Batteriekalorimetrie - Wärmestrommessung

Das Batteriemanagementsystem (BMS-System) kontrolliert und regelt unter anderem die Wärmeentwicklung von Batterien. Sowohl bei mobilen als auch in stationären Anwendungen muss das BMS-System gewährleisten, daß sich die Batterie im optimalen Betriebspunkt befindet und es nicht zu einer Überhitzung kommt. Eine thermische Zersetzung der einzelnen Batteriekomponenten, wie der Elektroden, des Elektrolyten und des Separators könnte die Folge sein - bis hin zum Thermal Runaway.

Die Temperatur und die bei diesem Prozess freiwerdende Wärmemenge kann mit einem Batteriekalorimeter präzise bestimmt werden. Zusätzlich werden spezifische Daten der Wärmeentwicklung bei verschiedenen Temperaturen sowie Be- und Entladungsraten ermittelt. Die Erfassung der Wärmeströme erfolgt mittels zwei auf Thermosäulen basierenden Sensoren. Dabei wird die Wärme zwischen einer Referenz und der Batterie mittels der „Differential Scanning Calorimetry Methode“, gemessen.

Netsch MMC 274 Nexus, Multi-Modul-Kalorimeter mit Knopfzellenmodul

Durch die sehr hohe Auflösung des gemessenen Wärmestromes können zudem Rückschlüsse auf die chemischen und physikalischen Vorgänge in der Batterie gezogen werden. Auch sehr kleine thermische Effekte, wie die kristallographische Phasenumwandlung der Batteriematerialien oder die Bildung der Solid-Electrolyte Interphase (SEI), können detektiert werden. Des Weiteren können durch die Messung des Wärmestromes Aussagen über den Gesamtwirkungsgrad (elektrische Energie und Wärmeverluste) getroffen werden. Außerdem ist die Untersuchung der thermischen Stabilität der verwendeten Batteriematerialien in einem Temperaturbereich zwischen 20-300 °C möglich.

Wärmeentwicklung einer Knopfzelle während des Lade- und Entladevorgangs