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Das haben wir alle schon einmal gesehen: …
Das haben wir alle schon einmal gesehen: …
… E-Bike-Akkus!
… E-Bike-Akkus!
Hier ein 720-Wh-Akku aus einem aktuellen Rock Mountain.
Hier ein 720-Wh-Akku aus einem aktuellen Rock Mountain.
Dies sind Akkuzellen, kurz Akkus genannt.
Dies sind Akkuzellen, kurz Akkus genannt.
Und dies ist eine Batterie.
Und dies ist eine Batterie.
Große Oberfläche bei kleinem Volumen. Das Innere einer Zelle besteht aus gerollten Folien, dazwischen der Elektrolyt.
Große Oberfläche bei kleinem Volumen. Das Innere einer Zelle besteht aus gerollten Folien, dazwischen der Elektrolyt.
Funktionsweise in vereinfachter Darstellung veranschaulicht.
Funktionsweise in vereinfachter Darstellung veranschaulicht.
Moderne E-Bike-Batterien enthalten eine ganze Menge Zellen. Wenn es blöd läuft: viel Brennstoff.
Moderne E-Bike-Batterien enthalten eine ganze Menge Zellen. Wenn es blöd läuft: viel Brennstoff.
Ein gutes Batterie-Management-System benötigt Platz. Der ist aber rar. Die Versuchung, kleinere Platinen zu bauen, daher groß. Das kann zulasten der Sicherheit gehen.
Ein gutes Batterie-Management-System benötigt Platz. Der ist aber rar. Die Versuchung, kleinere Platinen zu bauen, daher groß. Das kann zulasten der Sicherheit gehen.
Zellhalter und ein Wärmemanagement sind weitere Kriterien für sichere – oder kritische Batterien.
Zellhalter und ein Wärmemanagement sind weitere Kriterien für sichere – oder kritische Batterien.
Die Industrie bietet fertige Ladeschränke für Akkubatterien an.
Die Industrie bietet fertige Ladeschränke für Akkubatterien an.
Diese sind aber eher groß und recht teuer.
Diese sind aber eher groß und recht teuer.
Jan Hetzel empfiehlt seiner Kundschaft feuerfeste Kisten wie diese, …
Jan Hetzel empfiehlt seiner Kundschaft feuerfeste Kisten wie diese, …
… idealwerweise mit Löschgranulat: Das bläht in einem Feuer auf und umhüllt die brennenden Zellen mit einer gläsernen Schicht.
… idealwerweise mit Löschgranulat: Das bläht in einem Feuer auf und umhüllt die brennenden Zellen mit einer gläsernen Schicht.

Mit der Digitalisierung und dem Boom von Elektromobilität steigt auch die Anzahl von Akkus in unseren Haushalten. Und je nachdem, wen man fragt, sind diese Energiespeicher für manche wahre Höllenmaschinen, die scheinbar jederzeit unberechenbar und ohne erkennbare Ursache in Brand geraten oder gar explodieren können. Für uns Grund genug, diesen Schauergeschichten und der tatsächlichen Brandgefahr durch E-Bike-Akkus mal auf den Grund zu gehen. 

Wie funktioniert ein E-Bike-Akku?

Das haben wir alle schon einmal gesehen: …
# Das haben wir alle schon einmal gesehen: …
… E-Bike-Akkus!
# … E-Bike-Akkus!
Hier ein 720-Wh-Akku aus einem aktuellen Rock Mountain.
# Hier ein 720-Wh-Akku aus einem aktuellen Rock Mountain.

Jan Hetzel, Geschäftsführer von accundu, entwickelt und baut seit 2006 Akkus. Er steht uns zusammen mit weiteren Akku-Experten für diesen Artikel geduldig Rede und Antwort.

Akkumulatoren, kurz „Akkus“ genannt, sind wiederaufladbare, elektrochemisch basierte Speicherzellen für elektrische Energie und essenziell, um Motorsysteme moderner E-Bikes mit Energie zu versorgen. Ganz oberflächlich betrachtet besteht ein moderner Akku-Block eines E-MTBs oder E-Bikes aus etlichen zusammengeschalteten, meist zylindrischen Lithium-Ionen-Zellen, einem Batterie-Management-System (BMS) und einem Gehäuse, um alle Teile sicher beieinanderzuhalten und sie gegen Umwelteinflüsse zu schützen. Einen Zusammenschluss kleiner Einheiten zum Zwecke der Bündelung ihres Effekts nennt man übrigens, aus dem Militärjargon kommend, eine Batterie.

