Das Batteriesystem – Bauplan eines Erfolgsmodells

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Sichere und leichte Zellgehäuse bilden noch einen Widerspruch

Bei den Zellgehäusen für die genannten Elektroden-Separator-Anordnungen haben die Hartgehäuse gegenüber den Verbundfoliengehäusen den Vorteil, dass die Seitenwände nur schwer deformierbar sind. Ferner kann ein CID (Current Interruption Device) als passives Sicherheitselement integriert werden. Das CID wird aktiviert, wenn innerhalb der Zelle hoher Druck entsteht, und trennt die Verbindung zwischen Elektrode und Zellaußenpol.

Damit wird die Lithium-Ionen-Zelle elektrisch abgeschaltet, bevor ein kritischer Zustand entsteht. Die prozesstechnische Fertigung von Hartgehäusen ist jedoch aufgrund der Vielzahl an Bauteilen komplex und teuer. Zudem besitzen diese stabilen Zellgehäuse ein hohes Eigengewicht, was sich negativ auf die spezifische Energie entsprechender Zellen auswirkt.

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Verbundfolien-Zellgehäuse besitzen dagegen ein sehr geringes Gesamtgewicht und bestehen aus deutlich weniger Bauteilen. Dadurch können hohe spezifische Energien realisiert werden. Aufgrund der flexiblen Form von Pouch-Zellen sind die Seitenwände jedoch leicht deformierbar und penetrierbar. Mechanische Stabilität wird erst durch zusätzliche Seitenwände in einem Modul erreicht. Außerdem kann in Verbundfolien-Zellgehäusen kein passives Sicherheitselement integriert werden.

Know-how für die Wahl der bestgeeigneten Lithium-Ionen-Zelle

Lithium-Ionen-Zellen sind komplexe und sehr vielseitige Systeme. Die große Bandbreite an Materialien, die für die einzelnen Zellkomponenten zur Verfügung steht, und das Zelldesign gehen mit individuellen Eigenschaften und somit auch unterschiedlichen Vor- und Nachteilen hinsichtlich Sicherheit, Lebensdauer, Leistung, Kosten und Energie einher.

Die exakte Kenntnis der Lithium-Ionen-Zelle mit allen chemischen und physikalischen Vorgängen ist jedoch die Grundvoraussetzung für die Auswahl der bestgeeigneten Zelle für das jeweilige Fahrzeug – seien es Sportwagen oder andere Fahrzeuge, an deren Entwicklung Porsche Engineering mitwirkt.

* Der Text erschien im Porsche Engineering Magazin 1/2017.

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