Auch als die genauen Umstände des brennenden Schiffes in der Nordsee noch gar nicht geklärt waren, dominierten schon Informationen und Fotos von einer entfachten Batterie aus einem von 25 Elektroautos, die sich unter 2975 Verbrenner an Bord befinden. Eine der Batterien eines Elektroautos wurde als Brandursache deklariert. Grundsätzlich sind Batteriebrände extrem selten. Laut diverser Untersuchungen fingen E-Fahrzeuge weit weniger oft Feuer als Verbrenner-PKW, und sie würden auch nicht heftiger brennen als diese. Fakt ist jedoch, dass sich das Löschen von Batterien aufgrund ihrer technischen Beschaffenheit als Herausforderung gestaltet. Generell ist es eine Mammutaufgabe, Brände auf Schiffen zu löschen. Dieses generelle Problem steht aber nicht im Zusammenhang mit Elektrofahrzeugen wie auch der jüngste Vorfall in New Jersey bewies. Unser Tätigkeitsfeld und Forschungsgebiet bei Twaice fokussiert sich auf Batterieanalytik, daher möchte ich heute einen Blick auf mögliche Ursachen von Batteriebränden und Gegen- und Präventivmaßnahmen richten.
Die Hauptursachen für Batteriebrände
Spricht man über Batteriebrände, kann man hauptsächlich zwei Bereiche orten: Die Batterie selbst und äußere Umstände. Ein Mangel an der Batterie, der zu einem unsicheren Betrieb führen könnte, wäre beispielsweise eine Fehlfunktion des Batteriemanagementsystems, die zu einem Überladen der Batterie führen könnte. Dies verursacht übermäßige Hitze im Inneren der Batterie. Die Wärmeentwicklung kann weitere Reaktionen auslösen, die letztlich einen internen Kurzschluss verursachen können. Generell kann eine Nutzung im Grenzbereich den Gesundheitszustand der Batterie im Laufe der Zeit verschlechtern und zu einer Schwellung der Batterie führen, wodurch sie anfälliger für Brände würde. Auch Herstellungsfehler oder mangelhafte Qualitätskontrolle ebenso wie physische Schäden an der Batterie wie beispielsweise Einstiche, Quetschungen oder ständiger Druck auf das Batteriegehäuse könnten zu internen Kurzschlüssen und Batteriebränden führen – die Wahrscheinlichkeit solcher Risiken ist jedoch extrem gering. Die wenigsten Sicherheitsvorfälle sind auf die Batterie selbst zurückzuführen.
Es gibt viele Faktoren rund um eine Batterie, die versagen können. Hier handelt es sich um den “äußeren Risikobereich”. Um hier nur ein Beispiel zu nennen ist das Kühlsystem eines Elektrofahrzeugs oder eines Energiespeichersystems darauf ausgelegt, den optimalen Temperaturbereich der Batterie – in der Regel zwischen 20 und 40 Grad Celsius – aufrechtzuerhalten. Ein Überschreiten der sicheren Betriebstemperatur (über einen längeren Zeitraum) aufgrund eines Ausfalls des Kühlsystems kann zu beschleunigter Alterung, könnte aber auch zu einem Brand führen. Auch Kabelbrände können eine Ursache sein, denn wenn Kabel innerhalb einer Batterie beschädigt werden, zum Beispiel durch mechanische Beanspruchung, durch extremen Fahrzeugbetrieb oder unsachgemäße Wartung, führt dies zur Überhitzung der Kabel, die schließlich einen Brand auslösen können.
