Sind Lithium-Ionen-Akkus eine Gefahr?

Sind Lithium-Ionen-Akkus eine Gefahr?

Feuerball vor schwarzem Hintergrund

Die kurze Antwort: Ja, Lithium-Ionen-Akkus sind gefährlich.

Grundsätzlich ist das Metall Lithium sehr reaktionsfähig und leicht brennbar. Und da Lithium-Ionen-Akkus Lithium enthalten, besteht grundsätzlich auch hier ein Brandrisiko.

Ich vergleiche das Thema Risiken bei Lithium-Ionen-Akkus gerne mit der Gefährlichkeit von benzinbetriebenen PKWs. Was beides miteinander zu tun hat? Schau dir doch einfach kurz mein Video zum Thema an und du weißt Bescheid. Anschließend gehe ich im Text noch ein bisschen weiter ins Detail.

Auch der Kraftstoff im Tank eines Autos ist also grundsätzlich brennbar. Natürlich kann deswegen auch ein mit Benzin gefüllter PKW abbrennen und sogar explodieren. Das passiert übrigens nicht nur in Hollywood, sondern tatsächlich auch gelegentlich auf deutschen Straßen (und zwar ungefähr 15.000 Mal pro Jahr).

Trotz aller TÜV-relevanter Maßnahmen, gesetzlicher Vorgaben bei der PWK-Produktion und sämtlicher darüber hinaus gehenden Bemühungen, das Autofahren sicher zu machen, besteht also eine – wenn auch sehr geringe – Wahrscheinlichkeit, dass es zu einem Desaster kommt.

Bei Lithium-Ionen-Akkus ist es ähnlich. Eine 100 % eigensichere Variante gibt es bei Lithium-Ionen-Akkus nicht. Und leider wird die Produktion, der Import und die Qualität von Akkupacks und Einzelzellen nicht so streng wie bei PKW und Kraftstoff überwacht und unterliegen keiner ständigen Kontrolle.

Es gibt sind vor allem drei Gefahrenquellen, die das Risiko eines Brandes bei einem Lithium-Ionen-Akku deutlich steigern können.

Gefahr 1: Zellen mit Produktionsfehlern

Erinnert ihr euch noch an das Debakel rund um den Akku des ziemlich kurzlebigen Samsung Galaxy Note 7, der gerne einmal in Flammen aufging?

Wie sich später herausstellte waren Produktionsfehler bei den Lithium-Ionen-Akkus der Grund für die brennenden Smartphones.

Kurioserweise hatten sowohl die Original-Akkus als auch die Akkus der Ersatztelefone, die Samsung den Käufern nach einer Rückholaktion zuschickte, Produktionsfehler – und zwar unterschiedliche.

Bei den Originalakkus war die Hülle der Batterie zu eng und die negative Elektrode deswegen geknickt, was zu internen Kurzschlüssen führte. Bei den Akkus der Ersatzmodelle gab es zu dicke Schweißpunkte im Akku und eine fehlende Isolierung, wodurch es zur Selbstentzündung kommen konnte.

Das waren natürlich schlimme Fehler, die bei einer strengen Qualitätskontrolle bei Samsung eigentlich auffallen müssten. Dass so etwas einem Unternehmen wie Samsung passieren kann, das sich natürlich auch von Markenherstellern mit Akkus beliefern lässt, sollte uns aber auf jeden Fall zu denken geben.

Feuerball vor schwarzem Hintergrund
Ein Feuerball: Symbolbild für die Galaxy Note 7 Batterie 😉

Bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Akkus kann also durchaus das ein oder andere schiefgehen. Gefährlich wird das dann, wenn richtige Kontrollen fehlen. PKWs und Kraftstoffe unterliegen bei Produktion und Import strengen Qualitätskontrollen (der TÜV lässt grüßen!).

Bei Akkupacks und Einzelzellen ist leider nicht garantiert, dass sie bei der Produktion oder beim Import sorgfältig kontrolliert wurden. Die Probleme tauchen dann erst beim Kunden auf und dann wird es – wie beim „Taschenofen“ aus dem Hause Samsung – richtig unangenehm und teuer.

Gefahr 2: Fehlerhafte Schutzelektronik und unsachgemäße Konfektionierung

Selbst wenn die Zellen an sich einwandfrei hergestellt und sicher transportiert wurden: Eine fehlerhafte Schutz-Elektronik oder eine unsachgemäße Konfektionerung einzelner Zellen zu einem Akkupack kann trotz bestmöglicher Herstellung eine Brandgefahr bedeuten.

Die Schutzelektronik macht’s sicher

Das Batteriemanagementsystem (BMS) schützt die Zellen eines Akkus normalerweise vor schädlichen Betriebsbedingungen wie zum Beispiel einer Tiefentladung, einer Überladung oder zu viel Hitze. Um die Zellen beispielsweise vor einer Überladung zu schützen, trennt das Batteriemanagementsystem die Zellen von den äußeren Kontakten, so dass sie nicht weiter geladen werden können.

Ein offener Akkupack mit sichtbaren Zellen und BMS liegt auf einem Tisch neben einem Ladegerät und Werkzeugen.
Das da oben auf dem Akkupack ist das BMS.

Ist das Batteriemanagementsystem allerdings defekt, sind die Zellen nicht mehr geschützt. Werden Sie jetzt überladen, kann es zum gefürchteten Thermal Runaway kommen, dem thermischen Durchgehen des Akkus. Dabei kommt es zu einer Kettenreaktion im Akku, die zu einer extremen Hitzeentwicklung und schließlich zum Brand führt. Ein Thermal Runaway droht je nach Akkutyp übrigens schon ab ungefähr 60 °C.

