Wie sicher sind Lithium-Ionen Batterien?

Question

Lithium-Ionen Batterien überhitzen sehr schnell, wie sicher sind sie dann in Bezug auf die Verwendung in Elektrofahrzeugen?

Answer 1

Da wollen wir unterscheiden, ob die Sicherheit beim Lade- Entladevorgang gemeint ist, oder mechanische Sicherheit im Falle eines Unfalles.

Laden/Entladen: da in einem Auto sehr hohe Spannungen (z.B. 400V) als Nennspannung verbaut sind, sind auch eine Vielzahl von Zellen nötig, da die Einzelzelle meist 3,2V oder 3,7 V Nennspannung hat, je nach Typ. Da muss das Management der Batterie sehr hochwertig sein, es ist nicht leicht, auf so viele Zellen gleichzeitig zu achten. Auch sind die Spannungsabfälle einer Zelle beim Laden/Entladen über einen weiten Kapazitätsbereich nahezu gleich. Dementsprechend ist in einem Elektroauto sensible Hard- und Software verbaut. Einen nennenswerten Temperaturanstieg habe ich auch bei Vollgasfahrten nicht festgestellt (handwarm). Lediglich beim Erreichen des unteren nahezu leeren Entladezustands haben sich die Zellen etwas erwärmt, aber in diesen Spannungsbereich lässt das Steuergerätes des Fahrzeugs den Akku erst gar nicht kommen, da wird zuvor die Fahrleistung durch das Fahrzeug reduziert, nötigenfalls bis zum Stillstand. Beim Laden wird die Batterie im Winter sogar vorgeheizt, da durch den Ladevorgang kein nennenswerter Temperaturanstieg entsteht. Erst beim Erreichen der oberen Spannung (voll) und dem "Balancieren" (abgleichen) der Zellen untereinander wirds im Batteriekasten wärmer, aber nicht heiß. Das ist mit einem Akku in einem Laptop nicht wirklich vergleichbar.

Unfall: Beim Basteln und Spielen bin ich mit einem Akkuschrauber in ein LiFePO- Akku gefahren, es hat ein bisserl geraucht, nach wenigen Sekunden war das Wölkchen verflogen, das war's. Hierzu habe ich auch in youtube Filme gefunden, die ähnliches zeigen, es blieb harmlos. Kein Stromschlag, keine Überhitzung. Anders war es, als ich eine Messleitung (0,2mm) über einen 80V 100Ah- Block fallen ließ und das unisolierte Ende auf einen Pol fiel: das Kupfer flog in Kügelchen davon, so schnell, dass die Isolierung nicht mal Zeit zum Qualmen hatte, die Leitung war einfach nicht mehr da. Hier der Hinweis: die Akkus haben Gleichstrom, für uns Menschen absolut gefährlich, schlimmer als die Steckdose zuhause. Deshalb hier niemals selbst Hand anlegen, ausser man ist vom Fach und kennt die Richtlinien für das Arbeiten an Hochvoltkreisen. Im Fahrzeug sind diese Bereiche entsprechend geschützt.

Answer 2

Wie gefährlich Lithium-Ionen-Batterien sind, hängt offenbar sehr stark vom konkreten Typ ab.

Auf DasErste.de gibt es dazu einen recht interessanten Artikel: http://www.daserste.de/information/wissen-kultur/w-wie-wissen/sendung/akkus-104.html

"State of the Art" in Punkto Sicherheit sind meines Wissens derzeit Lithium-Eisenphosphat-Batterien. Aber auch hier gilt die allgemeine Regel, dass das Risiko mit der Energie- und Leistungsdichte steigt... also ein klassischer Zielkonflikt.

Answer 3

Ich hoffe, es wird nicht als unhöflich empfunden mit einer Gegenfrage zu antworten: Wie sicher sind fossile Treibstoffe?

Brennen kann es da und dort. Viel interessanter ist die Frage: Was ist gefährlicher, der LiIon Akku im Wagen, oder der, in Ihrem Smartphone?

Wie die letzten Monate (leider) gezeigt haben, sind Brände von Antriebsbatterien durchaus möglich. Es ist Aufgabe des Fahrzeugherstellers die Insassen des Fahrzeuges bestmöglich im Falle eines Brandes zu schützen. Im Fall von Tesla ist dies auch Bravorös gelungen und es wurde niemand verletzt.

Bei Smartphones sind ebenfalls LiIon Akkus verbaut, welche aber nicht durch dicke Schutzplatten von Ihrem Körper getrennt sind!