Sinnvolle Präventivstrategien
Ganz genauso wie bei herkömmlichen Verbrennerfahrzeugen ist die wirksamste Strategie gegen Brände von Elektrofahrzeugen eine möglichst umfassende Vorsorge. Dazu gehören die ordnungsgemäße Auslegung, Beschaffung, Installation, Wartung und Überwachung dieser Systeme, um eine frühzeitige Erkennung und Behebung von Fehlern, die zu einem Brand führen könnten, zu gewährleisten. Außerdem sollten die Nutzer über sichere Praktiken und potenzielle Gefahren im Zusammenhang mit dem unsachgemäßen Umgang mit diesen Systemen aufgeklärt werden. Hier meine fünf Faktoren:
Sichere Bauweise
Ein gutes Design spielt eine entscheidende Rolle bei der Vorbeugung von Batteriebränden. Es beginnt mit der Auswahl der besten Batteriezellen, des Batteriemanagementsystems (BMS) und des Systemdesigns, die den unterschiedlichen Betriebsbedingungen und Belastungen standhalten. Das Design sollte auch den sicheren Verschluss von Batteriekomponenten, insbesondere des brennbaren Elektrolyts, gewährleisten. Darüber hinaus sollte die Architektur von Batteriepaketen, insbesondere in Elektrofahrzeugen oder Energiespeichersystemen, so konzipiert sein, dass Ausfälle isoliert werden und die Fehlfunktion einer einzelnen Zelle nicht auf andere Zellen übergreifen kann (thermal propagation), wodurch das Risiko eines größeren Brandes grundsätzlich schon verringert wird. Der Einbezug robuster Wärmemanagementsysteme in die Konstruktion gewährleistet ebenso eine wirksame Wärmeableitung und kann Überhitzungen verhindern.
Sorgfältige Qualitätssicherung
Eine wesentliche Präventivmaßnahme gegen Batteriebrände liegt in der sorgfältigen Qualitätssicherung bei der Herstellung von Batteriesystemen, angefangen bei der Zellproduktion bis hin zum finalen Einbau in das Fahrzeug. Strenge Grenzwerte bei Eingangs- und End-of-Line-Tests sorgen zwar für eine höhere Ausschussquote, sind jedoch notwendig, um spätere Fehlfunktionen so gut wie möglich auszuschließen. Fehler müssen so früh wie möglich identifiziert werden.
Frühzeitige Erkennung von Defekten
Eine kontinuierliche Überwachung der Batterien ist unerlässlich. Alle festgestellten Anomalien sollten eine Warnung auslösen oder, falls erforderlich, das System abschalten, um weitere Schäden zu verhindern. Der Einsatz fortschrittlicher Diagnosetools und -verfahren kann dazu beitragen, potenzielle Probleme frühzeitig zu erkennen, noch bevor sie zu spürbaren Leistungseinbußen führen können. Batterieanalytik-Software kann zum Beispiel Anomalien im System erkennen, die sich in verschiedene Risikostufen einteilen lassen. Das schafft eine zweite Sicherheitsebene und ermöglicht einen rechtzeitigen Austausch. Regelmäßige Inspektionen und Wartungen können ebenfalls zur frühzeitigen Erkennung von Defekten beitragen. So können zum Beispiel physische Anzeichen von Batterieschäden, wie Schwellungen oder Auslaufen, auf ein internes Problem hinweisen.
Identifizierung potenzieller Ursachen für thermal runaway
Thermal runaway beschreibt die Überhitzung einer Zelle, die dazu führen kann, dass sich benachbarte Zellen ebenfalls überhitzen, wodurch eine Kettenreaktion, eine so genannte thermische Ausbreitung, entsteht. Ein weiterer entscheidender Aspekt bei der Vermeidung von Batteriebränden ist daher die frühzeitige Erkennung potenzieller Ursachen für thermal runaway. Leistungsfähige Batteriemanagementsysteme sind in dieser Hinsicht von entscheidender Bedeutung. Diese Systeme überwachen und steuern die Betriebsbedingungen der Batterie, einschließlich Ladezustand und Temperatur, und können eingreifen, wenn abnormale Bedingungen festgestellt werden. So kann das Batteriemanagementsystem beispielsweise eine Überladung oder Entladung verhindern und die Batterie abschalten, wenn die Temperatur ein sicheres Niveau überschreitet. Darüber hinaus kann Batterieanalytik eine zweite Sicherheitsebene bieten, indem sie frühzeitig Indikatoren für einen sich verschlechternden Batteriezustand und Ursachen für thermal runaway wie zum Beispiel Lithium plating erkennt. Bei diesem Vorgang bildet sich beim Laden der Batterie metallisches Lithium und lagert sich ab, so dass sich die Lebensdauer des Akkus verringert und sogar ein Kurzschluss oder Brand entstehen kann. Die regelmäßige Inspektion und Wartung von Batterien können auch dazu beitragen, äußere Anzeichen für potenzielle Probleme zu erkennen, wie etwa Schwellungen oder Auslaufen, die auf die Gefahr eines thermal runaway hinweisen können. Werden die Anzeichen jedoch rechtzeitig erkannt und behandelt, wird das Risiko von Batteriebränden wirksam minimiert.
