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Akkubrand vermeiden

Manchmal gibt es diese Situationen, da verläuft alles wie in einem Film. Und wenn man Pech hat, dann verläuft es wie in einem Horrorfilm. Zum Glück ist mir nichts passiert. Aber als ich im Anschluss erfahren habe, was alles vorgefallen war, ist mir definitiv mulmig gewesen. Die Ursache war ein Akkubrand. Also stellt sich mir die Frage, wie kann man einen Akkubrand vermeiden?

In der Augsburger Innenstadt ist am 10.9.2021 direkt an der Fußgängerzone ein Wohn- und Geschäftshaus in Brand geraten. Der Grund: der Akkubrand von einem E-Scooter. Die Feuerwehr hatte alle Hände voll zu tun, das Feuer, das eine solche Kraft hatte, wieder unter Kontrolle zu bekommen. Es hätte nicht viel gefehlt, dann hätte das Feuer auf Nachbargebäude übergriffen. Hat es aber nicht.

Wie kann man einen Akkubrand vermeiden?

Am Freitag, den 10. September 2021 war es in Augsburg sonnig. Sowohl Einheimische und als auch Touristen waren in der Fußgängerzone unterwegs. Die Freitagnachmittagsstimmung hat auch uns dazu geführt, dass wir uns auf einen Schoppen in einem Café in der Fußgängerzone hingesetzt haben. Das Idyll wurde nur durch eines getrübt: laute Feuerwehrsirenen in großen Mengen direkt am Rathausplatz keine 200 Meter von uns entfernt.

Meine Frau und ich saßen in einem Café am Moritzplatz. Wir hatten uns für den Feierabend mit Freunden verabredet. Das Wetter war sehr sonnig und warm. Am Himmel war kein einziges Wölkchen zu sehen. Das italienisch anmutende Wetter führte zu einem kleinen italienischen Sommerdrink. Gegen 18:00 Uhr wurde es dann laut. Erst gab es eine Sirene, dann rissen sie gar nicht mehr ab. Wir blickten über den Rathausplatz und konnten eine kleine Rauchsäule an der gegenüberliegenden Seite in der Karolinenstraße ausmachen, die aus dem Dachgeschoss kam. Die Feuerwehr kurbelte ihre Drehleiter hoch und war vor Ort. Alles sah so aus, als würde es gleich wieder vorbei sein. Es war kam aber ganz anders: das Feuer und die Rauchentwicklung wurden immer heftiger.

Das Feuer hatte sehr viel Kraft. Von der Hinterseite des Gebäudes konnte man die Funken sehen, die sich in den Abendhimmel geschraubt haben. Die Feuerwehr hatte alle Hände voll zu tun, den Brand auf dieses Gebäude zu beschränken. Am nächsten Tag rauchte es immer noch aus dem Gebäude. Die beiden oberen Stockwerke waren komplett ausgebrannt. Der Rest des Gebäudes wurde kontrolliert zum Einsturz gebracht. Und der Verdacht, dass ein Akkubrand die Ursache gewesen sein könnte, war bereits in Umlauf. Die Polizei bestätigte später auf einer Pressekonferenz, dass es „mit an 100 Prozent grenzender Sicherheit der Akku eines privaten E-Scooters war,“ der zu dem Brand geführt hat.“

Brand in der Karolinenstraße am 10. September 2021

Akkus sind Energiespeicher

Die Aufgabe eines Li-Ionen-Akkus ist es Energie zu speichern. Die Energie reicht aus, um einem Menschen und ein Transportmittel viele Kilometer weit zu tragen. Wenn diese Energie unkontrolliert und plötzlich ausbricht – und vielleicht auch noch auf einem brennbaren Untergrund steht, also zum Beispiel auf einem Holzfußboden, wie im Fall des Denkmalgeschützen Hauses in der Karolinenstraße, dann führt das zu einer Kettenreaktion. Wie kann der erste Dominostein daran gehindert werden umzufallen?

