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Polycarbonate zum Batterie-Temperaturmanagement: Die wichtigsten 5 Fakten, die Sie kennen müssen

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Schnell ladende Batterien sind das Lebenselixier von Elektrofahrzeugen und vieler unserer Alltagsgeräte. Eine schnelle Ladung oder Entladung lässt die Batterietemperaturen rasant steigen, was die Gebrauchsdauer, Sicherheit und Effizienz der Batterie herabsetzen kann. Mit Polycarbonaten der Marken Makrolon® und Bayblend® können wir vielseitige Akkuummantelungslösungen anbieten, die helfen, diese Temperaturbedingungen sicher in den Griff zu bekommen.

„Wir haben verschiedene Polycarbonate der Marken Makrolon®, Bayblend® und Makroblend® über eine Vielzahl von Batteriekühlungssystemen hinweg getestet und hervorragende Ergebnisse im Vergleich mit anderen handelsüblichen Polycarbonatstoffen erzielt.“

Rudy Gorny

Abteilung Product Technology, Covestro

Doch wozu brauchen Dinge wie Elektrofahrzeuge und Energiespeichersysteme überhaupt ein Batterie-Temperaturmanagement?

Von Elektrofahrzeugen (EVs) und Bussen über Elektrofahrräder bis hin zu Flugzeugen werden Energiespeichersysteme (ESS) eine entscheidende Rolle bei der künftigen Mobilität spielen. Mit dem wachsenden Anteil erneuerbarer Energien an der Gesamterzeugung,  wächst auch die Notwendigkeit, die mit diesen Energieformen einhergehenden Angebotsschwankungen durch Batteriespeicherungslösungen zu kompensieren. 

Die außerordentlich schnelle Ladung und Entladung, die wir – vor allem in Autos – verlangen, löst eine chemische Reaktion in Akkus aus, die ihre Temperaturen in gefährliche Höhen schnellen lassen kann. Batteriekühlungssysteme sind für Betriebstemperaturen von höchstens 40 °C ausgelegt und sollten 60 °C nie über längere Zeit überschreiten. Bei 150° C und mehr kann der Zellabbau in Batterien zu einem Selbstläufer werden, der „thermisches Durchgehen“ genannt wird und die Insassen des Fahrzeugs in große Gefahr bringt. Das macht das Temperaturmanagement und die Kühlsysteme der Batterien unerlässlich, um hohe Sicherheitsstandards erfüllen zu können.

Parallel dazu müssen Akkus in kälteren Gefilden durch eine Ummantelung warm genug gehalten werden, um auch dann noch reibungslos zu funktionieren, wenn die Außentemperaturen weit unter den Gefrierpunkt gesunken sind.

Wie bleiben Batterien kühl?

Die Wärmeerzeugung kann ausgeglichen werden, indem man die Batterie abkühlt oder den Ladeprozess verlangsamt. Da eine langsame Wiederaufladung aber nicht das ist, was sich Kunden auf einer Autoreise wünschen, ist in der Regel eine Temperatursenkung nötig. Die Kühlung kann aktiv durch Kühlflüssigkeiten oder passiv durch Luft erfolgen, auch wenn Luft in der Regel nicht gut für schnell ladende Batterien geeignet ist. 

Dagegen sind Flüssigkeiten wie ein Wasser-Ethylenglycol-Gemisch oder flüssige Dielektrika gut dafür geeignet, weil sie eine gleichmäßige Temperaturverteilung auf der ganzen Batterieoberfläche gewährleisten.  Wasserbasierte Kühlmittel müssen von elektronischen Bauteilen getrennt gehalten werden, um einen Kurzschluss des Akkus zu vermeiden. In einigen Systemen kühlt ein flüssiges Dielektrikum die Batteriezellen durch direkten Kontakt.

Die steigende Nachfrage nach Elektrofahrzeugen wird voraussichtlich zur Entwicklung effizienterer Batterie-Temperaturmanagementsysteme führen. Die Zusammenarbeit mit der Tongji-Universität in Shanghai festigt unsere bereits starke Position in der Wertschöpfungskette, indem sie uns in die Lage versetzt, unsere ganzen Kenntnisse und Erfahrungen in den Dienst des Kunden zu stellen.

Tony Tong

EVBP Market Development Manager, APAC, Covestro

Welche Rolle können Phasenwechselmaterialien (PCM) spielen?

Phasenwechselmaterialien (PCM) bieten eine hybride Strategie des Batterie-Temperaturmanagements. Diese Materialien absorbieren Wärme und Energie, indem sie bei einer bestimmten Temperatur schmelzen, die auf die Anwendung abgestimmt ist. Dass man für dieses Verfahren weniger Platz als für die herkömmliche Flüssigkühlung benötigt, macht es für Anwendungen wie Elektromotorräder hoch interessant.