Die Gewinnung, Speicherung und Nutzung alternativer Energien haben ebenso Vor- und Nachteile, Chancen und Risiken, wie die der hergebrachten Energien. Nur, wenn wir überlegt analysieren und wissenschaftlich fundiert beobachten, können wir gemeinsam den Antrieb unserer Welt ökologisch sinnvoller gestalten.
— Der Autor Lennart Hinrichs ist VP Strategic Partnerships beim Anbieter von Batterieanalytik-Software Twaice. Durch die einzigartige Kombination von fundiertem Batteriewissen und künstlicher Intelligenz auf einer skalierbaren Analytikplattform generiert Twaice handlungsrelevante Erkenntnisse für den gesamten Lebenszyklus der Batterie. Die Analyseplattform ermöglicht nicht nur Twaice-Produkte, sondern dient auch als Basis für Kunden- und Partnerlösungen eines ganzen Ökosystems von Marktführern, welche die Lebensdauer, Effizienz, Sicherheit und Nachhaltigkeit der Produkte erhöhen, die die Wirtschaft von morgen antreiben. Weitere Informationen finden Sie unter www.twaice.com —
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Nach meiner Erfahrungen mit einer Li-Batterie im Laptop (Ersatzbatterie, Original vom Hersteller nicht mehr erhältlich), die sich nach kurzer Benutzungszeit aufblähte und den Batteriefachdeckel absprengte, sehe ich das Li-Batterien-Problem noch kritischer. Nach dem, was ich bisher gelesen habe über Li-Plating und Li-Dendriten, scheint JEDE Li-Batterie im Laufe ihres Lebens an den Punkt des Komplettversagens zu kommen, und zwar je öfter sie schnellgeladen wurde, desto schneller. Nicht immer führt das zu einem Brand, aber doch mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit. Sich dann darauf verlassen zu müssen, dass die Batterieelektronik das noch rechtzeitig merkt, und eine sich dem Lebensende nähernde Zelle nicht mehr belädt, so dass ein Kurzschluss nicht zum Brand führt, ist kein Trost. Entweder diese Batterieelektronik sortiert die Zellen zu früh aus, wenn sie noch gar nicht fällig sind, oder sie merkt es nicht rechtzeitig. Jede einzelne Zelle kann von so einer defekten Batterieelektronik betroffen sein, bei mehreren 100 Zellen in einem E-Auto ist das Durchbrennen mindestens einer Zelle fast schon sicher. Ein sicheres Containment für jede Zelle ist bisher nicht üblich und würde die ganze Batterie sehr schwer machen.
Die norwegische Hurtigruten hat den Transport von E-Autos auf ihren Fähren schon nach dem ersten Frachterunfall 2022 vor den Kanaren verboten. Zwei Einzelfälle innerhalb von 2 Jahren können natürlich Zufall sein, und bisher ist ja nicht bekannt, ob der aktuelle Brand tatsächlich von einer E-Autobatterie ausgegangen ist. Aber ich habe bei jedem E-Auto, das ich sehe, ein ungutes Gefühl, auch dieses könnte bald als Brandruine enden. Wenn schon batterieelektrisches Auto, dann hoffe ich auf eine bessere, robustere Technologie.