Wie kann man professionell einen Akkubrand vermeiden?

Wenn ein eBike-Akku erstmal in Brand gerät, ist er nur schwer zu löschen. Man kann aber schon vorher eingreifen

Wir haben uns für dieses Szenario mit einer Firma in Verbindung gesetzt, die sich schon seit einiger Zeit mit genau mit dieser Thematik Akkubrand vermeiden auseinander setzt und in Kürze ein Produkt zur Lösung dieses Problems auf den Markt bringt.

born2.bike: „Herr Dr. Riegger, Sie sind ein ausgewiesener Fachmann auf dem Gebiet von „eNasen“, also der technisch gestützten Erkennung von chemischen Signalstoffen. Reicht es aus, einen Akku zu löschen, der in Brand geraten ist oder kann man das auch anders? “

Dr. Riegger: „Ja, das geht schon in die richtige Richtung. Bei der SMELLDECT GmbH, der Firma für die ich tätig bin, arbeiten wir an der Entwicklung und der Produktion von Sensoren, die zur Erkennung von Gerüchen genutzt werden können – oft spricht man in diesem Zusammenhang von den elektronischen Nasen (also der eNase, engl.: eNose).“ 

born2.bike: „Wozu braucht man diese eNasen? Und was hat das mit Rauchmeldern zu tun?“

Dr. Riegger: „Da muss ich ein bisschen ausholen. Solche Sensoren finden ihren Anwendungszweck unter anderem in der Qualitätskontrolle von Lebensmitteln, Hygieneprodukten oder Verpackungsmaterialien – überall dort, wo der Geruch eine wichtige Kenngröße ist und der Geruch auch zwischen unterschiedlichen Produktchargen immer gleich bleiben soll, können diese Sensoren eingesetzt werden. 

Einsatzgebiet Industrielle Überwachung

Ein weiterer großer Anwendungsfall für solche Sensoren sind aber auch die Überwachung von kritischen Infrastrukturen wie Rechenzentren, Elektronischen Schaltschränken o.ä.. Hier geht es nicht um die Detektion (also die Erkennung, Anm.d.Red.) eines bestimmten Geruchs, sondern vielmehr darum, eine Veränderung des Geruchs, sprich eine Änderung der chemischen Zusammensetzung der Gasphase zu detektieren. In den eben genannten Umgebungen kommt es im Normalbetrieb nicht zu großen Veränderungen beim Geruch. Das sind geschützte und oft klimatisierte Räume mit wenig Personenverkehr in denen im Normalfall nichts passiert. Sollte es aber zum Versagen eines elektronischen Bauteils kommen, wie z.B. das Ausgasen eines Elektrolyt Kondensators oder dem „kokeln“ eines Kabels oder Kunststoffgehäuses, dann kann dieser Geruchsänderung von der eNase wahrgenommen werden – und es kann ein Alarm ausgegeben werden.“

Die Chargerbox nimmt einen Akku sofort vom Strom, wenn eine Zelle verletzt ist. Foto: (c) 2022, SmellDect GmbH 

born2.bike: „Was hat das mit einem handelsüblichen Rauchmelder zu tun?“

Dr. Riegger: „Klassische Rauchmelder erkennen den Brand, aber nicht die Brandentstehung. Dazu muss man wissen, dass konventionelle Brand-/Rauchmelder kaum auf freiwerdende Gase (sprich Geruch) reagieren. Klassischen Brandmelder detektieren (erkennen, Anm.d.Red.) kleinste Feststoffpartikel wie z.B. Rauch oder Nebel. Bei den oben genannten Fällen mit den Kondensatoren oder Käbelchen/Gehäusen kommt es oftmals gar nicht oder erst sehr spät zu einer Rauchentwicklung.“ 

