Lithium-Ionen-Batterien sind leistungsstark – aber thermisch sensibel. Präzise Druckmessung ist entscheidend, um Überhitzung zu verhindern und das Kühlkonzept zu optimieren.
Ob explodierende Laptops oder brennende Elektrofahrzeuge – thermisches Durchgehen (Thermal Runaway) von Lithium-Ionen-Batterien kann dramatische Folgen haben. Diese Instabilität entsteht meist durch Überlastung oder hohe Umgebungstemperaturen und verläuft in mehreren gefährlichen Stufen:
- ab 80 °C: Auflösung der SEI-Schicht, erste exotherme Reaktionen
- ab 110 °C: Zersetzung organischer Lösungsmittel, Gasbildung, Druckanstieg
- ab 135 °C: Schmelzen der Separatorfolie → Kurzschluss
- ab 200 °C: Zersetzung der Kathode, Sauerstofffreisetzung, Entzündung
Thermisches Management durch Flüssigkeitskühlung
Um diese Risiken zu beherrschen, kommen in modernen EV-Batterien flüssigkeitsgekühlte Systeme zum Einsatz. Kühlkörper und BMS (Battery Management System) steuern Temperatur und Wärmeabfuhr.
Für die Auslegung dieser Systeme braucht es fundierte Daten: Temperatur- und Druckmessungen während Lade- und Entladezyklen bilden die Grundlage. Nur so lassen sich Kühlkanäle dimensionieren und Simulationen aufsetzen – etwa mit Software wie PTC CreoParametric 3D.
Warum Druckmessung entscheidend ist
Eine optimale Wärmeübertragung hängt vom Zusammenspiel aus Kühlmitteldurchfluss, Temperatur und Druck ab. Bereits eine Druckdifferenz von 0,008 bar über Ein- und Ausgang kann entscheidend sein – das erfordert höchste Präzision bei der Druckmessung.
Mit Sensoren wie dem ATM.1ST von STS lassen sich diese Anforderungen erfüllen. Er bietet:
- sehr hohe Messgenauigkeit bei niedrigen Differenzdrücken
- lange Stabilität über weite Temperaturbereiche
- kompakte, medienbeständige Bauweise für Flüssigkeitskontakt
Ingenieure nutzen diese Daten, um Druckverluste entlang verschiedener Kanaldesigns zu vergleichen – visuell dargestellt in Kurven für minimale und maximale Durchflussvolumenraten. Die Bernoulli-Gleichung zeigt: Höherer Durchfluss = quadratisch steigender Druckverlust.
Designoptimierung durch Messdaten
Deshalb setzen Entwickler auf breitere Kühlkanäle mit mehreren Durchgängen, um die Wärmeabfuhr über Zwangskonvektion zu verbessern. Die Folge: stabilere Zelltemperaturen, geringeres Risiko für Thermal Runaway und höhere Zyklenfestigkeit.
Fazit
Die exakte Druckmessung leistet einen essenziellen Beitrag zur Sicherheit und Effizienz von Lithium-Ionen-Batterien – besonders in der Entwicklungsphase. Mit Sensoren wie dem ATM.1ST von STS lassen sich Kühlkonzepte optimieren, Risiken minimieren und Systemleistung langfristig sichern.
