Elektromobilität: Frühwarnsystem für brennende Akkus in Arbeit
Lithium-Ionen-Akkus können sich selbst entzünden. Die Ursachen sind vielfältig. Forschende arbeiten nun daran, ein besseres Frühwarnsystem zu entwickeln, damit Fahrzeuginsassen besser geschützt werden und die Akkus nicht zum Totalschaden werden.
Lithium-Ionen-Akkus können sich selbst entzünden. Ein neues Frühwarnsystem soll helfen.
Foto: panthermedia.net/uflypro
So viele Vorteile die E-Mobilität auch mit sich bringt, sie ist noch mit vielen Risiken verbunden, die es abzustellen gilt. Eines davon sind die Lithium-Ionen-Akkus, die unter bestimmten Umständen in Brand geraten können, dann das gesamte Auto in Mitleidenschaft ziehen, und im schlimmsten Fall die Insassen gefährden. Bei Lithium-Ionen-Akkus besteht das Risiko der Selbstentzündung. Fachleute sprechen von dem sogenannten thermischen Durchgehen. Schon heute gibt es entsprechende Warnsysteme, die wenige Minuten, bevor die Selbstentzündung tatsächlich stattfindet, Menschen in Fahrzeugen informieren.
Dünnschichtbatterie könnte Lithium-Ionen-Akkus ersetzen
Da die zeitliche Abfolge derzeit noch recht knapp ist, bedeutet dies automatisch: Ist das thermische Durchgehen erst einmal in Gang geraten, ist der Akku in der Regel nicht mehr zu retten. Man muss mit einem Totalschaden rechnen. Denn die Warnsysteme, die sich derzeit im Einsatz befinden, arbeiten mit Sensoren, die Veränderungen von Temperatur und Druck messen. Sobald die Veränderungen einen kritischen Bereich erreichen, wird der Alarm ausgelöst. Zu diesem Zeitpunkt hat die Batterie allerdings bereits erhebliche Schäden erlitten. Das eigentliche thermische Durchgehen lässt sich dann meistens nicht mehr verhindern, eine vollständig zerstörte Batterie ist in der Regel die Folge. In den meisten Fällen übernimmt das sogenannte Batteriemanagementsystem, kurz BMS, diese Warnung. Dabei handelt es sich um die elektronische Steuerungseinheit des Akkus, die nicht nur die Leistung der Batteriezellen und verbundenen Zellen überwacht, sondern auch den Zustand.
Frühwarnsystem soll besser vor brennenden Akkus schützen
Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in Berlin arbeitet nun gemeinsam mit dem Unternehmen Vitesco Technologies daran, ein Frühwarnsystem zu entwickeln. Vitesco Technologies ist auf Antriebstechnologien für batterieelektrische Fahrzeuge spezialisiert. Die Idee: Ergeben sich kritische Veränderungen in den Batteriezellen, soll das neue System diese deutlich früher anzeigen, und so dabei helfen, die totale Zerstörung des Akkus zu verhindern. Die beiden Kooperationspartner haben sich dafür auf ein Verfahren fokussiert, das den elektrischen Wechselstromwiderstand in der Zelle stetig misst und analysiert. Dieses Verfahren nennt sich Impedanz.
Vorteil der sogenannten Impedanz ist, dass sich verschiedene Defekte und Zustände, die sich negativ auf die Akkus auswirken, frühzeitig erkennen lassen. Als mögliche Ursachen gelten Vibrationen, Stöße, thermische Belastungen, Materialversagen oder auch Herstellungsfehler. Sie alle können beim Akku Probleme auslösen. „Unabhängig von der jeweiligen Ursache ist jedoch in jedem Fall eine Änderung der Impedanz zu erwarten“, sagt Tim Tichter, der an der BAM an dem Projekt forscht.
Frühwarnsystem bei brennenden Akkus umfasst auch Schutzmaßnahmen
Erste Ergebnisse dieses neuen Ansatzes stehen noch aus. Das liegt vor allem daran, dass aussagekräftige Impedanzanalysen lange Messzeiten voraussetzen. Dieser Umstand sorgt auch dafür, dass dieses neue System bislang noch nicht in ein Batteriemanagementsystem eingebaut werden konnte. Die Partner gehen allerdings von folgender These aus: Wenn sie die Messmethode so anpassen, dass Aufzeichnung und Verarbeitung der Impedanzdaten schneller ablaufen, ließe sich der neue Ansatz in ein BMS integrieren. Das geplante Frühwarnsystem der beiden Kooperationspartner sieht im Detail vor, dass im Falle einer Warnung automatisch ein Servicefall ausgelöst wird, kombiniert mit entsprechenden Schutzmaßnahmen. Dazu gehört zum Beispiel, dass einzelne Zellen abgeschaltet werden können. Das Ergebnis: Auf diese Art und Weise sei es möglich, erhebliche Schäden an Lithium-Ionen-Akkus zu verhindern, was zugleich Kosten einsparen könne. Darüber hinaus soll das System aber vor allem die Menschen besser vor den Gefahren brennender Akkus schützen.
Die Europäische Union (EU) hat bereits eine Regelung getroffen. Die gesetzliche Vorschrift lautet: Mindestens fünf Minuten bevor das thermische Durchgehen des Akkus startet, muss es ein Warnsignal für die Insassen im Auto geben. Rund 1,17 Millionen Elektroautos waren zum Stichtag 1. Juli 2023 in Deutschland angemeldet. Tendenz steigend. Die Zahl verdeutlicht, wie relevant die bessere Sicherheit von Lithium-Ionen-Akkus schon heute ist. Und je mehr E-Autos auf Deutschlands und Europas Straßen unterwegs sind, desto wichtiger wird es, Fahrzeuginsassen und Material besser zu schützen.
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