born2.bike „Der Rauchmelder macht das, was er machen soll? Er meldet Rauch.“

Rauchmelder setzen an der falschen Stelle an

Dr. Riegger: „Richtig, aber man kann schon lange vorher etwas erkennen: eine Veränderung im Geruch. Landläufig wird dann z.B. davon gesprochen, dass es „nach Strom riecht“. Das ist ein den meisten Fällen aber nichts anderes als ein Schmauchgeruch der aufgrund von hohen Temperaturen an überlasteten Elektronikbauteilen oder Kabelisolierungen entsteht. Und das erspüren, detektieren unsere eNasen. Zu einer erheblichen Gas- bzw. Geruchsentwicklung kommt es nämlich schon sehr früh. Daher ist die Detektion von Geruchsänderungen für die frühe Branderkennung essenziell. An dieser Stelle setzen wir mit unseren Sensoren an.“

born2.bike „Und was hat das mit eBike-Akkus zu tun?“

Dr. Riegger: „Dieses Verhalten gilt auch für Batteriezellen wie Sie z.B. in eBike Akkus oder Werkzeug Akkus verbaut sind. Ein solcher Batteriepack besteht dabei aus mehreren Einzelzellen. Aufgrund deren Zellbauweise kommt es bei Überlastung einer Zelle zum Ausgasen von Batterieflüssigkeit (Elektrolyt). Dies passiert relativ am Anfang, noch viele Minuten vor einem tatsächlichen Batteriebrand. Aus der Batterieforschung weiß man, dass beim direkten Abschalten der Ladeversorgung beim ersten Auftreten eines solchen Fehlers das Durchgehen – auch Thermal runaway – der Batteriezelle verhindert werden kann. Das ungebremste Durchgehen einer Zelle führt nach kurzer Zeit im Batteriepack zur Zerstörung der benachbarten Batteriezellen und damit zum gefürchteten Batteriebrand.“ 

(c) 2022, SmellDect GmbH

born2.bike: „Das heißt also, dass der „Dominoeffekt“ verhindert werden kann, weil nicht der eigentliche Brand und der daraus resultierende Rauch, sondern die vorhergehende erste „Verletzung“ einer Batteriezelle und die folgende Ausgasung erkannt wird? Das ist vermutlich nicht nur für das Verwahren eines Akkus relevant, sondern vor allem auch für das kontrollierte Laden, damit es kein schlimmes Erwachen gibt?“

Dr. Riegger: „Akkus lediglich ein einer brandsicheren Box zu lagern war uns einfach zu wenig. Wir haben uns Gedanken darüber gemacht, wie man Akkus fachgerecht lagern kann und die Lagerung, vor allem aber auch den Ladevorgang überwachen kann, um deutlich früher in den Prozess eingreifen zu können. Dazu haben wir die ChargerBox entwickelt. Eine für Privathaushalte geeignete, aus Stahlblech gefertigter Box in der unsere Sensoren verbaut sind. In dieser Box können Akkus unter Überwachung gelagert und geladen werden. Die Sensorik erlauben eine Sekundengenaue Erstindikation (also das Ausgasen) genauso wie auch eine schnelle Reaktion auf den Worst Case.“


born2.bike: „Wie sieht das genau aus?“

Dr. Riegger: „Dies ist vor allem während das Ladevorgangs wichtig. Denn hier hat man die Chance mithilfe der Sensorik auf die ersten Hinweise eines Durchgehens des Akkus zu reagieren, indem der Ladestrom automatisch unterbrochen wird. Kommt es bei einem Akku im Ruhezustand zu einem Defekt, wird die ChargerBox Sie warnen, dass es zu einem Problem gekommen ist. Neben den Akkus findet sich auch Platz für die Netzteile/Ladeteile in der ChargerBox. Denn auch diese können defekt sein und im schlimmsten Fall einen Brand auslösen. 

