Elektroautos: So steht es um die Batteriesicherheit

(TRD/MID Alternativen Antrieben gehört die Zukunft. Vor allem Elektroautos sind gefragt. Nach langer Anlaufzeit interessieren sich inzwischen in Deutschland immer mehr Menschen für die umweltfreundlichen Stromer. Eine nicht unerhebliche Rolle bei dieser Entwicklung dürfte die Diesel-Debatte mit drohenden Fahrverboten in deutschen Städten spielen.

Reichweitenangst und eine mangelnde Infrastruktur waren bisher die großen Problemzonen der Elektromobilität. Doch da haben die Autobauer aufgeholt und große Fortschritte gemacht. Einige Elektroautos kommen mittlerweile bis zu 400 Kilometer weit und manche sogar darüber hinaus. Und auch bei den Schnellladestationen geht es vorwärts, aber bis zur flächendeckenden Versorgung ist es noch ein weiter Weg.

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Elektroautos wie der Opel Ampera-e kommen laut Hersteller auf eine Reichweite von mehr als 400 Kilometer. © Opel/TRDmobil

Mit den Absatzzahlen steigt aber eine Gefahr, die vielleicht den wenigsten bewusst ist. Denn immer mehr Elektroautos bedeuten immer mehr Batterien. Doch wie sicher sind diese Energiespeicher eigentlich, vor allem, wenn sie für den Straßenverkehr bald in Massen produziert werden müssen? Eine entscheidende Rolle spielt der Brandschutz. Denn brennende Elektroautos, explodierende Smartphones oder Unfälle mit E-Zigaretten beherrschen die Schlagzeilen.

Thermisches Durchgehen

Auch wenn diese Produkte auf den ersten Blick völlig unterschiedlich sind, so haben sie doch eines gemeinsam: E-Fahrzeuge, Handys und elektrische Zigaretten werden heute meist von einem Lithium-Ionen-Akku gespeist. Und in diesem Energiespeicher kann es zu einem elektrischen Kurzschluss kommen, der eine Kettenreaktion auslöst. Das Elektrolyt entzündet sich; das bezeichnen Experten dann als „Thermisches Durchgehen“ oder „Thermal Runaway“.

Und so suchen die Autohersteller und Zulieferer nach Lösungen, um die Auswirkungen eines Batteriebrandes einzudämmen oder gar ganz zu verhindern. Der Durchbruch lässt noch auf sich warten. Doch jetzt ist man mit neuen Materialien für die „Batterie-Sicherheit“ möglicherweise einen entscheidenden Schritt vorangekommen. Der US-amerikanische Multitechnologie-Konzern 3M hat eine dünne endothermische Isolationsmatte entwickelt, die das „Thermische Durchgehen“ der nächsten Zelle um mehr als 15 Minuten verzögern oder sogar stoppen kann.

Damit übertrifft die neue 3M-Isolationsmatte die globalen Richtlinien für die Sicherheit von Elektrofahrzeugen deutlich. Die UN Global Technical Regulation (GTR 20) schreibt eine Verzögerung von fünf Minuten vor. Oft müssen Fahrer und Passagiere nach einem Unfall aber erst noch von den Helfern aus dem zerstörten Auto befreit und geborgen werden – und das dauert natürlich seine Zeit. Daher kann eine Verzögerung von 15 Minuten, wie sie die neue 3M-Isolationsmatte verspricht, lebensrettend sein. China-Studien: Mehr als 400 Millionen Überwachungskameras im Reich der Mitte installiert

Reichweite und Energiedichte

„Alle wollen mehr Reichweite. Deshalb setzt man Batterien mit höherer Energiedichte ein. Und damit wird das Thema der Batterie-Sicherheit zunehmend wichtiger“, sagt Christoph Küsters, Innovations-Manager Automotive Electrification bei 3M, in einem Interview mit dem Motor-Informations-Dienst (mid). Fahrzeuge, bei denen die Batterie das Fünf-Minuten-Level nicht erreicht, kommen erst gar nicht auf den Markt, betont der Fachmann. Neuer Keramik-Lackschutz für das Auto zum Aufsprühen

3M hat beim Thema „Batterie-Sicherheit“ noch eine weitere Neuentwicklung in der Pipeline. Dabei handelt es sich um eine hochtemperaturbeständige, leichte und verformbare keramische Fasermatte. Sie soll das Durchbrennen des Aluminium-Batteriedeckels bei einem Unfall verhindern. Diese Neuentwicklungen wurden laut 3M mit führenden deutschen Herstellern und Forschungsinstituten vorangetrieben und in Thermal-Runaway-Versuchen mit Hochenergiezellen überprüft. Außerdem befinden sich diese Materialien in Erprobungen, die gemeinsam mit Herstellern und Zulieferern erfolgen, heißt es. Fahren bald mobile, autonome Lade-Roboter durch Parkhäuser und Tiefgaragen?

Experten stellen den 3M-Innovationen ein gutes Zeugnis aus. Es sei erforderlich, die Batterie immer im zulässigen Arbeitsfenster (Wohlfühlbereich) zu betreiben, und darum kümmere sich das Batteriemanagementsystem (BMS) auch zuverlässig, erläutert Dr. Harry Döring, Fachgebietsleiter im Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg. Was aber, wenn es dennoch zu nicht kontrollierbaren Ereignissen kommt? „Dann muss die Batteriekonstruktion beziehungsweise die Batterieumgebung entsprechend gestaltet sein, diese Situation aufzufangen um das Fahrzeug auch bei unvorhergesehenen Ereignissen sicher zu machen. Daran wird intensiv bei den Automobilisten, ihren Entwicklungspartnern und Zulieferern gearbeitet“, sagt Dr. Harry Döring dem mid.

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Der Multitechnologiekonzern 3M fährt beim Thema „Elektromobilität“ vorneweg.
© 3M/TRD mobil

Einen Zeitplan gibt es bereits. „Die Einführung der Produkte ist ab 2019/2020 geplant“, betont Christoph Küsters. Und wer weiß: Vielleicht gehören Bilder von brennenden Fahrzeugen infolge eines Batterie-Kurzschlusses schon bald der Vergangenheit an.

Redakteur: Ralf Loweg mid/TRD

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