Freisetzungseigenschaften von entweichenden Gasen aus Lithium-Ionen-Batteriezellen von Elektrofahrzeugen in Kurzstapel- und Modulkonfiguration

Mit dem fortschreitenden Übergang zur Elektromobilität spielen Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) eine wichtige Rolle bei der Unterstützung der Dekarbonisierung des Straßenverkehrs (Personenkraftwagen, leichte Nutzfahrzeuge, schwere Nutzfahrzeuge). Allerdings wurden mit der schnellen technologischen Entwicklung der LIBs und ihrer zunehmenden Nutzung sicherheitsrelevante Probleme von Elektrofahrzeugen, die durch das thermische Durchgehen der Batterie verursacht werden, weit verbreitet berichtet. Thermisches Durchgehen (TR) kann von der Freisetzung giftiger Gase, Feuer, Flammen und Explosionen begleitet werden, was eine ernsthafte Gefahr für Menschen in der Umgebung (Passagiere, Ersthelfer, Feuerwehr, Unbeteiligte) und Gebäude (enge Räume wie Parkhäuser, Garagen, Häuser) darstellt.

Daher ist es entscheidend, das Verhalten der Lithium-Ionen-Batteriezellen unter Testbedingungen zu verstehen, die die verschiedenen Bedingungen widerspiegeln, denen ein EV-Batteriesystem während des Betriebs ausgesetzt ist. In dieser Studie zum thermischen Durchgehen und zur Ausbreitung wurden großformatige Pouch-Zellen (40 Ah), die aus einem kommerziellen Elektrofahrzeug entnommen wurden, in verschiedenen Konfigurationen angeordnet: 2-Zellen-Kurzstapel, 5-Zellen-Kurzstapel, 10s2-Modul. Zwei Methoden zur Auslösung des thermischen Durchgehens, Nägelbohrung und schnelles Erhitzen, wurden verwendet, und der Einfluss von Isoliermaterialien zwischen den Zellen wurde bewertet. Die Tests wurden in einem offenen Aufbau innerhalb eines Testraums von 100 m³ durchgeführt. Eine Gasproben-Sonde wurde seitlich, über dem Prüfobjekt (DUT) platziert, um die freigesetzten Gase zu überwachen, zu charakterisieren und zu quantifizieren, mithilfe einer Online- Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR).

Die während eines Tests gesammelten Gase wurden weiter mittels Gaschromatographie-Massenspektrometrie-System (GC-MS) analysiert. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf den gasförmigen Produkten und dem Verhalten der Gasentwicklung / Dynamik als Funktion der Zeit während des TR- und TP-Experiments. Wir werden die Dynamik der Gasfreisetzung und eine Toxizitätsbewertung dieser gasförmigen Produkte präsentieren, unter Verwendung, wenn möglich, der Acute Exposure Guideline Levels-2 (AEGL-2).