anteil Kohlenmonoxid und noch anderen, hoch entflammbaren Bestandteilen ist dieses Gas hochtoxisch und sollte nicht in einem geschlossenen Raum, und schon gar nicht in einem Raum mit Menschen verbleiben.

Um das zu bewerkstelligen, verwendet man Berstmembranen mit einem aufgesetzten Rohr, die an der Batterie angebracht werden. Oder man verwendet Berstscheiben, die sich im Fall eines Überdrucks öffnen und die Gasmenge dann nach außen leiten. Sie fragen sich jetzt vielleicht: Über was für eine Menge reden wir da eigentlich? In einem reinen Elektrofahrzeug ist die Batterie ungefähr so groß wie eine Tischplatte und produziert bei einem Thermal Runaway ungefähr 700 bis 1000 Liter Gas pro Sekunde.

Das ist in der Tat schockierend. Das möchte man den Passagieren in einem Zug zum Beispiel nicht zumuten. Je größer und je zahlreicher Batterien sind, desto größer ist auch das austretende Gasvolumen, wenn mal was schiefgeht?

Gerade in der Bahn ist der Schutz natürlich sehr wichtig, denn bei einem rein elektrisch betriebenen Zug brauchen wir viel elektrische Energie. Bei nicht elektrifizierten Streckenabschnitten müssen die Batterien entsprechend groß sein. Sie können sich bestimmt vorstellen, was hier für Gasmengen entstehen könnten und was das im Umkehrschluss heißt. Daher kommen auch hier Sicherungselemente wie Berstscheiben oder
Berstmembranen zum Einsatz. Wenn man jetzt davon ausgeht, dass pro Element ca. 200 Liter Gas pro Sekunde abgeleitet werden können, brauchen wir in einem elektrischen Zug ungefähr 300 bis 500 solcher Ventile.

Gibt es noch weitere Vorsorgemaßnahmen – was ist mit Kühlung, sodass die Temperatur erst gar nicht so hoch ansteigt im Batteriebereich?

Die Kühlung hat ihre Grenzen, wenn die Batterie von außen angeregt wird. Zum Beispiel durch eine Über- oder Unterladung, durch einen Kurzschluss oder ein anderes Problem. Bei so einem elektrischen Vorgang kann die Kühlung nichts ausrichten.

Die Kunst liegt also im Detail. Zunächst einmal sieht das noch recht harmlos aus, das sind kleine nette Teile, die könnte man fast als Briefbeschwerer nehmen, aber sie haben doch eine ganz ernsthafte Aufgabe.

Genau. Die Elektromobilität nimmt ja gerade mächtig Schwung auf, und da wollen wir alle, dass das so sicher wie möglich abläuft. Und mit unseren Produkten bieten wir so etwas wie Gürtel und Hosenträger zusammen. Manchmal braucht man eben beides!

Das gesamte Interview findet sich in der Ausgabe 2/2020 des bahn managers. Das Gespräch als Video ist anzuschauen auf der Bewegtbildplattform des bahn managers unter dem LINK.

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