Ich persönlich hätte mehr vor einem zerberstenden Handyakku Angst, als davor mein Auto verlassen zu müssen, weil mein Antriebsakku zu brennen beginnt.

Comments

Ich glaube nicht, dass eine gute Lithium-Eisenphosphat-Batterie dem Grunde nach gefährlicher ist als ein Verbrennungsmotor mit 40 Liter Benzin.

Allerdings halte ich den LiIon-Akku im E-Auto für gefährlicher als den im Smartphone - schon allein wegen der gespeicherten Energiemengen bzw. der Leistung im Kurzschlussfall.

---

Dass ein 300kg Akku länger brennt als ein Handyakku, steht außer Frage.
Was ich meinte, ist, dass Antriebsakkus wesentlich besser geschützt sind. Außerdem tragt man ein Handy sehr nah am eigenen Leib. Ein explodierender Handyakku macht mir genau aus dem Grund größere Sorgen!

Answer 4

Wie sicher die Systeme sind ist für Außenstehende schwer einzuschätzen. Das KIT hat eine Checkliste erstellt. Sie hilft zwar nicht alleine, die Frage zu beantworten, aber sie hilft, mit den Herstellern ins Gespräch zu kommen. Siehe:

http://www.pv-magazine.de/nachrichten/details/beitrag/reaktionen-auf-die-sicherheits-checkliste-fr-batteriespeicher_100015888/

Answer 5

Es gibt leider sehr kontroverse Meinungen:

http://www.solarserver.de/solar-magazin/nachrichten/aktuelles/2014/kw21/karlsruher-institut-fuer-technologie-bund-foerdert-explosive-photovoltaik-speicher-geraete-koennen-explodieren.html

etwas provokant allerdings meines Erachtens "richtig" Zusammenhänge darstellen zu können.

Installation

Ort

Batterieraum ?!

Entlüftung etc etc

Lithium-Ionen-Batterien schon bei einfachen Störfällen nicht mehr betriebssicher

„In Deutschland werden täglich Lithium-Ionen-Batterien für den stationären Einsatz in den Verkehr gebracht, die nicht nur falsch deklariert und ungesichert transportiert werden, sondern die schon bei einfachen Störfällen nicht mehr betriebssicher sind“, kritisiert KIT-Experte Gutsch.

Das Institut testete fünf gängige Solarstrom-Speicher deutscher Hersteller mit Lithium-Ionen-Technik im Wert von 50.000 Euro. Die Speicher werden in Privathaushalten eingesetzt, um überschüssigen Solarstrom zu speichern. „Wir haben bewusst keine Billigspeicher in Fernost bestellt, sondern Systeme Made in Germany“, so Gutsch.

Billigstzellen ohne jede Sicherheitszertifizierung verbaut

Dennoch war das Testergebnis ernüchternd, die Forscher stießen auf eklatante Sicherheitsmängel. So stellten sie mangelnde Transportsicherung fest - etwa blanke Pole, lose Zellverbinder, ungesicherte Metallschrauben und verrutschte Isolierungen. Beim Zerlegen der Speicher zeigte sich, dass auch deutsche Hersteller in mehreren Fällen Billigstzellen ohne jede Sicherheitszertifizierung verbauen. „Solche Zellen hätten in der Autoindustrie nicht den Hauch einer Chance“, so Wollersheim gegenüber den VDI nachrichten.

Gefährlich sei vor allem das Verhalten solcher Zellen bei Kurzschlüssen oder unkontrollierter Überladung: Die Zellen würden heiß, in ihnen bilde sich ein hoch explosives Gemisch. Dämpfe der lösungsmittelhaltigen Elektrolyte gingen schon ab circa 40° C in Flammen auf. Teilweise sei es möglich gewesen, die Speicher mit den jeweils eigenen MC4-Steckern sogar direkt kurzzuschließen, ohne Warnung vor den katastrophalen Folgen. Einige Speicher hätten nicht einmal einen Schutz vor Kurzschlüssen.

 

Das ganze also sehr ernüchternd.

Obwohl Sicherheitsbeleuchtungen seit Jahrzehnten am Markt sind (Hotels,Garagen etc etc ) wurde mehr an "schnell ans Netz gehen" als auf Sicherheit bedacht bei den "Stromspeichern" gedacht.

Es gibt bereits jetzt sehr viele Systeme mit "Batterieschäden" bzw. "Ausfällen".

 

Cheers

Andreas Iliou

ps da ist noch sehr viel  "Luft nach oben"