Sicherheitselement von Konzelmann zur Notentgasung machen E-Mobilität sicherer
Um die Elektromobilität sicherer zu machen, hat Konzelmann, eines der führenden mittelständischen Unternehmen in der Entwicklung von Kunststoffinnovationen für die Branchen Automobil, Medizin und Industrie, mit einer neuartigen Membrantechnik Sicherheitselemente zur Notentgasung (emergency degassing) und Druckausgleich (pressure compensation) für luftgekühlte und immersionsgekühlte Lithium (Li)-Ionen-Batterien entwickelt. Diese ermöglichen ein vereinfachtes Produktionskonzept sowie eine vereinfachte Konstruktion gegenüber herkömmlichen Lösungen bei gleichzeitig reduzierten Kosten. Damit ist erstmalig ein Sicherungselement verfügbar, das sich durch eine erhöhte Wasserbeständigkeit auszeichnet und so Elektromobilität in Hochwasser- und Monsunregengebieten sicherer macht und auch für immersionsgekühlte Batterien geeignet ist. Die patentierte Membran heißt VentiKon und das dazugehörige Produkt > KBerstring. Die neuen Sicherungselemente stellt Konzelmann auf dem „Battery Expert Forum (12.-14. Juli 2022 in Frakfurt am Main) vor.
Innovative Lösung im Bereich Druckausgleich und Notentgasung
Sicherheit hat bei Li-Ionen-Batterien oberste Priorität. Doch was passiert, wenn Elektrofahrzeuge längere Zeit extrem hohem Wasserdruck ausgesetzt sind – beispielsweise in einer gefluteten Tiefgarage? Grundsätzlich ist bei Lithium (Li)-Ionen-Batterien immer ein Berstelement unter anderem zur Prävention eines thermal runaways erforderlich. Um zu verhindern, dass ein thermal runaway im schlimmsten Fall zu einer Deformierung der Batterie und der Entwicklung von giftigen Gasgemischen führt, hat Konzelmann Sicherungselemente mit einem großen Berstbereich entwickelt, die sowohl kleine Berstdrücke bereits bei einem niedrigen Druck ab 50 Millibar auslösen, als auch bei größeren bis zu 2000 Millibar.
Freigestellter KBerstring mit patentierter VentiKon-Membran.
Besonders vorteilhaft erweist sich das bei den aktuell im Trend liegenden immersionsgekühlten Batterien. Diese sind mit einem Unterdruck befüllt und öffnen bei einem geringen Überdruck, wodurch eine Asymmetrie zwischen diesem inneren Unterdruck und dem äußeren Berstdruck entsteht. Dafür ist das von Konzelmann konzipierte Sicherungssystem aus einem Berstring mit einer gasdichten Membran besser geeignet als mechanische Systeme. Zwar können mechanische Lösungen wie eine Berstscheibe (rupture disc) oder ein beweglicher Zylinder diesen asymmetrischen Druck grundsätzlich abfangen, sie lassen sich allerdings nicht einfach auf einen individuellen Berstdruck einstellen. „Der Vorteil des KBerstrings von Konzelmann in Kombination mit den verschiedenen VentiKon Membranen ist, dass sowohl Druckausgleich, Druckausgleich und Bersten als auch nur Bersten realisiert werden können“, erklärt Dr. André Konzelmann, Head of Business Unit eMobility bei Konzelmann. „So lassen sich der Berstdruck und der Druckausgleich individuell an die Anforderungen des Produkts anpassen.“
Erhöhter Batterieschutz bei Hochwasser
Zudem zeichnet sich die Membran durch eine höhere Wasserbeständigkeit aus, die auf die Materialbeschaffenheit (PET anstatt PTFE) zurückzuführen ist. Dadurch sind die Membranen nicht nur für die bei vorgeschriebenen Tests (IPx7) standardmäßige Wassertiefe von einem Meter, sondern sogar für größere Wassertiefen von über vier Metern geeignet. „Gerade bei Hochwasser oder Monsunregen bietet das Produkt durch den Schutz der Batterie dementsprechend eine höhere Sicherheit für die Fahrzeuginsassen“, verdeutlicht Milko Konzelmann, CEO von Konzelmann.
Aber auch bei Temperaturschwankungen weist der KBerstring durch seine Materialbeschaffenheit eine geringere Toleranz aus als vergleichbare Produkte aus PTFE. Diese liegt über dem Temperaturbereich von -40 Grad Celsius bis +80 Grad Celsius bei plus/minus 50 Millibar. Dadurch ist sichergestellt, dass eine Notentgasung auch bei grenzwertigen Temperaturen funktioniert und die Fahrzeuginsassen dementsprechend sicher sind. Durch die Membranstruktur kann darüber hinaus im Gegensatz zu PTFE-Membranen eine einfache, zeitsparende und kostengünstige EOL (End of Life)-Testung durchgeführt werden.
Individuelles, schnelles Produktdesign
Da der KBerstring wie ein Baukastensystem konzipiert ist, lässt sich dasselbe Design mit unterschiedlichen Membranen individuell an verschiedene Produktanforderungen anpassen. Und indem Struktur- und Strömungssimulation mit Tests verbunden werden, sind Produktentwicklungen in kürzester Zeit möglich: „Für die Vorhersage und Validierung der Funktionen verwenden wir sogenannte ROBB-Prüfkörper (Rupture, Opening, Bursting and Breathing). Die Tests werden mit den Simulationsergebnissen verglichen und an das kundenspezifische Produkt angepasst. Dieser Ansatz reduziert die Vorentwicklungszeit auf wenige Tage, indem die Funktion definiert und die Basis für die Produktrealisierung geschaffen wird,“ erklärt Volker Buchmann, Business Development eMobility, bei Konzelmann.
Über Konzelmann
Seit mehr als 55 Jahren steht die Konzelmann GmbH für Innovationen aus Kunststoff. Das familiengeführte Unternehmen mit Hauptsitz in Löchgau zwischen Stuttgart und Heilbronn entwickelt Kunststoffbauteile und -systeme zur Reiboptimierung sowie Emissionsreduktion. Seine Kunden sind große OEMs und Tier-1-Zulieferer in den Branchen Automobil, Medizin und Industrie. Dabei folgen die Experten von Konzelmann einem holistischen Lösungsansatz: Durch intensives Zuhören und langjähriges Know-how in der Entwicklung von technischen Spezialanwendungen entstehen im Austausch mit dem Kunden individuelle Lösungen mit ganzheitlichem Blick für Produkt- sowie Prozessschnittstellen. Das Ergebnis sind reduzierte Produktionskosten bei überlegenen Produkteigenschaften. Ein aktuelles Beispiel dafür ist der eigenentwickelte KBerstring, der die Sicherheit von Batterien im Zuge der E-Mobilität erhöht.
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