{{{sourceTextContent.title}}}

Kubischer Drucksensor ermöglicht die Überwachung des thermischen Durchgehens bei Elektrofahrzeugen

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Echtzeit-Drucküberwachung als Frühwarnsystem für sicherere Lithium-Ionen-Batteriesysteme und ein intelligenteres Wärmemanagement

{{{sourceTextContent.description}}}

Der weltweite Markt für Elektrofahrzeuge wächst weiterhin rasant. In Elektrofahrzeugen sind Lithium-Batteriesysteme aufgrund ihres direkten Einflusses auf die Fahrzeugsicherheit und -leistung zu einem zentralen Bestandteil geworden. Da die Energiedichte der Batterien stetig zunimmt, ist die Sicherheit der Batteriesysteme zu einem wichtigen Schwerpunkt für Automobilhersteller und Endnutzer geworden, insbesondere aufgrund von Bedenken hinsichtlich eines thermischen Durchgehens. Ein thermischer Durchgang stellt bei Lithium-Ionen-Batterieanwendungen ein ernstes Sicherheitsrisiko dar. Er kann durch interne Kurzschlüsse, Überladung, Überhitzung oder mechanische Beschädigungen ausgelöst werden. Sobald der Ausfallprozess beginnt, kann die Batteriezelle innerhalb kurzer Zeit Wärme freisetzen. Im Batteriepack kann es dann zu Druckaufbau, Entgasung, Brand oder sogar zu einer Explosion kommen. Eine frühzeitige Erkennung ist daher entscheidend für die Verbesserung der Fahrzeugsicherheit.

Druckänderungen sind ein wichtiges Signal bei einem thermischen Durchgehen der Batterie. Wenn innerhalb der Batteriezelle abnormale thermische Zustände auftreten, kann sich der Druck im Batteriepack oder im dafür vorgesehenen Überwachungsraum rasch ändern. Untersuchungen haben zudem gezeigt, dass mechanische Signale, darunter auch der Druck, in bestimmten Szenarien eines thermischen Durchgehens als Frühwarnindikatoren besser geeignet sein können als die Temperatur. Daher kann eine Echtzeit-Drucküberwachung dazu beitragen, abnormale Batteriezustände in einem früheren Stadium zu erkennen. Das Drucksignal kann nützliche Informationen für das Batteriemanagementsystem (BMS) liefern und es dem BMS ermöglichen, sicherere Warnstrategien zu unterstützen.

Als Reaktion auf die Marktnachfrage hat Cubic als Tier-1-Zulieferer der Automobilindustrie die Drucksensor-Serie ATRS-1015 auf Basis der MEMS-Technologie entwickelt, um Druckschwankungen während thermischer Ausreißereignisse bei Lithium-Ionen-Batterien zu überwachen und Frühwarnsignale zur Unterstützung von Sicherheitsalarmstrategien zu liefern. Ausgestattet mit einem selbst entwickelten Druckchip zeichnet sich die ATRS-1015-Serie durch stabile Leistung, schnelle Ansprechzeit und einen großen Messbereich aus, was eine schnelle Erkennung von Druckänderungen in der Nähe des Druckentlastungsventils des Akkupacks ermöglicht. Der aus Komponenten in Automobilqualität gefertigte Drucksensor ATRS-1015 von Cubic wurde gemäß den Anforderungen der AEC-Q100 für Automobilelektronik entwickelt und erfüllt die EMV-Anforderungen für eine Vielzahl von Fahrzeugplattformen, was Kunden die Systemintegration erleichtert. Zudem zeichnet sich der Drucksensor durch einen extrem geringen Stromverbrauch aus, wobei der Ruhestrom im Schlafmodus im μA-Bereich liegt, was den Stromverbrauch des Systems bei der langfristigen Überwachung an Bord senkt. Darüber hinaus überträgt der Drucksensor Echtzeit-Messdaten über CAN-Kommunikation an das Batteriemanagementsystem (BMS) und ermöglicht so sicherere Frühwarnstrategien für Elektrofahrzeuge. Abgesehen von den Kernfunktionen beträgt die Lebensdauer des Sensors bis zu 15 Jahre, was ihn zu einer idealen Überwachungslösung für thermische Ausreißer macht.

Über den Drucksensor hinaus gehen thermische Ausreißer in Batterien mit zahlreichen physikalischen und chemischen Veränderungen einher, die weitere wertvolle Frühwarnsignale liefern können. Um eine umfassendere Überwachung zu ermöglichen, bietet Cubic ein breiteres Sensorportfolio an, das die Erkennung von CO₂, CO, H₂, Aerosolen und Elektrolytdämpfen abdeckt. Dank der Fähigkeit zur Erfassung mehrerer Signale können verschiedene Indikatoren, die in unterschiedlichen Phasen eines thermischen Durchgehens entstehen, erkannt werden. Dadurch erhält das Batteriemanagementsystem umfassendere Informationen zur Unterstützung von Frühwarn- und Sicherheitsstrategien.

Aufbauend auf umfangreicher Erfahrung in der eigenständigen Entwicklung und Produktion von Kernkomponenten in Automobilqualität hat Cubic starke Softwareentwicklungskapazitäten aufgebaut, die den ASPICE-Standards entsprechen. Darüber hinaus trägt ein nach IATF 16949 zertifiziertes Qualitätsmanagementsystem dazu bei, dass die umfassenden Lösungen von Cubic zur Überwachung des thermischen Durchgehens die strengen Qualitätsanforderungen der Automobilindustrie erfüllen. Die Lösungen gegen thermischen Durchgehen wurden in einer Vielzahl globaler OEM-Programme eingesetzt und haben im langfristigen Praxiseinsatz ihre zuverlässige Leistung unter Beweis gestellt.