JCW schrieb:
„Aber ich habe bei jedem E-Auto, das ich sehe, ein ungutes Gefühl, auch dieses könnte bald als Brandruine enden. “
Hier solltest du dringend dagegen arbeiten, notfalls mit Hilfe, weil da bereits jetzt auf einem Level stattfinden muss, welches krank macht. Dazu sind einfach schon viel zu viele Fahrzeuge unterwegs. Auch sind Fahrzeugbatterien aus EVs sehr beliebt bei Bastlern.
Noch interessanter wird es aber, wenn wir Hybride betrachten, welche regelmäßig Batteriewechsel wegen Verschleißes erfordern und so gar nicht auf dem Schirm sind, ganz im Gegenteil zu EVs, welche nahezu nie einen Batterietausch benötigen.
Eventuell hilft es ja schon, einmal echte Zahlen anzuschauen? Oder dem Link im Artikel zu folgen (Laut diverser Untersuchungen fingen E-Fahrzeuge weit weniger oft Feuer als Verbrenner-PKW, und sie würden auch nicht heftiger brennen als diese.)?
den Artikel gelesen (?), aber offensichtlich nichts verstanden. Wenn es so wäre, dass jede Li-Batterie „mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit“ abfackelt, müssten wir ja täglich unzählige Handy-, Laptop und Elektroauto-Brände erleben. Tun wir aber nicht, also ist diese grobe Verallgemeinerung offensichtlich unsinnig.
Außerdem wird bei einem Elektroauto-Akku, der x-tausend € kostet, natürlich mehr Aufwand mit dem Batteriemanagement betrieben als bei einem Handy oder Laptop (die bekanntlich auch eher selten bis nie brennen.
Bei einem modernen Elektroauto werden Parameter wie Zellspannung und Temperatur fortlaufend und Zelle für Zelle überwacht, und die Temperatur wird über Heizung und Kühlung im Zielbereich gehalten. Sollte einer der Parameter einen kritischen Bereich überschreiten, wird das System abgeschaltet um Schlimmeres zu verhüten.
Also wer Angst hat, dass sein Auto in Brand geraten könnte, sollte sich um Gottes willen nie in einen Verbrenner setzen, denn die geraten um ein Mehrfaches öfter in Brand – leider auch oft mit fatalen Folgen für die Insassen.
Das ist einer der mit großem Abstand unsinnigsten Kommentare, lieber JCW, die Sie jemals geschrieben haben.
Sie arbeiten also doch als Medien-Agententur für die Fossilen, wie oft vermutet 😉
Schauen Sie auf die Versicherungsprämien, wenn Sie schon anderen Statistiken nicht trauen. Die Versicherer wollen nämlich Geld verdienen (Sie wissen schon, diese kaufmännischen Details, die Sie i.d.R. durcheinander bringen).
Die Menschheit wird von Lithium Akkus geradezu überschwemmt. Im Verhältnis dazu scheinen mir die paar Brände durch die Technik eher wenig. Herkömmliche PKW Brände (ohne Fremdeinwirkung), Gasexplosionen etc passieren auch eher täglich. Nur da haben wir uns dran gewöhnt, das mehrfach im Jahr ganze Häuser in Stücke zerfetzt werden samt Bewohner.
Kann schon sein, dass ich das etwas übertrieben sehe. Aber die bisherigen Zahlen sind halt gewonnen mit E-Autos, die noch am Anfang ihrer Lebenszeit stehen. Und ob die Zahl brennender Verbrenner-PKW mit der brennender E-Autos vergleichbar ist, wage ich zu bezweifeln. Man müsste noch nach Brandursachen aufschlüsseln. Dass Autos bei Unfällen in Brand geraten, dürfte nicht zu verhindern sein, und da werden E-Autos nicht schlimmer sein, als Verbrenner. Was mir unangenehm ist, sind die spontanen Brände, entweder einfach im Stehen, ggf. wenn die Batterie sich entladen hat, oder beim Laden. Da gibt es auch Verbrenner-PKW, die sich an Tankstellen entzünden, wenn ein Raucher daneben steht, aber das zählt für mich eher unter menschliches Versagen. Es ist einfach zu verhindern. Aber davon, dass ein friedlich in der Garage stehender Verbrenner spontan in Brand geraten ist, davon ist mir nichts bekannt. Von E-Autos habe ich das schon mehrfach gelesen. Mag sein, dass da ein Beobachtungsbias dabei ist: Bestimmte Journalisten stürzen sich sicher gerne auf solche Fälle, während sie das gleiche bei einem Verbrenner nicht für berichtenswert hielten. Wir werden die Entwicklung ohnehin nicht aufhalten: Wenn es ein echtes Problem ist, werden wir es in 5 Jahren wissen. Bis dahin empfiehlt es sich, vorsichtig zu sein und die Augen offenzuhalten.
