Wann brennt die Batterie?

Die genauen Umstände des brennenden Schiffes in der Nordsee Ende Juli sind noch gar nicht geklärt, dennoch wird vermutet, dass eine Batterie in einem der 25 E-Autos, die sich unter 2.975 Verbrenner-Fahrzeugen an Bord befinden, für den Brand verantwortlich sein könnte. Diverse Untersuchungen belegen jedoch, dass E-Autos weit weniger oft Feuer als Verbrenner-PKW fangen. Das Tätigkeitsfeld und Forschungsgebiet von 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, gibt es hauptsächlich zwei Risikobereiche: innere und äußere. Ein Beispiel für innere Umstände wäre ein Mangel an der Batterie, der zu einem unsicheren Betrieb führen könnte. Zu den äußeren Faktoren zählt zum Beispiel ein Überschreiten der sicheren Betriebstemperatur über einen längeren Zeitraum. Dies könnte zu einer beschleunigten Alterung, aber auch zu einem Brand führen.
 
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. Hier meine drei 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 so konzipiert sein, dass Ausfälle isoliert werden und die Fehlfunktion einer einzelnen Zelle nicht auf andere Zellen übergreifen kann (thermal propagation). 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 das System abschalten, um weitere Schäden zu verhindern. Der Einsatz fortschrittlicher Diagnosetools und -verfahren kann dazu beitragen, potenzielle Probleme, wie “thermal runaway” frühzeitig zu erkennen, noch bevor sie zu spürbaren Leistungseinbußen oder Problemen führen können. Thermal runaway beschreibt die Überhitzung einer Zelle, die dazu führen kann, dass sich benachbarte Zellen ebenfalls überhitzen. 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.

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.

*Lennart Hinrichs ist VP Strategic Partnerships beim Anbieter von Batterieanalytik-Software “TWAICE” aus München.