Überwachung auf thermisches Durchgehen („Thermal Runaway“) zur Verhinderung von Bränden in Batteriemodulen für Elektrofahrzeuge

Die Herausforderung des Kunden

Die meisten Hersteller von EV-Batteriemodulen und -packs verwenden Batteriezellen, die beim Zusammenbau einen gewissen Ladezustand aufweisen, da im Allgemeinen davon ausgegangen wird, dass eine vollständig entladene Lithium-Ionen-Batterie gefährlicher ist als eine vollständig geladene. Wenn die einzelnen Batteriemodule miteinander verbunden sind, beginnt der Strom zwischen den Komponenten zu fließen. Dieser Stromfluss führt oft zu einem Temperaturanstieg in den Zellen und/oder Modulen. Mit steigender Temperatur sinkt die Spannung im System und führt zu einem Anstieg des Stroms, wodurch die Temperatur noch weiter ansteigt. Dieser Zyklus der Temperaturerhöhung wird als „thermisches Durchgehen“ bezeichnet und kann, wenn er nicht erkannt wird, zu Schäden an den Batterien und sogar zu Bränden in der Anlage führen.

Das Batteriemanagementsystem (BMS) überwacht die Temperaturen und kontrolliert die Batterie auf lose Verbindungen und interne Kurzschlüsse. Das BMS wird jedoch in der Regel erst später im Montageprozess in das System eingebaut. Die Überwachung der Temperaturen von Zellen und Modulen während der Erstmontage erfolgt daher mit tragbaren IR-Temperaturpistolen, die nur in einem kleinen Bereich Temperaturinformationen liefern, oder es wird gar nicht gemessen.

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Die Lösung

Wärmebildkameras bieten Herstellern von Batteriesystemen die Möglichkeit, die gesamte Batteriebaugruppe auf erhöhte Temperaturen und potenziell gefährliche Situationen aufgrund von thermischem Durchgehen zu überwachen. Da die Batteriekonfigurationen von Montagelinie zu Montagelinie stark variieren können, hilft die Fähigkeit von Wärmekameras, Temperaturen an Tausenden von verschiedenen Punkten zu messen, sicherzustellen, dass kein kritischer Hotspot übersehen wird.

Die FLIR Advanced Smart Sensor-Kameras der A-Serie können so installiert werden, dass jede Abluftöffnung der Batteriebaugruppe überwacht wird. Über die Online-Kamerasteuerungsschnittstelle können mehrere Interessenbereiche erstellt werden, wobei für jeden ROI Obergrenzen für Temperaturalarme definiert werden. Alarmsignale können zur Datenprotokollierung und Steuerung einer Alarmanzeige bei Überschreiten eines kritischen Temperaturschwellenwerts über EtherNet/IP an eine industrielle SPS gesendet werden. Diese Konfiguration ermöglicht die Aufzeichnung des Temperaturdatenverlaufs, eine visuelle Anzeige für Arbeiter, wenn gefährliche Bedingungen auftreten. Ferner beseitigt sie das Potenzial für menschliche Fehler bei der Verwendung eines tragbaren Temperaturmessgeräts.

FLIR Advanced Smart Sensor Kameras der A-Serie sind einfach zu installieren und über eine Online-Schnittstelle zu steuern.

Die Ergebnisse

Die Verwendung von Kameras der A-Serie wie der A70 bietet eine deutliche Verbesserung gegenüber der Verwendung von Handmessgeräten durch einzelne Bediener, da die Wiederholbarkeit und Zuverlässigkeit der Temperaturmessungen zur Erkennung von thermischem Durchgehen deutlich zunimmt. Die automatisierte und verbesserte thermische Überwachung bietet ein gewisses Maß an Sicherheit, dass potenzielle Gefahren schnell erkannt werden, was zur Reduzierung der Risiken sowohl für das Anlagenpersonal als auch für die Anlagen beiträgt.

FLIR A70-Wärmebildkamera bei der Überwachung eines Batteriepacks.