Auch „Verbrenner“ erleiden Spontanbrände. Das entsteht alles i.d.R. durch Herstellungsfehler oder Unfälle/Schäden, die der Fahrer ggf. nicht bemerkt hat oder nicht ernstgenommen hat.
Diese Art von Brand, also die spontane Selbstentzündung, ist extrem selten, sowohl bei EVs als bei Verbrennern. U.a. deshalb sind die Versicherungsprämien für EVs ja auch nicht teurer.
Und die Versicherer wissen zu rechnen – da kann man mal ganz getrost von ausgehen.
Der Artikel trägt weder zu mehr Wissen noch zur Beruhigung bei. WAS soll eigentlich beobachtet werden, WAS ist der Kippunkt, und WIE ist der Prozess zu erkennen?
Dürfen Batterien überhaupt im Haus installiert werden? Wenn ja, können sie eingehaust werden? Das brennende Schiff auf der Nordsee zeigt, dass Batterien selbst dann gefährlich sind, wenn sie nicht beansprucht werden.
Es gibt nicht „die“ Batterie, sondern ganz verschiedene Bauweisen und Zusammensetzungen der Materialien. Außerdem ändert sich der Stand der Zeit derzeit sehr schnell, so dass eine Studie über Akkus von vor 3 Jahren heute bereits wieder veraltet ist und keinen so sehr nennenswerten Wissenszuwachs mehr generiert.
@Herr Rimpau, sie haben scheinbar diese Ahnung ( wenn sie behaupten in dem Artikel steckt für sie keine Wissenserweiterung ) – was ich überhaupt nicht glaube.
Nur Personen – welche sich seit Langem mit Akkus / Zelltechnologie / Baubedingungen / Serienfertigung und Lifetime beschäftigen – können hier argumentieren. Wie lange haben WIR in Deutschland echte EVs?
Der Artikel erwähnt alle Bedingungen und Fakten sehr gut. ABER es gibt Hersteller die tun so als hätten sie Ahnung ( auch im Heimspeichermarkt ) und von anderen hören sie überhaupt nichts – aber die haben die Ahnung. Um ein wirklich gutes BMS zu entwickeln bedarf es Wissen über die Parameter und wie sie geeignet gemessen werden können. Dies bedeutet aber – man benötigt auch Rückmeldungen aus dem Feld ( regelmäßiges Aufsuchen der Werkstatt mit auslesen aller Parameter des Monitorings der Fahrbatterie , usw ). Schon mal von VW / BMW / etc. so etwas gehört ?
UND dann – Softwareupdate auf die neueste Firmware – aber Achtung – sicherheitsrelevant !!
Beispiel 1: Ich hörte von einem Freund – welcher auf der Autobahn mit einem reinen EV unterwegs war und plötzlich regelte das Fahrzeug in Stufen die Geschwindigkeit herunter bis auf NULL. Sicherheitswarnung im Display – das BMS hat die weitere Fahrt verboten
Beispiel 2: eine Fahrbatterie hat so ca. 410V; die elektronische Schaltungsteile, welche auf JEDER Zelle hängen, ist recht tricky. Auch dann muss man – wenn möglich redundant – mit dem Wagen kommunizieren, auf Masse bezogen !
### zu dem Schiff auf der Nordsee: da brennt doch das Schweröl, weil der Heizer geraucht hat während der Kontrolle des defekten Tanks !! ;-))