Wo Feuer auf Kunststoff trifft

October 7, 2021

Kautex ist in der Automobilindustrie als einer der Top 100 Anbieter von Hybrid- und herkömmlichen Treibstoffsystemen bekannt. Die Übernahme dieser Fachkenntnisse in Batteriesysteme war eine einmalige Herausforderung, der sich das globale F&E-Team gerne angenommen hat. Man könnte sogar sagen, dass diese Herausforderung der Zündfunke für Lösungen zu diesen unbeantwortete Frage war: „Kann Kunststoff wirklich die Brandschutztests für Batteriegehäuse bestehen?“

Während Kautex sich zwar mit den Brandschutztests für Kunststoff-Treibstofftanks auskennt, stellten die Tests für Batteriesysteme eine völlig neue Herausforderung dar, was teilweise daran liegt, dass sich Feuer in einem Treibstofftank anders verhält als in einem Batteriegehäuse.

„Um zu verstehen, wie ein Batteriesystem einen externen Brandtest besteht, mussten wir uns erst über die chemischen Reaktionen im Klaren werden, die in einem Batteriesystem anders ablaufen, als in einem Treibstofftank.“, so Felix Haas, Leiter der Produktentwicklung Pentatonic. „Bei Automobil-Treibstofftanks produziert ein externer Brand genug Hitze, um den Treibstoff im Tank zu verdampfen, und entzieht den Tankwänden so genügend Energie, damit diese intakt bleiben.

Ein Batteriesystem funktioniert völlig anders.

„In einem Batteriegehäuse verhält es sich fast umgekehrt.“, so Haas weiter. „Ohne ordentlichen Schutz schmilzt der Thermoplastik einfach und legt die Batteriezellen frei.“

Eine Lösung - eine feuerfeste Sprühbeschichtung, die das Pentatonic-Batteriegehäuse schützt, wenn diese einem externen Brand ausgesetzt ist. Die Beschichtung erzeugt eine Isolationsschicht zwischen dem Feuer und den Wänden des Batteriesystems. Das Team führte zahlreiche Brandtests unter unterschiedlichen Bedingungen durch, und die Pentatonic-Materialkonstruktion hat externen Bränden von bis zu 850 °C standgehalten.

Pentatonic hat nicht nur die Brandtests bestanden, das System hat sich sogar aufgrund den besseren Isolationseigenschaften der Thermoplastik-Verbundstoffe im Vergleich zu Metall als eingebauter Isolator für die Batteriezellen erwiesen. Ein Metallgehäuse behält bei bis 900 °C seine Struktur etwa drei Minuten. Die Hitze wird in die Batteriezellen transferiert, die dadurch Temperaturen von 300 – 400 °C erreichen, was eine interne Ausbreitung der Hitze nahezu garantiert. Als Gegenmaßnahme verfügen moderne Metallgehäuse über Isolationsmaterial oder eine „Luftlücke“ die als Isolator dient. Beides ist zwar wirksam, um die Batteriezelle zu isolieren, aber beide Lösungen verlangen mehr Verschalung und im Falle eines Isolierschaums zusätzliches Material und dadurch höhere Kosten.

Das Pentatonic-Batteriesystem von Kautex hingegen hat zahlreiche externe Brandtests bestanden, wobei die Temperatur des Batteriegehäuses nur 200 °C erreichte und die Batteriezellen stabil bei 100 °C blieben, was weit innerhalb des erforderlichen Bereichs ist. Das System hat mehrfach bewiesen, dass Kautex in der Lage ist, die globalen externen Brandtestanforderungen zu bestehen, und somit sicherstellt, dass Passagiere genügend Zeit haben, sich in Sicherheit zu bringen.

Das folgende Video zeigt einen von mehreren erfolgreichen externen Brandtest. In diesem Fall wurde der Pack 1,5 Meter über dem Gestell angebracht. Unter dem Testpack wurde Benzin entzündet und der Pack wurde 70 Sekunden lang den Flammen ausgesetzt. Dann wurde 60 weitere Sekunden lang eine Schutzscheibe eingeführt.  Nachdem die Flammen erloschen waren, wurde das System drei Stunden lang beobachtet.