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Cubic ATRS-1012: Integrierter CO2+H2-Gassensor zur Frühwarnung bei thermischem Durchgehen von EV-Li-Batterien

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Ein wirksamer Ansatz zur Gasdetektion für die Frühwarnung vor thermischem Durchgehen

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Thermisches Durchgehen ist eines der größten Sicherheitsrisiken im Zusammenhang mit Lithium-Ionen-Batterien, die in Elektrofahrzeugen verwendet werden. Einmal in Gang gesetzt, kann es schnell zu Bränden oder Explosionen kommen, die sowohl die Fahrzeuginsassen als auch umliegendes Eigentum gefährden. In Anbetracht dieser ernsten Gefahr hat die U.S. National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) eine endgültige Regelung der Federal Motor Vehicle Safety Standards erlassen, die im Februar 2025 in Kraft tritt. Mit der endgültigen Regelung wurde der Federal Motor Vehicle Safety Standard (FMVSS) PART 571 No. 305a - Electric-Powered Vehicles: Electric Powertrain Integrity" (Integrität des elektrischen Antriebsstrangs) eingeführt, der am 1. September 2027 verbindlich wird.

Gemäß Abschnitt S13 der Vorschrift PART 571 Nr. 305a wird die Warnung im Falle eines thermischen Ereignisses im REESS hervorgehoben: "Das Fahrzeug muss den Fahrer im Falle eines thermischen Ereignisses im REESS warnen, wenn sich das Fahrzeug im aktiven Fahrmodus befindet. Das Warnsystem für thermische Ereignisse muss seine eigene Bereitschaft überwachen. Die Warnung muss innerhalb von drei Minuten nach Eintreten des thermischen Ereignisses ausgelöst werden. Die Warnung muss aus akustischen und optischen Signalen bestehen, die mindestens 5 Minuten lang aktiv bleiben. Bei einem Fahrzeug mit automatisierten Fahrsystemen und ohne manuell betätigte Bedienelemente muss die visuelle Warnung für alle Insassen der ersten Reihe erfolgen". Die Vorschrift unterstreicht die wachsende Bedeutung einer schnellen und rechtzeitigen Erkennung von Frühwarnsignalen bei Batterieausfall, um die Sicherheit der Insassen und die Einhaltung globaler Normen zu gewährleisten.

Um eine effektive und schnelle Erkennung eines thermischen Durchgehens innerhalb weniger Minuten zu unterstützen, hat sich die Gasdetektion als eine der effektivsten Methoden zur frühzeitigen Warnung vor einem thermischen Durchgehen unter den verschiedenen Detektionsstrategien erwiesen. Bei einem thermischen Durchgehen setzen Lithium-Ionen-Batterien eine Mischung aus Gasen frei, darunter Kohlendioxid (CO2), Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO). In Batteriepacks verschiedener chemischer Typen weisen diese drei Gase die höchsten Leckagekonzentrationen auf. Die Überwachung der Konzentration dieser Gase bietet einen direkten Einblick in die Reaktionen, die im Inneren der Zellen ablaufen, und ermöglicht eine Echtzeit-Erkennung von anormalem Verhalten. Im Vergleich zur Temperatur- oder Spannungsüberwachung kann die Gasdetektion ein frühes Stadium der Zersetzung erkennen und bietet so ein kritisches Zeitfenster für das Batteriemanagementsystem (BMS), um Sicherheitsmaßnahmen wie die Isolierung des Stromkreises, Kühlung oder Abschaltung zu aktivieren.

Unter allen freigesetzten Gasen hat sich Kohlendioxid (CO2) als der zuverlässigste und unverzichtbare Indikator für die frühzeitige Erkennung eines thermischen Durchgehens erwiesen. CO2 wird gleich zu Beginn des Ereignisses in beträchtlichen Mengen erzeugt und weist stabile, messbare Konzentrationsänderungen auf. Eine wirksame CO2-Überwachung ermöglicht die sofortige Erkennung von thermischen Ereignissen und trägt dazu bei, die Eskalation zu schweren oder irreversiblen Batterieschäden zu verhindern. Neben CO2 gilt auch Wasserstoff (H2) als wirksames Indikatorgas, das eine frühzeitige Warnung vor thermischen Durchbrüchen ermöglicht.

Cubic, ein führender Hersteller von Gassensoren und Gasanalysatoren, verfügt über umfangreiche Forschungs- und Entwicklungserfahrung auf dem Gebiet der Gassensorik und hat den ATRS-1012 entwickelt, einen integrierten Sensor zur Erkennung des thermischen Durchgehens von Li-Ionen-Batterien, der eine schnelle Identifizierung von CO2- und H2-Gasentweichungen im Frühstadium von thermischen Durchgehensereignissen ermöglicht und eine rechtzeitige Warnung als Reaktion auf die sich entwickelnden Sicherheitsanforderungen bietet.

Der ATRS-1012-Sensor von Cubic kann die Freisetzung von CO2 und H2 aus Lithium-Ionen-Batterien effektiv überwachen und ein Frühwarnsignal für das Batteriemanagementsystem (BMS) erzeugen, um Sicherheitsalarmstrategien zu formulieren. Cubic kombiniert auf innovative Weise nicht-dispersive Infrarot- (NDIR) und MEMS-Wärmeleitfähigkeits- (TC) Technologie, um eine Sensorlösung zu integrieren, die bemerkenswerte Eigenschaften wie schnelle Reaktionszeit, lange Lebensdauer und geringen Stromverbrauch aufweist und in großem Umfang für Elektrofahrzeuge mit Lithiumbatterien eingesetzt werden könnte.

Merkmale:
- Nicht-dispersive Infrarot-Technologie (NDIR) zur CO2-Erkennung
- MEMS-Wärmeleitfähigkeitstechnologie für die H2-Erkennung
- Schnelle Reaktionszeit (<1s)
- Weniger Kreuzinterferenzen mit anderen Gasen
- Niedriger Stromverbrauch
- Selbst hergestellte Komponenten in Automobilqualität

Da die EV-Industrie weltweit die Elektrifizierung vorantreibt, hat die Batteriesicherheit weiterhin höchste Priorität. Die frühzeitige Erkennung eines thermischen Durchgehens ist nicht nur eine gesetzliche Anforderung, sondern auch ein Schlüsselfaktor für den Schutz von Leben und Eigentum. Als Tier-1-Zulieferer für die Automobilindustrie hat Cubic die IATF 16949-Zertifizierung erworben, unterstützt durch ein Qualitätsmanagementsystem in Automobilqualität und umfangreiche Erfahrung in der automatisierten Massenproduktion. Dies stellt sicher, dass die Gassensoren für die Automobilindustrie äußerst zuverlässig und bereit für den breiten Einsatz sind und OEMs eine zuverlässige und anpassungsfähige Lösung zur Erkennung von thermischem Durchgehen bieten, um die Batteriesicherheit zu erhöhen und die nachhaltige Entwicklung der Elektromobilität zu fördern.

Für weitere Informationen klicken Sie bitte auf den folgenden Link: https://en.gassensor.com.cn/LibatteryThermalRunawaySensor/info_itemid_2739.html oder kontaktieren Sie uns über [email protected]