Richtig konfektioniert ist (halb) gewonnen

Auf jeden Fall gibt es bei der Konfektionierung eines Akkupacks den ein oder anderen Sicherheitsaspekt der immer wieder vergessen wird. Sei es aus Kostengründen oder aus Unwissenheit, ein solcher Akkupack ist nicht wirklich sicher.

Grundsätzlich muss ein Akkupack immer mit dem Blick auf die Anforderungen der Nutzung ausgelegt sein und dementsprechend konfektioniert werden.

Beispielsweise werden einem E-Bike-Akku beim Bergauffahren relativ große Ströme entnommen. Der Akku kann sich dabei ziemlich erwärmen. Damit die Luft zwischen den Zellen gut zirkulieren kann, sollten deswegen Zellhalter verbaut werden. Diese praktischen Bauteile halten die Zellen in einem kleinen Abstand, die Wärme kann besser abfließen. Früher wurden in E-Bikes allerdings Akkus aus eng gepackten Lithium-Polymer-Zellen-Sandwiches verbaut. Die Hitze konnte nicht abfließen und die Akkus haben schnell den Geist aufgegeben.

Tatsächlich hat sich bei der Qualität von E-Bike-Akkus aus China in den letzten Jahren einiges getan, weil alle Beteiligten besser miteinander kommunizieren und die Anforderungen an die Akkus von vorne herein mitgedacht werden.

Auch beim Batteriemanagement-System kann man bei der korrekten Konfektionierung eines Lithium-Ionen-Akkus einiges tun, um das Risiko für einen Brand zu verringern.

Durch das Batteriemanagementsystem auf den Zellen fließen dauerhaft kleine Ströme. Dadurch wird die Elektronik des BMS warm, was zu einer Überhitzung des Systems führen kann. Inzwischen verbauen die meisten Akkupack-Hersteller dagegen Kühlkörper aus Aluminium auf dem BMS, um die Hitze schnell abzuführen. Aus meiner Erfahrung kommt es aber immer wieder vor, dass zwischen dem Kühlkörper und der Elektronik ein Luftspalt übrigbleibt. Das führt dazu, dass die Hitze nicht richtig abgeführt wird. Das Risiko einer Überhitzung der Elektronik und damit der Zellen ist dann inklusive. Eine dünne Wärmeleitfolie reicht da schon, und der Akkupack wäre deutlich sicherer.

Gefahr 3: Unsachgemäße Nutzung

Zuletzt ist da natürlich noch der Verbraucher, der mit einer unsachgemäßen Verwendung der Akkus das Brandrisiko steigern kann.

Das Wiederbeleben von tiefentladenen Lithium-Ionen-Akkus ist zum Beispiel eine großartige Möglichkeit, um sein Leben mit ein wenig (Brand-) Gefahr viel aufregender zu machen.

Einen Akkupack zu neugierig, unvorsichtig oder völlig ohne Kenntnisse aufzuschneiden fällt auch in diese Kategorie. Beim unsachgemäßen Öffnen von Akkupacks ist es ziemlich leicht, die Elektronik oder eine Zelle zu beschädigen, was schlimmstenfalls direkt oder irgendwann später einen Brand auslösen kann. Wenn euch interessiert, wie es in einem Akkupack aussieht: Ich habe mir vor Kurzem einen Reparaturversuch bei einem defekten E-Bike-Akku versucht und dabei dem Akku genauer unter die Haube geschaut.

Große Hitze von Innen, die beispielsweise bei hohen Lade- und Entladeströmen auftritt, erhöht das Risiko für einen Thermal Runaway. Normalerweise verhindert ein gut funktionierendes Batteriemanagement-System, dass es dazu kommt. Gegen Hitze von außen kann das BMS allerdings nicht viel unternehmen. Ein Akku, der beispielsweise direkt neben einem Feuer liegt, erreicht schnell mal eine gefährliche Temperatur. Auch in der prallen Sonne kann es einem Akku unangenehm werden.

Der Nutzer selbst kann also mit einem gesunden Menschenverstand bei der der Lagerung und Verwendung von der Akkus viel für den Brandschutz tun.

Dein Experte für (sichere) Lithium-Ionen-Akkus

Bei deinem Kraftstoff vertraust du deiner Tankstelle, bei der die gesetzlichen Vorgaben eingehalten werden und die gleichbleibende Qualität unter Überwachung steht.

Doch wem vertraust du bei deiner mobilen Energieversorgung in Form von Lithium-Ionen-Akkus, die auch für deine Kunden eine Gefahr darstellen können?

Ich setze schon bei der Entwicklung eines Akkupacks größtes Augenmerk auf die sichere Verwendung bei deinem Kunden und setze die jahrzehntelange Erfahrung im Umgang mit Lithium-Ionen-Akkus in die Serienproduktion mit ein.

Ruf mich an (07151 959 30 22), schreibe mir eine Mail (info@accundu.de) oder in Whatsapp, wenn auch du einen langlebigen Lithium-Ionen Akku für dich und deine Kunden auf einen sicheren Weg bringen möchtest.

PS: Wenn du erfahren willst, wenn ich beispielsweise weitere Möglichkeiten zur Verlängerung der Lebensdauer eines Akkus in meinem Blog erkläre, trage dich einfach unten in meinen Newsletter ein und ich schicke dir eine E-Mail zu, wenn es etwas Neues gibt.