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Stromversorgungen Wie sicher sind Lithium-Ionen-Akkupacks wirklich?

Autor / Redakteur: Alex Stapleton * / Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Lithium-Ionen-Akkus sind zwar erste Wahl in portablen und mobilen Systemen – gelten aber als unsicher. Wie unsicher sie wirklich sind und wie man sie sicherer macht, erfahren Sie in diesem Beitrag.

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(Bild: VARTA Microbattery)

Bei tragbaren Consumer-Geräten hat sich die Lithium-Ionen-Batterietechnologie eindeutig durchgesetzt. Jeder Hersteller von Mobiltelefonen, Tablets und Notebooks nutzt die Lithium-Ionen-Technologie, um einen leichten und zuverlässigen Energiespeicher mit langer Laufzeit zur Verfügung zu stellen, der sich einfach in einem kleinen Gehäuse unterbringen lässt. Entscheidend dabei ist, dass sich Lithium-Ionen-Akkus in diesen Anwendungen nach Milliarden Betriebsstunden weltweit als sicher erwiesen haben.

Tablets & Co. mit geringem Energiebedarf

Bei Handgeräten wie Tablets ist der Energiebedarf jedoch gering – das neue Nexus 7 von Google hat z.B. eine Batterie mit einer Kapazität von 15 Wh. Das heißt, dass die Energiemenge, die bei einer Störung plötzlich freigesetzt werden könnte, gering ist. Zudem gibt es in einer Batterie, die den Standards entspricht, eine Reihe von Schutzmaßnahmen auf der Hardware- und Softwareebene, um zu gewährleisten, dass sie unter präzise definierten Bedingungen arbeitet.

Bleiakkus gelten als sicher

Bei größeren Geräten sind Lithium-Ionen-Batterien hingegen nur wenig gefragt. Motorbetriebene Geräte wie Hebevorrichtungen, Notstromquellen, USV-Anlagen sowie Generator-Ersatzanlagen arbeiten gewöhnlich mit Bleiakkumulatoren, die weitgehend unempfindlich gegenüber Missbrauch hinsichtlich Ladung und Temperatur sind. Bleiakkumulatoren haben sich bezüglich Sicherheit über Jahrzehnte einen ausgezeichneten Ruf erworben. Natürlich ist das theoretische Schadenspotential, dort wo deutlich höhere Energiespeicherkapazitäten benötigt werden, bei einem Batteriefehler entsprechend höher, da die zur Verfügung stehende Energiemenge in einem solchen Fall viel größer ist. Dazu kommt die unterschwellige Angst, dass eine große Lithiumbatterie bei Überspannungs- oder Überstrombedingungen heiß werden und im ungünstigsten Fall in Brand geraten kann.

Für große Akkus gelten strengere Vorschriften

Häufig wird ein Wert von 100 Wh als Schwelle angesehen, bei der Sicherheitsbelange verstärkt in den Fokus gelangen. Dies, weil wieder aufladbare Lithiumbatterien mit Leistungen gleich oder größer 100 Wh mit größerer Aufmerksamkeit bedacht werden und strengeren Beschränkungen gemäß den UN 38.3 Transportvorschriften unterliegen.

Ab 100 Wh wird es schwieriger

Das hat in der Vergangenheit dazu geführt, dass sich einige Hersteller beim Einsatz der Lithium-Ionen-Technologie in Anwendungen mit einem Leistungsbedarf >100 Wh zurückgehalten und abgewartet haben, bis sie dem sicheren Betrieb einer Lithiumbatterie so viel Vertrauen entgegenbringen konnten, wie es bei gekapselten Bleiakkumulatoren der Fall ist. Dieser Zeitpunkt ist jetzt erreicht. Bei entsprechender Sorgfalt in Entwicklung und Konstruktion können große Lithiumbatterien genauso sicher eingesetzt werden, wie kleinere Ausführungen.

Auf der Suche nach absolut sicheren Lithiumbatterien

OEM-Entwickler stehen vor der Herausforderung, einen überprüfbaren Prozessablauf darzulegen, der sicherstellt, dass das Risiko von Gefahren oder Schäden aufgrund einer Batteriefehlfunktion beseitigt ist. Intention dieses Artikels ist, die Elemente eines Sicherheitsdesigns zu beschreiben, welches nachweislich absolut sichere Lithiumbatterien mit sehr großen Kapazitäten, inklusive Packs mit über 500 Wh, ermöglicht. Dieses Sicherheitsdesign kann in jedem großen Lithium-Batteriepack implementiert werden.

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