Fünf Designüberlegungen bei der Auswahl einer optimierten Batterieentlüftungslösung

Von Shane Campbell, Produktmanager bei Donaldson

Die sich stets weiterentwickelnden Designtrends und Standards der Automobilindustrie beeinflussen das Aussehen, die Langlebigkeit und die Leistung neuer Elektrofahrzeugmodelle – das reicht bis hin zum Design der Entlüftungssysteme für Batteriepacks. Mit der steigenden Nachfrage bei Verbrauchern nach Elektrofahrzeugen steigt auch die Bedarf an innovativen Batterien, die mehr Leistung und eine größere Reichweite bieten.

Da Batterien immer komplexer werden, ist die Notwendigkeit, sie vor Witterungseinflüssen zu schützen, noch nie so groß gewesen wie heute. Ingenieure von Batteriepacks kennen sich mit Fahrzeuganwendungen aus und tragen durch die Kombination mit der richtigen Entlüftungstechnologie zur Verbesserung der Leistung von Elektrofahrzeugen bei.

Nachfolgend sind fünf wichtige Überlegungen aufgeführt, die Donaldson bei der Entwicklung einer Lösung zur Maximierung der Leistung von Fahrzeugbatterien berücksichtigt: 

1. Bereitstellung eines Druckausgleichs

2. Ingenieur für den Schutz vor Eindringen

Die Anforderungen an den Luftstrom sind zwar entscheidend für die Kontrolle des Drucks im Batteriepack, aber auch der Schutz vor eindringenden Verunreinigungen ist ein wichtiger zu berücksichtigender Aspekt. Ein wichtiger Parameter in der Entwurfs- und Testphase ist die IP-Schutzart (Ingress Protection, zu Dt.: Schutz vor Eindringen) die angibt, wie gut ein Gehäuse gegen Fremdkörper und Feuchtigkeit abgedichtet ist.

Zu den typischen Verunreinigungen, gegen die eine Batterieentlüftung schützen muss, gehören Wasser (Spritzwasser und Untertauchen), Öl, Staub und Sandpartikel. Bei den zweistufigen Batterieentlüftungen von Donaldson kommen ein einzigartiges Gehäusedesign und die Tetratex™ ePTFE-Membran, ein firmeneigenes Filtrationsmedium, zum Einsatz, um einen außergewöhnlichen Schutz des Batteriepacks zu gewährleisten.

Wenn der Schutz vor Eindringen erhöht wird, kann sich der Luftstrom zur Notentgasung verringern, sodass geeignete Entlüftungslösungen das optimale Gleichgewicht zwischen Schutz vor Eindringen und Entgasungsluftstrom finden müssen.

3. Berücksichtigung von Grenzfällen

Batteriepacks und Gehäuse von Elektrofahrzeugen wurden entwickelt, um unerwartete Grenzfälle zu bewältigen, d. h. Ereignisse, die bei extremen Betriebsparametern auftreten. Auch wenn Grenzfälle selten vorkommen, ist es wichtig, dass eine Entlüftungslösung optimiert wird, um das Risiko für Schäden am Batteriepack zu verringern sowie den Ausfall von Komponenten oder kostspielige Reparaturen zu verhindern.

Nachfolgend sind einige Grenzfälle aufgeführt, anhand derer Donaldson seine Produkte getestet hat:

• Schnellladen mit Gleichstrom (DC) – Dieser Ladevorgang ist wesentlich schneller als bei herkömmlichen Ladestationen und erzeugt zusätzliche Wärme und Druck auf die Batterie des Elektrofahrzeugs.
• Bergrennen – Beim Wettkampfsport „Bergrennen“ kommt es zu einem plötzlichen Höhenunterschied, wodurch sich Druck und Temperatur in der Fahrzeugbatterie erhöhen.
• Waten durch Gewässer – Wenn Sie abseits der Straße durch einen Bach fahren, kann ein warmes Batteriepack einen Temperaturschock erleiden und ein schnell auftretendes Vakuum durch das kühle Wasser verursachen.
• Lufttransport – Ein Fahrzeug, das in einem Flugzeug transportiert wird, wird durch die Druckveränderungen aufgrund der Höhenunterschiede beeinträchtigt.
• Steinschlag – Steine oder sonstiges hartes Geröll, die auf den Unterboden eines Fahrzeugs treffen, können einen Druckanstieg im Inneren des Batteriepacks verursachen.

Das Testverfahren von Donaldson beinhaltet auch eine umfassende Fehlermöglichkeits- und -einflussanalyse. Bei dieser Analyse werden der Schweregrad und die Häufigkeit möglicher Grenzfälle untersucht und in einem Validierungsplan erfasst.

Darüber hinaus arbeitet Donaldson mit seinen Kunden zusammen, um nachzuvollziehen, welchen extremen Bedingungen ihre Fahrzeuge ausgesetzt sein können und welche Anforderungen erforderlich sind, um die Fahrleistung bei einem plötzlichen Grenzfall aufrechtzuerhalten.

4. Entschärfen von Notentgasungsereignissen

Wie auch bei den Grenzfällen konstruiert Donaldson seine Entlüftungslösungen für Batterien so, dass sie bei Notentgasungen, z. B. bei thermischem Durchgehen, den Druck im Batteriepack kontrollieren, wenn der Druck auf ein bedenkliches Niveau ansteigt und das Gas sofort aus dem Pack abgelassen werden muss.

Die zweistufigen Entlüftungslösungen von Donaldson sind darauf ausgelegt, diese eskalierten Situationen zu bewältigen. In einem solchen Fall öffnet sich die zweite Stufe vollständig, damit die schnell expandierenden Gase kontrolliert entweichen können. Dieser Mechanismus trägt dazu bei, weitere Schäden an den Batteriezellen oder am Gehäuse des Packs zu verhindern.

5. Durchführung einer Validierung über den gesamten Temperaturbereich

Donaldson entwickelt die Entlüftungssysteme für Batteriepacks so, dass sie bei verschiedenen Betriebstemperaturen funktionieren. Das Ingenieursteam von Donaldson führt häufig Tests bei einer ganzen Reihe von Extremtemperaturen durch, um herauszufinden, wie die Entlüftungen mit Berstdruck, Notentgasung, Druckzyklus, Wärmezyklus, Heißlagerung, Thermoschock und Vibration umgehen.

Zweistufige Entlüftungslösungen