PLöPSS - Entwicklung von passiven Lösungen zur Hemmung der Propagation in stationären Speichersystemen; Teilprojekt: Definition von Thermal-Runaway-sicheren Designs zum Einsatz in Li-Ionen Batteriemodulen und -systemen

Abstract

Stationäre Batteriespeicher auf Basis der Lithium-Ionen-Technik sind ein wichtiger Baustein einer Energiewende, die zunehmend auf fluktuierenden erneuerbaren Energien aufbaut. Jedoch kann falsche Handhabung, das Versagen von Sicherheitsmaßnahmen wieder Überwachungselektronik oder eine Spätfolge eines Fertigungsfehlern eine Einzelzelle zum sogenannten thermischen Durchgehen bringen, was sich in dem Freisetzen starker Wärmemengen sowie ausgestoßenem Feuer, heißen Partikeln, teilweise gesundheitsgefährdenden Gasen und Druckwellen äußert. Diese Effekte können auch die Nachbarzellen in kritische Zustände versetzen und eine sogenannte Propagation verursachen, also die kaskadenartige Übertragung des thermischen Durchgehens von einer Zelle zur nächsten und von einem Batteriemodul zum nächsten. Diese Gefahr wird v. a. beherrschbar, wenn redundante Sicherheitsmaßnahmen auf den verschiedenen Systemebenen Hand in Hand wirken, um sowohl das Risiko für ein initiales thermisches Durchgehen einer Einzelzelle als auch das für Propagation zu verhindern. In einschlägigen Standards wie der DIN EN IEC 62619 wird die vollständige Verhinderung der Propagation gefordert. Akzeptanzkriterium beim Propagationstest ist dabei, dass keine Feuer aus dem System nach außen treten und das Systemgehäuse nicht aufbricht. Im Rahmen des Projekt PLöPSS - Entwicklung von Passiven Lösungen zur Hemmung der Propagation in Stationären Speichersystemen – wurde durch umfangreiche experimentelle und simulatorische Untersuchungen ein Sicherheitskonzept entwickelt, das die Propagation in einer ausgewählten Systemarchitektur eines stationären Batteriespeichers vollständig verhindern soll. Neben den etablierten State-of-the-art-Sicherheitsmaßnahmen auf den Systemebenen der Zelle sowie des Battery Management Systems wurden dabei mehrere weitere Sicherheitsmaßnahmen eingeführt. Um die Propagation so früh wie möglich zu verhindern, ist die Sicherheit auf Modulebene von zentraler Bedeutung.