Ganzheitlicher Ansatz zur Batteriesicherheit

1959 erfand Volvo den Dreipunkt-Sicherheitsgurt und stellte ihn bekanntermaßen dem Rest der Automobilindustrie zur Verfügung. Sie schätzen, dass er über 1 Million Menschenleben gerettet hat. Doch Sicherheitsgurte mit Schultergurten reichten nicht aus. Und so wurden zusätzliche Sicherheitsverbesserungen und Innovationen vorgenommen, wie Airbags, Knautschzonen, Antiblockiersysteme, elektronische Stabilitätskontrolle, Spurhalteassistenten, Kollisionswarner, adaptive Geschwindigkeitsregelung und andere. Wenn eine neue Sicherheitsinnovation auf den Markt kam, wurde sie zu den anderen hinzugefügt. Und doch schnallen wir uns, selbst mit der Innovation von Airbags und anderen Sicherheitszusätzen, immer noch pflichtbewusst jedes Mal an, wenn wir ins Auto steigen. Das Ergebnis? Nun, dank der kontinuierlichen Sicherheitsinnovationen der Branche ist es heute weitaus sicherer, mit 120 km/h zu fahren, als es im frühen 20. Jahrhundert der Fall war, einen Bruchteil dieser Geschwindigkeit zu fahren.

Bei Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge verläuft die Diskussion jedoch anders, da einige Sicherheitstechnologieunternehmen ihre Lösung als Allheilmittel anpreisen, das die Notwendigkeit anderer Sicherheitsüberlegungen obsolet macht.

Sicherheitsmerkmale in Lithium-Ionen-Batteriepacks werden denselben ganzheitlichen Ansatz verfolgen, den die mechanische Sicherheit in der Automobilindustrie gewählt hat. Diese Philosophie und wie sie sich in der Branche auswirken wird, werde ich in diesem Artikel und den nächsten in diesem Newsletter aufschlüsseln. Zunächst werden einige übergreifende Themen behandelt, und dann individuelle Lösungen, Tests und andere Sicherheitsstrategien. Erwarten Sie jedoch, dass maximale Sicherheit durch die Bündelung einer Vielzahl von Innovationen zu einem ganzheitlichen, sicheren Batteriepack erreicht wird.

Mehrere Faktoren bestimmen die Mischung der Sicherheitsmerkmale, die in einem Lithium-Ionen-Batteriepack enthalten sind.

• Kosten: Obwohl die Kosten immer eine Rolle spielen werden, sind sie kein kritischer Faktor. Bei zwei gleichwertigen Optionen wird jedoch fast immer die kostengünstigere gewinnen. Und für weniger anspruchsvolle Geräte werden kostengünstige Lösungen diese Rolle erfüllen.

• Energiedichte: Mehrere integrierte Unternehmen entwickeln derzeit Batterien mit sehr hoher Energiedichte – Amprius, Cuberg, Sepion, GDI, Advano, LeydenJar und Ionblox, um nur einige zu nennen. Die Energiedichte wird weiter steigen, und je mehr Energie in ein kleineres Gehäuse gepackt wird, desto mehr Sicherheitsmerkmale werden benötigt, um sie unter Kontrolle zu halten. Lithium-Eisenphosphat und Natrium-Ionen benötigen hingegen weniger Merkmale.

• Platz und Gewicht: Abhängig von der Größe des Geräts können Platz und Gewicht wichtige Faktoren sein, die dazu führen, dass Lösungen, die weniger Platz und Gewicht benötigen, in den Vordergrund treten.

• Komplexität: Einfachheit wird gewinnen. Batteriepacks werden jedoch ein gewisses Maß an Komplexität tolerieren, insbesondere solche, die in großen Stückzahlen hergestellt werden oder bei denen die Sicherheit von größter Bedeutung ist.

• Kosten des Ausfalls: Am oberen Ende haben wir Satelliten, bemannte Weltraummissionen, Krankenhäuser, Bergbaufahrzeuge, Schifffahrt und andere kritische Umgebungen, in denen ein Ausfall zum Verlust vieler Dollars oder Menschenleben führen kann. Am unteren Ende haben wir kleine Konsumgüter, Elektrowerkzeuge und Mikromobilität. Diese nehmen jedoch mit der Anzahl der Geräte zu und werden häufiger in kritische Umgebungen wie städtische Gebäude gebracht.

• Leistung: Sicherheitsmerkmale, die die Leistung beeinträchtigen, sind in den meisten Fällen ein No-Go. Letztendlich ist es die Aufgabe der Batterie, das Gerät mit Strom zu versorgen, und das wird niemand opfern.

Kurz gesagt, Kosten, Energiedichte, Platz & Gewicht, Komplexität, Ausfallkosten und Leistung sind die wichtigsten Faktoren, die beim Design sicherer Batteriepacks eine Rolle spielen werden. Im Hinblick auf die Autoanalogie verursachten die meisten implementierten Sicherheitsvorrichtungen zusätzliche Kosten, etwas Gewicht und sicherlich Komplexität. Und doch werden sie heute alle fast allgegenwärtig eingesetzt, haben aber selten die Leistung des Autos beeinträchtigt.

Zusammenfassend lässt sich sagen: Wenn ein Sicherheitsmerkmal funktioniert, ohne die Leistung des Geräts zu beeinträchtigen, und nicht zu teuer, schwer oder komplex ist, wird es wahrscheinlich verwendet werden. Die Risikokapitalgeber, OEMs und andere, die in diesen Bereich investieren, sollten sich am stärksten darauf konzentrieren, 1) ob die Innovation funktioniert und 2) wie stark der Vorteil ist, den sie schafft. Der Rest wird sich ergeben. Immer noch skeptisch? Denken Sie einfach daran, wie komplex und teuer Antiblockiersysteme, elektronische Stabilitätskontrolle und Airbags sind. Und dann versuchen Sie, ein Auto ohne sie zu kaufen.