Die meisten Brandunfälle bei unterschiedlichen Produkten, die Lithium-Ionen-Batterien verwenden, auch bei Elektrofahrzeugen, passieren während des Ladevorgangs. Die Hauptursache für diese Unfälle ist, dass sich das negative Elektrodenmaterial (Grafit oder Silikongemisch) nach wiederholten Ladezyklen weiterhin aufbläht (Abbildung 1) und so den Abstand zwischen den positiven und negativen Elektroden verkleinert. Dies bewirkt, dass der effektive Abstand zwischen diesen Elektroden aufgrund von Elektrodengraten oder Metallpartikeln kürzer wird als ursprünglich vorgesehen, wodurch sich das Risiko eines internen Kurzschlusses erhöht.

Abbildung 1 Höhenänderungen im Grafitmaterial der Anode während der Lade- und Entladevorgänge einer
Lithium-Ionen-Batterie (Furukawa Electric Review, Nr. 134 2015-1)

Aus Brandschutzsicht sollten Isolationstests von Lithium-Ionen-Batteriezellen daher eher den Abstand zwischen den Elektroden überprüfen, als den Isolationswiderstand messen. Anhand der Gegenüberstellung der Überschlagsspannung in der Luft und der Abstandsdaten (Abbildung 2) können wir feststellen, dass trotz eines kurzen Zwischenraumabstands von einigen μm die Überschlagsspannung höher ist als 350 V, demzufolge die Isolationsfestigkeit mit einer Prüfspannung höher als 350 V getestet werden sollte. Die Prüfung auf Auftreten eines elektrischen Überschlags oder Durchschlags ermöglicht eine effektive Beurteilung, ob der Isolationsabstand ausreicht (Abbildung 3).

Abbildung 2 Beziehung zwischen Überschlagsspannung in der Luft und Abstand

Abbildung 3 Elektrischer Durchschlag während Prüfungen

Neben der Brandgefahr gibt es noch eine weitere Gefahr, die man berücksichtigen sollte, nämlich übermäßige Selbstentladung aufgrund von leitfähigen Verunreinigungen (Verluststrom) im Inneren der Trennschicht. Die Prüfspannung muss nicht zu hoch sein und man muss eine lange Wartezeit einkalkulieren, bis sich der wahre Verluststrom zeigt. Die +Überschlagprüffunktion des Chroma 11210 umfasst intermittierende Hoch- und Niederspannungsprüfungen in zwei Stufen, die ermöglichen, dass sich der Zeitablauf, die Zeit der Probenintegration, die Messbereiche und die Beurteilung der Fehlerzustände anpassen lassen, wodurch die Anforderungen dieser zwei Aspekte bei der Inspektion der Isolationsqualität von Lithium-Ionen-Batteriezellen umfassend erfüllt werden.

(Abbildung 4) Anwendung der +Überschlagprüffunktion des Chroma 11210 bei Inspektion der Isolationsqualität von Lithium-Ionen-Batterien

Der Batteriezellen-Isolationsprüfer Chroma 11210 bedient sich einer einzigartigen Technologie zur Erkennung von elektrischen Durchschlägen sowie seiner integrierten +Überschlagprüffunktion für Lithium-Ionen-Batterien (Trockenzellen), um die Zulänglichkeit des effektiven Isolationsabstands vor dem Nachfüllen des Elektrolyten und einen anomalen elektronischen Verluststrom zu erkennen. Dies reduziert effektiv die Brandgefahr von Lithium-Ionen-Batterien und verhindert, dass Produkte mit potenziellen Isolationsmängeln in die nächste Produktionsstufe oder sogar auf den Markt gelangen.

Um mehr über den Batteriezellen-Isolationsprüfer 11210 zu erfahren, besuchen Sie bitte die Chroma-Website: