Batteriesicherheit und Abuse
Kernthemen:
- Erforschung und Modellierung des Thermal Runaways und der thermischen Propagation
- Entstehung von sicherheitskritischen Zuständen in Lithium-Ionen Zellen
- Diagnosealgorithmik zur frühzeitigen Fehlererkennung
- Entwicklung aktiver Sicherheitsmaßnahmen im Fehlerfall
Kurzbeschreibung:
Das thermische Durchgehen (engl.: Thermal Runaway) ist der Zustand einer Lithium-Ionen Zelle, bei dem mehr Wärme innerhalb der Zelle entsteht als abgeführt werden kann. Dies führt zu einem rasanten Temperaturanstieg, begleitet von Gasentwicklung, Flammenbildung und verheerenden Konsequenzen für die Umgebung. In Batteriesystemen löst die entstandene Wärme das thermische Durchgehen in benachbarten Zellen aus, was als thermische Propagation (engl.: Thermal Propagation) bezeichnet wird. Ein präzises Verständnis der Abläufe und wirkungsvolle Möglichkeiten zur Gefahrenreduktion sind entscheidend für die Entwicklung von Batteriesystemen mit höchster Sicherheit und Kundenakzeptanz.
Forschungsschwerpunkte und Anwendung
Als anwendungsnahe Hochschule sehen wir uns als Bindeglied zwischen Theorie und Praxis, um das Batteriesystem von Morgen sicherer zu gestalten. In diesem Projekt konzentrieren wir uns auf Methoden zur Abschwächung, Vermeidung und Detektion von Thermal Runaway und dessen Propagation. Ein zentraler Aspekt ist dabei das umfassende Verständnis der Fehlerentstehung und des Verhaltens während des Thermal Runaways und der folgenden Propagation. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen in die Entwicklung innovativer Verfahren, darunter solche, die auf künstlicher Intelligenz basieren, um frühzeitig Fehler zu diagnostizieren. Im Falle einer Fehlererkennung setzen wir im Gegensatz zu herkömmlichen Batteriesystemen auf aktive Sicherheitsstrategien, die die Sicherheit erheblich verbessern können. Einen Überblick über alle Forschungsthemen erhalten Sie in der folgenden Abbildung:
Bei Interesse an unserer Arbeit, weil Sie selbst im Bereich Batterie-Sicherheit forschen oder die Sicherheit Ihres Batteriesystems erhöhen möchten, können Sie gerne mit uns in Kontakt treten.
Testmöglichkeiten
- Thermischer Abuse
- Überhitzung
- Elektrischer Abuse
- Überladung
- Entladung
- Kurzschluss
- Mechnischer Abuse
- Nailpenetration
- Deformationsversuche
Infrastruktur
- Prüf- und Messcontainer für die zerstörende Untersuchungen Batteriezellen und -packs
- Messtechnik für Strom-, Spannungs- und Temperaturmessung
- Bild- und Videoaufzeichnung (Wärmebild, Hochgeschwindigkeitsaufnahme in FHD und Action-Cams)
- Elektronische Last bis 1890 A
- Elektronische Quelle bis 60 A
- Linearmotor (1,7 kN bis v > 50 mm/s)
Relevante Literatur:
- M. Theiler, A. Baumann, C. Endisch, Influence of inhomogeneous state of charge distributions on thermal runaway propagation in lithium-ion batteries, Journal of Energy Storage, Volume 95 (2024). https://doi.org/10.1016/j.est.2024.112483.
Ansprechpartner
Alexander Baumann, M.Sc.
Tel.: +49 841 9348-6494
Raum: S421
E-Mail: Alexander.Baumann@thi.de
Michael Theiler, M.Sc.
Tel.: +49 841 9348-6465
E-Mail: Michael.Theiler@thi.de
