Immer mehr Energie auf immer weniger Raum: Die Akkus moderner Elektrofahrzeuge erlauben vielen Autofahrern mittlerweile alltagstaugliche Reichweiten. Allerdings verlangt ein dicht gepacktes Kraftpaket auch besondere Schutzmaßnahmen. Kommt es nämlich zu einem mechanischen Defekt oder einem Kurzschluss, können sich einzelne Akkuzellen stark erhitzen. Der in heutigen Lithium-Ionen-Zellen fast ausnahmslos eingesetzte flüssige Elektrolyt verdampft und kann als heißes Gas in das Batteriegehäuse austreten. Dieses muss dann sehr schnell und kontrolliert durch ein Überdruckventil in die Umwelt abgegeben werden. In vielen Akkugehäusen werden dafür aktuell mehrere Berstscheiben eingesetzt – eine Lösung, die für eine schnelle Entgasung sorgt, jedoch einige Nachteile aufweist. Denn zum einen liegt nach dem Bersten das Batterie-Innenleben offen, was beispielsweise beim Löschen oder Abschleppen des Fahrzeugs sowie der Reparatur besondere Vorsichtsmaßnahmen erfordert. Zum anderen aber benötigt jedes Batteriegehäuse ohnehin eine kontrollierte Entlüftung, um den im Regelbetrieb schwankenden Luftdruck auszugleichen. Dies ist nicht nur bei Berg- und Talfahrten notwendig, sondern auch, weil sich die Luft im Gehäuse bei Leistungsaufnahme und -abgabe erhitzt. Werden für die Notentlüftung Berstscheiben eingesetzt, muss der Druckausgleich im Regelbetrieb gegebenenfalls über ein separates Ventil erfolgen.

Viermal schneller im Notfall…

Freudenberg Sealing Technologies hat daher mit „DIAvent“ bereits Anfang 2020 ein Entlüftungsventil in Serie gebracht, dass sowohl die reguläre Gehäuseentlüftung als auch eine schnelle Entgasung im Notfall in einem Bauteil vereint. Nun stellt der Zulieferer eine neue Generation des Ventils vor, die eine vierfach schnellere Notentgasung ermöglicht. Schon bei einem Überdruck von 300 Millibar im Gehäuseinneren ermöglicht „DIAvent Highflow“ einen Volumenstrom von 92 Litern pro Sekunde. Der Grundaufbau des Ventils wurde dabei nicht verändert: Ein zentral angeordnetes wasserabweisendes Vliesstoff-Element ermöglicht einen effektiven Luftaustausch im Regelbetrieb. Trifft Wasser mit hohem Druck auf das Ventil, 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 die Vliesstoffmembran angeordnet ist. Es öffnet zuverlässig, sobald der Druck im Gehäuse den atmosphärischen Luftdruck um mehr als 40 Millibar übersteigt. Nachdem der Druck ausgeglichen wurde, schließt die reversible Schirmmembrane wieder und stellt die Wasserdichtheit wieder her. Die deutliche Leistungssteigerung des von den Außenabmessungen nahezu unveränderten Ventils ist auf eine optimierte Gasführung im Inneren des Bauteils zurückzuführen. Die Ingenieure von Freudenberg Sealing Technologies haben dafür die Durchströmung des Ventils detailliert berechnet. Kleine geometrische Änderungen, etwa zusätzliche Öffnungen an den Seiten des Schirms verhindern, dass sich die Luft unter dem Schirm staut und führen zu einem deutlich erhöhten Volumenstrom.

…und schnell in Serie

Freudenberg Sealing Technologies bereitet sich auf eine rasche Serieneinführung der neuen Ventilgeneration „DIAvent Highflow“ vor. Erste Funktionsprototypen befinden sich bereits in der Kundenerprobung. Und auch die Fertigung ist bereits auf die Erweiterung vorbereitet. Dazu gehört eine sogenannte „End-of-Line“-Prüfung der Ventilfunktion: Anders als Berstscheiben können die Ventile von Freudenberg nämlich direkt nach der Produktion auf einwandfreie Funktion getestet werden. „Mit der neuen Generation unserer Gehäuseentlüftung wollen wir dazu beitragen, Elektromobilität noch sicherer zu machen“, erläutert Entwicklungsingenieur Roman Herzog. „Ventile, die sowohl einen Druckausgleich im Regelbetrieb als auch einen hohen Volumenstrom im Notfall ermöglichen, reduzieren zudem die Kosten auf Systemebene.“ Wichtig ist das, weil zwar die Energiedichte von Traktionsbatterien weiter steigen wird, die Kosten pro speicherbarer Kilowattstunde in den kommenden Jahren jedoch signifikant sinken sollen.