Welche Covestro-Polycarbonate sind für welche Kühlungsstrategie geeignet? 

Unabhängig davon, für welche Batterie-Temperaturmanagementsysteme sich ein Hersteller entscheidet, bieten wir eine Reihe von verlässlichen, sicheren polycarbonatbasierten Stoffen zur Akkuummantelung an. Diese Harze zeichnen sich durch eine außergewöhnlich große Formstabilität und Strapazierfähigkeit über einen weiten Temperaturbereich hinweg aus. 

Für luftgekühlte Systeme bieten wir Bayblend® FR3040 EV an – eine Mischung aus flammhemmendem Polycarbonat und Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS). Es dient als Akkuzellenhalter und ermöglicht eine schnelle UV-Härtungshaftung von Zellen mit dem Ziel, einen gleichbleibenden Abstand zwischen den Zellen und somit einen gleichmäßigen Luftstrom zu erreichen. 

Makrolon® TC110 FR ist ein wärmeleitender, elektrisch widerstandsfähiger, flammhemmender Stoff, der perfekt für luftgekühlte Systeme geeignet ist, die als Kühlkörper, Zellenhalter und Rahmen dienen.

Zu Zwecken der Flüssigkeitskühlung ist Bayblend® FR 4065EV eine großartige Lösung für Akkugehäuse, da es bei Tests mehr als 90 % seiner ursprünglichen Stoßfestigkeit behalten hat, nachdem es in Wasser-/Glycol-Kühlmittel getaucht wurde. Dieser Anteil ist höher als der anderer Polycarbonatmischungen und vergleichbar mit dem anderer Thermoplaste wie Polyamid 66.


Für Fälle, in denen Hersteller Phasenwechselmaterialien zu Kühlungszwecken verwenden wollen, wurde die Chemikalienbeständigkeit der Güteklassen von Makrolon®, Bayblend® und Makroblend® mit der handelsüblicher Stoffe verglichen, bei denen sich die Beständigkeit mit der Akkutemperatur ändern kann.

Wie können Hersteller von unseren Expertenkenntnissen in Sachen Batterie-Temperaturmanagementsysteme profitieren?

Wir haben mit der Tongji-Universität in Shanghai und der Universität von Toronto zusammengearbeitet, um innovative Materiallösungen für kühle und sichere Akkuummantelungen zu entwickeln. Die Kunden profitieren von unserer ingenieurtechnischen Expertise im Bereich der Batterie-Temperaturmanagementsysteme, unseren Daten- und Simulationstools sowie unserem Netz von Außendienstmitarbeitern. Wir helfen Herstellern, in vollem Maße von den Eigenschaften unserer Werkstoffe zu profitieren.

Indem wir mit Ihnen zusammenarbeiten, um Ihre Designziele zu verstehen, und indem wir Ihnen die ideale Werkstoffmischung empfehlen und für Sie prüfen, können wir Ihnen helfen, Ihre Energiespeicherungskonzepte und batteriebetriebenen Anwendungen zum Leben zu erwecken.

„Batteriesicherheitsprobleme wie kritische Lastpunkte und thermisches Durchgehen müssen überwunden werden, um die elektrischen Konzeptentwürfe von heute und morgen zum Leben zu erwecken. Unser Ziel ist es, mit Kunden zusammenzuarbeiten, um ihre Pläne in die Realität umzusetzen – mit hochmodernen Harzen für verschiedene Kühlungslösungen und unseren ingenieurtechnischen Kenntnissen und Ressourcen.“

Terry Davis

Global Technical Lead – Batterien, Anwendungsentwicklung, Covestro

  • Luft, Flüssigkeit oder Phasenwechselmaterialien Eine große Bandbreite an Polycarbonaten, die auf alle Kühlmethoden im Rahmen von Batterie-Temperaturmanagementsystemen zugeschnitten sind
  • wärmeformbeständig Alle Produkte sind umfassend auf ihre Beständigkeit über einen weiten Temperaturbereich hinweg getestet
  • Gleichbleibende Maße Die Werkstoffe behalten ihre Form und Maße unter den verschiedensten Bedingungen
  • Umfangreiche Kenntnisse und Erfahrungen in puncto Temperaturmanagementsysteme Erfahrung mit der Entwicklung von Akkuummantelungsmaterialien mit einer großen thermischen Bandbreite
  • Starke Partnerschaft Unsere Expertise und Materialeigenschaften helfen Ihnen, Ihre Batterieanwendungen zu gestalten

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