Ein Batteriekurzschluss ist ein schwerwiegender Fehler: Die in der Batterie gespeicherte chemische Energie geht in Form von Wärmeenergie verloren, das Gerät kann nicht verwendet werden. Gleichzeitig stellt ein Kurzschluss auch eine starke Hitzeentwicklung dar, die nicht nur die Leistung des Batteriematerials verringert, sondern durch thermisches Durchgehen sogar zu einem Brand oder einer Explosion führen kann. Um potenzielle Zustände im Gerät auszuschließen, die einen Kurzschluss darstellen könnten, und um sicherzustellen, dass ein Kurzschluss keinen gefährlichen Betriebszustand darstellt, können wir mit COMSOL Multiphysics die Planung von Lithium-Ionen-Batterien untersuchen.
Wie kommt es zu einem Batteriekurzschluss?
Die Batterie ist in der Lage, gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Im Normalbetrieb führen die beiden Elektroden der Batterie zu elektrochemischen Reaktionen, einer Reduktionsreaktion der negativen Elektrode und einer Oxidationsreaktion der Anode. Während des Entladevorgangs ist die positive Elektrode 0,10-600 und die negative Elektrode positiv; Während des Ladevorgangs werden die beiden Elektrodencharaktere vertauscht, d. h. die positive Elektrode ist positiv und die negative Elektrode ist negativ.
Eine Elektrode gibt Elektronen an den Stromkreis ab, während die andere Elektrode Elektronen aus dem Stromkreis entnimmt. Es ist diese günstige chemische Reaktion, die den Strom im Stromkreis antreibt und somit jedes Gerät, wie etwa einen Motor oder eine Glühbirne, in der Lage ist, Energie aus der Batterie zu beziehen, wenn es daran angeschlossen ist.
Ein sogenannter Kurzschluss liegt vor, wenn Elektronen nicht durch den mit dem elektrischen Gerät verbundenen Stromkreis fließen, sondern sich direkt zwischen den beiden Elektroden bewegen. Da diese Elektronen keine mechanische Arbeit leisten müssen, ist der Widerstand sehr gering. Dadurch wird die chemische Reaktion beschleunigt und die Batterie beginnt sich selbst zu entladen, wobei sie ihre chemische Energie verliert, ohne nützliche Arbeit zu leisten. Bei einem Kurzschluss führt der zu hohe Strom dazu, dass der Batteriewiderstand heiß wird (Joulesche Wärme), was zu Schäden am Gerät führen kann.
Mechanische Schäden an der Batterie sind eine der Ursachen für einen Kurzschluss. Wenn ein metallischer Fremdkörper in den Akku eindringt oder der Akku durch Kneten beschädigt wird, entsteht ein interner Leiterpfad und ein Kurzschluss. Der „Nadelstichtest“ ist der Standard-Sicherheitstest für Lithium-Ionen-Batterien. Während des Tests durchsticht eine Stahlnadel die Batterie und führt zu einem Kurzschluss.
Vermeiden Sie einen Kurzschluss der Batterie
Die Batterie oder das Batteriepaket sollte gegen Kurzschluss geschützt werden, einschließlich Maßnahmen, um zu verhindern, dass die Batterie und das gleiche Paket aus leitenden Materialien miteinander in Kontakt kommen. Batterien werden für den Transport in Kartons verpackt und sollten innerhalb des Kartons voneinander getrennt sein, wobei die Plus- und Minuspole in die gleiche Richtung weisen, wenn die Batterien nebeneinander platziert werden.
Die Vermeidung von Kurzschlüssen bei Batterien umfasst unter anderem die folgenden Methoden.
A. Verwenden Sie nach Möglichkeit für jede Zelle oder jedes batteriebetriebene Gerät eine vollständig geschlossene Innenverpackung aus nicht leitendem Material (z. B. Plastiktüten).
B. Verwenden Sie geeignete Mittel zum Isolieren oder Verpacken der Batterie, damit sie nicht mit anderen Batterien, Geräten oder leitfähigen Materialien (z. B. Metallen) in der Verpackung in Kontakt kommen kann.
C. Verwenden Sie nicht leitende Schutzkappen, Isolierband oder andere geeignete Schutzmittel für freiliegende Elektroden oder Stecker.
Wenn die Außenverpackung einer Kollision nicht standhalten kann, sollte die Außenverpackung allein nicht als Maßnahme zum Schutz vor Bruch oder Kurzschluss der Batterieelektroden verwendet werden. Auch die Batterie sollte mit einer Polsterung versehen sein, um Bewegungen zu verhindern, da sonst die Elektrodenkappe durch Bewegung locker wird oder die Elektrode ihre Richtung ändert und einen Kurzschluss verursacht.
Zu den Elektrodenschutzmethoden gehören unter anderem die folgenden Maßnahmen:
A. Sicheres Befestigen der Elektroden an einer ausreichend starken Abdeckung.
B. Der Akku ist in einer starren Kunststoffverpackung verpackt.
C. Verwenden Sie ein versenktes Design oder einen anderen Schutz für die Batterieelektroden, damit die Elektroden nicht brechen, selbst wenn die Verpackung herunterfällt.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 07.02.2023