Welche Gefahren gehen von Lithium-Ionen Batterien aus?

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1 Welche Gefahren gehen von Lithium-Ionen Batterien aus? IHK-Vortrag Dipl.-Ing. Andreas Schmid IPEK Institut für Produktentwicklung KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

2 Welche Gefahren können von Lithium-Ionen Batterien ausgehen? Auf welchen Integrationsebenen können Gefahren von Lithium Ionen Batterien ausgehen? Material Zelle Modul Batterie(-system) System (Anwendung) Systemspezifische Wechselwirkungen beachten (Interaktionen) In welchen Produktstadien können Gefahren von Lithium Ionen Batterien ausgehen? Lagerung, Transport Verarbeitung, Montage Betrieb und Sonderfälle Wartung Demontage Auf allen Integrationsebenen und zu allen Produktstadien finden verschiedene Gesetze, Verordnungen, Richtlinien, Bestimmungen, Normen usw. zur sicheren Herstellung und dem sicheren Umgang mit Lithium-Ionen Batterien Anwendung Dipl.-Ing. A. Schmid Welche Gefahren gehen von Lithium-Ionen Batterien aus?

3 Eine Methode Erkennung und Abwendung von Sicherheitsrisiken Systemspezifische Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA) durchführen Sichtweisen beachten (Entwicklung, Produktion, Montage, Betrieb, Wartung, Demontage, Hardware, Software, ) Erfordert Kenntnis und Verständnis des Systems und aller seiner Wechselwirkungen Erfahrungswissen

4 Übersicht typischer Gefahren Elektrische Gefährdungen Interner Kurzschluss Überhitzen der Zellen Von einem HV-Batteriesystem kann eine direkte elektrische Gefährdung für den Menschen ausgehen, wenn die geltenden Sicherheitsvorschriften nicht beachtet werden

5 Übersicht typischer Gefahren Elektrische Gefährdungen Interner Kurzschluss Überhitzen der Zellen Zahlreiche Sicherheitstests vorgeschrieben Gründe: Thermische Zerstörung des Separators Mechanische Zerstörung des Separators Vielfältige Ursachen denkbar: Betrieb außerhalb der Spezifikation Bei zu hoher elektrischer Belastung Laden bei tiefen Temperaturen Äußere Beschädigung der Zelle Crash, Impact, Penetration Quetschen Vibrationen und Stöße Mit Abplatzen des Aktivmaterials von Elektrodenfolie Produktionsfehler

6 Übersicht typischer Gefahren Elektrische Gefährdungen Interner Kurzschluss Produktionsfehler Vibrationen und Stöße Überhitzen der Zellen Laptop-Brand 2006 Batteriebrand Dell-Laptop, Juli 2006 Mehrere Millionen Zellen in 3C-Produkten (Computer, Camera, Camcorder) auf dem Markt, die nicht explodieren oder abbrennen. Gründe: - Ausgereifte Produktionstechniken und Produktionsprozesse für kleine Zellen (1-2 Ah) Batteriebrand an Bord eines Passagierflugzeugs 2013 Jetzt: - Entwicklung der Produktionstechnik und prozesse für großformatige Zellen (40Ah)

7 Übersicht typischer Gefahren Elektrische Gefährdungen Interner Kurzschluss Auf Zellebene Auf Modulebene Auf Batterieebene Überhitzen der Zellen - Vielfältige Gründe denkbar - Wann? - Bei der Montage - Bei der Demontage - In Ausnahmesituationen Zahlreiche Sicherheitsvorschriften existieren - Beispiele: - Nicht isoliertes Werkzeug - Verpolungsfehler - Tragen von Schmuck - Zurückspringende Leitungen - Crashfall, Quetschen der Zelle - Nichterkannte, fehlerhafte Isolation

8 Übersicht typischer Gefahren Elektrische Gefährdungen Interner Kurzschluss Überhitzen der Zellen Wiederholung - Gründe: - Thermische Zerstörung des Separators - Folge: interner Kurzschluss - Ursachen: - Betrieb außerhalb der Spezifikation - Bei Zu hoher elektrischer Belastung - Zustandsüberwachung Zustandsüberwachung durch durch Batteriemanagementsystem Batteriemanagementsysteme (BMS), verhindert kritische Zustände des Batteriesystems

9 FMEA FMEA FMEA FMEA Wann können von Lithium Ionen Batterien Gefahren ausgehen? Analyse der Gefährdungspotentiale während Produktlebenszyklus Entwicklung (Zelle, Batterie oder HV-System) Forschung (Zelle, Batterie oder HV-System) Komponentenversuche, Prototypenfertigung Sicherheitstests Vor SoP Fertigung (Batterie) Montage (Batterieintegration ins HV-System) Serienfertigung Nach SoP Reguläre Wartungsarbeiten Instandsetzung (defekter Komponenten AuS?) Reguläre Demontage Unfall, Rettungsarbeiten Verschrottung Niedrige Gefährdung Mittlere Gefährdung Hohe Gefährdung

10 Kontakt IPEK Institut für Produktentwicklung am KIT Kaiserstraße Karlsruhe Dipl.-Ing. Andreas Schmid Campus Süd, Geb , R711 Tel.: Weitere Hinweise: