Aus zwei mach eins

Mit dem Druckausgleichsventil DIAvent® von Freudenberg Sealing Technologies werden Elektrofahrzeuge sicherer und wirtschaftlicherer.

Traktionsbatterien für Elektrofahrzeuge, die mit Spannungen von mehreren Hundert Volt arbeiten, müssen gut geschützt werden. Damit Spitzwasser oder Steinschlag den elektrischen Komponenten nichts anhaben können, werden diese in ein dünnwandiges, gleichwohl stabiles Metallgehäuse gepackt. Allerdings kann dieses nicht völlig hermetisch verschlossen werden. Denn auch ein Elektroauto soll die Alpen überqueren können und im Hochsommer nutzbar sein. Durch Schwankungen des äußeren Luftdrucks oder der Temperatur würde sich das Gehäuse nämlich spürbar verformen. Daher werden solche Gehäuse mit mindestens einem Druckausgleichventil – meist in Form mikroporöser Folien – versehen. Ein zweites Ventil sorgt für Sicherheit: Es wird nur geöffnet, wenn es aufgrund einer Fehlfunktion zu einem Schaden an einer oder mehreren Batteriezellen kommt und in sehr kurzer Zeit die sich bildenden Gase abgelassen werden müssen. Freudenberg Sealing Technologies hat mit „DIAvent®“ nun ein intelligentes Druckausgleichselement entwickelt, das beide Funktionen in einem Bauteil vereint.

Die Kombination von Druckausgleich im Normalbetrieb und dem Überdruckabbau bei einer Notentgasung ist technisch anspruchsvoll. Denn während unter üblichen Druckausgleichs-Bedingungen bidirektional nur wenige Liter Luft pro Minute ausgetauscht werden, gilt es im Notfall, die komplette aus einer schadhaften Zelle emittierte Gasmenge in wenigen Sekunden abzuführen, damit das Gehäuse durch den starken Innendruck in Höhe eines Vielfachen des Luftdrucks nicht bersten kann. Hierzu werden derzeit vor allem sich kontrolliert zerstörende Druckausgleichselemente eingesetzt. Zusätzlich erschwert wird die Kombination beider Funktionen durch den Trend zu Batteriesystemen mit immer höherer Energiedichte und demnach geringem Totvolumen im Batteriegehäuse. Denn damit steigen auch die Menge an Gasen, die im Notfall schnell abgeführt werden muss, sowie die Geschwindigkeit, mit der der Druckausgleich im Normalbetrieb erfolgen soll.

Die von Freudenberg Sealing Technologies zum Patent angemeldete Lösung behebt zunächst den scheinbaren Widerspruch zwischen einer hohen, flächenbezogenen Luftdurchlässigkeit und einer gleichzeitig sehr hohen Wasserdichtheit. Der Schlüssel liegt darin, die übliche mikroporöse Folie durch eine Kombination aus zwei Vliesstoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften zu ersetzen. Das wasserabweisende Vliesstoff-Element auf der Außenseite ermöglicht bei einer geringen Druckdifferenz einen Luftaustausch von zirka acht Litern pro Minute und ist wasserdicht bis zu 100 Millimeter Wassersäule. Steigt der Wasserdruck darüber hinaus, wird die Außenlage interimsweise auf eine vollkommen mediendichte Innenlage gedrückt, so dass kein Wasser ins Gehäuse gelangen kann. Die Entgasung im Notfall wird durch ein Schirmventil ermöglicht, das ringförmig um den Vliesstoff angeordnet ist. Es öffnet zuverlässig, sobald der Druck im Gehäuse den atmosphärischen Luftdruck um mehr als 50 Millibar übersteigt, und kann dann 40 Liter Gas pro Sekunde abführen. Ein großer Vorteil der Freudenberg-Lösung besteht darin, dass das Schirmventil anschließend wieder schließt. In der Praxis erleichtert das den sicheren Ausbau einer beschädigten Batterie nach einer Notentgasung. Da es völlig reversibel öffnet und schließt, kann es auch im Normalbetrieb den Druckausgleich unterstützen, beispielsweise wenn Akkus mit sehr hoher Energiedichte raschen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind.

Derzeit testen bereits mehrere Fahrzeughersteller das intelligente Druckausgleichselement DIAvent® von Freudenberg Sealing Technologies. „Wir nutzen dabei das Werkstoff- und Produktions-Know-how von Freudenberg, um den Automobilherstellern eine wirtschaftlichere Produktion von sicheren Elektrofahrzeugen zu ermöglichen“, sagt Dr. Peter Kritzer, Senior Application Manager bei Freudenberg Sealing Technologies. Perspektivisch kann DIAvent® jedoch auch in Industrieanwendungen genutzt werden, in denen für elektrische oder elektronische Systeme ein Druckausgleich benötigt wird.

Weitere Informationen zu den Aktivitäten von Freudenberg Sealing Technologies rund um die Elektromobilität sind hier nachzulesen.