born2.bike: „Wie hoch ist die Gefahr?“

Dr. Riegger: „Moderne Lithium Ionen Akkus – speziell von Marken Herstellern – gelten als äußerst sicher – vor allem bei entsprechender Handhabung. Fakt ist: die meisten Akkus brennen nicht, Fakt ist aber auch: es gibt Akkubrände. Es gibt hier keine (wie auch bei keiner anderen Technologie) 100 Prozent Sicherheitsgarantie! Vor allem falsche Handhabung (Betrieb/Lagerung bei zu niedrigen oder zu hohen Temperaturen, langes Lagern im tiefenentladenen Zustand) oder aber auch mechanische Schäden durch Stürze oder Stöße können dem Akku schaden und unter Umständen zu einem Akku Brand führen.“

born2.bike: „Wenn ein Akku in so einer Box gelagert wird, dann ist also die Wahrscheinlichkeit, dass es zu einem Brand kommt, geringer. Habe ich auch andere greifbare Vorteile aus der Verwendung der ChargerBox?“

Dr. Riegger: „Wenn ein eBike- oder Werkzeug-Akku in der von uns (SMELLDECT GmbH) entwickelt und produzierten ChargerBox gelagert wird, handelt der Nutzer ganz im Sinne der Vorgaben von den meisten Akku-Herstellern. In deren Betriebsanweisung ist üblicherweise vorgeben, den Akku unter Aufsicht an einem sicheren, trockenen Ort auf einer nichtbrennbaren Oberfläche zu lagern und weder Frost noch großer Hitze auszusetzen. Darüber hinaus erfüllt der Nutzer beim Einsatz der ChargerBox auch die Anforderungen des VdS zum sicheren Umgang mit eBike Akkus formuliert in der VdS 3471: 2021-02 (02) – Kapitel 11.“. 

born2.bike: „Wenn das Kind in den Brunnen zu fallen droht, dann wird es über diverse Maßnahmen am Sturz gehindert? Kann man das so sagen?“

Dr. Riegger: „Bei Störung oder Alarm sendet die ChargerBox eine Warnung aufs Smartphone, unterbricht die Ladung bzw. Stromversorgung in der ChargerBox, gibt sie einen gut hörbaren Signalton aus. Weiterer großer Vorteil ist die steuerbare Elektronik, die ein verzögertes Laden oder ein Laden nur für einen bestimmte Zeit ermöglicht. Außerhalb dieser Zeiten sind die in der ChargerBox befindlichen Steckdosen deaktiviert. Die Ladeteile bzw. Akkus sind während dieser Zeit auf Stromlos geschaltet.“ 

born2.bike: „Für das Überwintern ist das doch genau das Richtige?“

Ladung und Einlagerung auch im Winter, (c) 2022, SmellDect GmbH

Dr. Riegger: „Ja, richtig. Es ist möglich die Box auf einen Überwintern-Modus zu schalten. Speziell eBike Akkus sollen bei längerem Pausen werde zu voll noch zu leer gelagert werden – je nach Hersteller zwischen 30-70 Prozent Ladekapazität. Der Überwintern-Modus ermöglicht es Ladezeiträume und Ladezeiten festzulegen, in denen der Akku automatisch geladen wird. So kann gewährleistet werden, dass die Akkus über Monate hinweg immer die vorgegeben Ladekapazität haben. 

In der Zukunft wird es außerdem möglich sein, dass die ChargerBox das Ladeverhalten eines einzelnen Nutzers lernt und damit über die Zeit auch eine Ladeprofil der im Schrank befindlichen Akkus erstellen kann.“ 

born2.bike: „Vielen Dank für die ausführlichen Informationen.“

Dr. Riegger: „Danke für das Interesse. Weitere Informationen finden Sie und Ihre Leser unter: https://chargerbox.de

Wir empfehlen folgende Maßnahmen, damit es erst gar nicht so weit kommt:

  1. Immer nur die Markenladegeräte nutzen, die vom Akkuhersteller geliefert wurden, keine selbstgebauten oder veränderten Ladegeräte nutzen.
  2. Akkus nur auf Nicht-brennbarem Boden laden
  3. Akkus vom Ladegerät nehmen, wenn sie aufgeladen sind (Wecker stellen und Netzteil trennen)
  4. Markengeräte nutzen
  5. Keine Akkus selber bauen

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