Batteriesicherheit: Brennen E-Autos öfter?

Der Brand auf dem Frachtschiff Fremantle Highway hat für viele nahegelegt, dass E-Autos für das Feuer verantwortlich sein könnten. Bisher ist die Brandursache noch nicht geklärt. Doch es spricht viel dafür, dass die Elektromobile nicht den Brand verursacht haben. Eine Tatsache sollte man dennoch nicht unterschätzen: Batterien von E-Autos sind sehr schwer zu löschen, wenn sie erst einmal brennen. Batteriesicherheit ist also ein ernst zu nehmendes Thema.

Der Lehrstuhl „Production Engineering of E-Mobility Components“ (PEM) der RWTH Aachen hat kürzlich mit einem neuen englischsprachigen Whitepaper über aktuelle „Herausforderungen und Lösungen in der Batteriesicherheit“ die Öffentlichkeit zu diesem Thema informiert. Der 16-seitigen Veröffentlichung zufolge liege die Ausfallrate von Elektrofahrzeugen zwischen 0,9 und 1,2 pro 10.000 solcher Autos – verglichen mit 7,3 Brandunfällen bei klassischen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. „Beim thermischen Durchgehen von Lithium-Ionen-Akkus wird deutlich weniger Energie freigesetzt als bei einem entsprechenden Benzintank, aber der daraus entstehende Batteriebrand ist viel schwieriger zu löschen“, sagt PEM-Leiter Professor Achim Kampker.

Batteriesicherheit: verhindern, dass sich Wärme ausbreitet

Solche „Thermal Runaways“ treten auf, wenn eine Batteriezelle mehr Wärme produziert, als sie abführen kann, was durch elektrische, mechanische oder thermische Auslöser sowie Verunreinigungen und Herstellungsfehler bedingt sein kann. Wird eine bestimmte Schwellentemperatur erreicht, ist das Durchgehen nicht mehr aufzuhalten, und die gespeicherte Energie wird in Form von Hitze und brennbaren Gasen freigesetzt.

Die Herausforderung bei der Batteriesicherheit liege laut den Autoren des Whitepapers auf sämtlichen Ebenen der Zell- und Akkupack-Konstruktion. Deshalb werde zusätzlich zur elektrischen Isolierung der einzelnen Batterieeinbauten in Wissenschaft und Industrie derzeit daran gearbeitet, auf Systemebene etwa durch Barrierematerialien die Ausbreitung von Wärme zu verhindern. Wie das aussieht, zeigt aktuell die Freudenberg Sealing Technologies mit ihren „Thermal Barriers“, die an verschiedenen Positionen innerhalb der Batterie einsetzbar sind und sich bereits in ersten Serienproduktionen bewährt haben.

Thermale Barrieren lösen das Problem

Ganz neu ist, dass über die bereits bestehenden zweidimensionalen Formen hinaus, etwa als flache Matten oder Ummantelungen, diese „jetzt auch in maßgeschneiderten 3D-Geometrien verfügbar sind und den Einsatz an verschiedenen Positionen innerhalb der Batterie sowie die Integration weiterer Komponenten ermöglichen“, sagt Technologie-Chef Andrew Espinoza des weltweit tätigen Werkstoffspezialisten und Automobilzulieferers. In Groß- und Kleinserienfertigungsverfahren ließen sich so mittels Spritzguss und Extrusion kundenspezifische Geometrien etwa für Profildichtungen, Modulabtrennungen und Abdeckungen herstellen. Hinzu kommt, dass die gefertigten 3-D-Geometrien leicht sind und sich deshalb nur minimal auf das Gesamtgewicht der Batterie auswirken.

Wie die Autoren des RWTH-Whitepapers weiter ausführen, könne entstehendes Gas außerdem durch eine bestimmte Form der Führung und Entlüftung sicher abgeleitet werden. Auch auf Zellebene gebe es bereits unterschiedliche Sicherheitsvorkehrungen – unter anderem Stromunterbrecher und Kaltleiter-Materialien, die jedoch nicht für alle Batterietypen gleich geeignet seien.