Dies sind Akkuzellen, kurz Akkus genannt.
# Dies sind Akkuzellen, kurz Akkus genannt.
Und dies ist eine Batterie.
# Und dies ist eine Batterie.
Große Oberfläche bei kleinem Volumen. Das Innere einer Zelle besteht aus gerollten Folien, dazwischen der Elektrolyt.
# Große Oberfläche bei kleinem Volumen. Das Innere einer Zelle besteht aus gerollten Folien, dazwischen der Elektrolyt.
Funktionsweise in vereinfachter Darstellung veranschaulicht.
# Funktionsweise in vereinfachter Darstellung veranschaulicht.

In den einzelnen Zellen Eures Akkus befindet sich, so verrät uns Jan, ein Elektrolyt, welcher als leitfähiges – und leider auch brennbares Medium den Fluss von Ionen zwischen den Polen der Zelle ermöglicht. Die beim Laden aufgenommene elektrische Energie wird elektrochemisch gespeichert und kann elektrisch wieder abgeben werden. Maßgeblich ist hier das Metall Lithium – weil es so schön reaktionsfreudig ist.

Wer es ganz genau wissen will: In diesem Video wird der innere Aufbau und die Funktionsweise eines modernen E-Bike-Akkus schön erklärt.

Können E-Bike-Akkus brennen?

Machen wir es mal kurz: Ja. Der Akku Eures E-Bikes oder E-Mountainbikes ist ein ziemlich großer Energiespeicher. Und dieselbe Energie, die Euch planmäßig, elektrisch, über schöne Trails oder lange Touren schaukelt, kann auch außerplanmäßig – dann als thermische Energie – und dabei recht schnell – an die Umwelt abgegeben werden. Das ist dann ein Brand. Misslich: Wenn eine Zelle im Verbund „thermisch durchgeht“, also temperaturbedingt außer Kontrolle gerät, kann sie intakte Nachbarzellen mit in den Tod reißen und so in einer Kettenreaktion das ganze Paket entzünden. Und weil bei Bränden Gase entstehen, die, in Gehäuse eingesperrt, Überdruck zur Folge haben, besteht auch die Möglichkeit, dass Akkuzellen infolgedessen explodieren. Aber wie wahrscheinlich ist so etwas? Kann man Akkubrände verhindern oder vermeiden? Wie schlimm ist ein Akkubrand und wie kann man die Auswirkungen solcher Ereignisse minimieren?

Moderne E-Bike-Batterien enthalten eine ganze Menge Zellen. Wenn es blöd läuft: viel Brennstoff.
# Moderne E-Bike-Batterien enthalten eine ganze Menge Zellen. Wenn es blöd läuft: viel Brennstoff.

Welche Ursachen führen zu brennenden Akkus?

Unangenehm wird es immer dort, wo gespeicherte Energie außerplanmäßig freigesetzt wird. Da unterscheiden sich Akkuzellen gar nicht mal so sehr von – sagen wir – einem Kanister voll Benzin, weshalb ja Akkus, genau wie fossile Treibstoffe, als Gefahrgut klassifiziert sind. Wusstet Ihr, dass auf deutschen Straßen jährlich rund 15.000 (Verbrenner-)Pkw brennen? Und wo wir schon bei stumpfen Vergleichen sind: Wer von Euch würde ein paar Liter Super-Plus in einer ollen Plastiktüte unklarer Herkunft in der Diele lagern? Genau…! 🙂

Eine 100 % eigensichere Variante gibt es bei Lithium-Ionen-Akkus nicht. Und leider wird die Produktion, der Import und die Qualität von Akkupacks und Einzelzellen nicht so streng wie bei Pkw und Kraftstoff überwacht und unterliegen keiner ständigen Kontrolle.

Jan Hetzel

Brandursache Produktionsfehler

Baut schon der Hersteller der Zellen bei deren Fertigung Mist, bekommt Ihr als Nutzer*innen möglicherweise ein Problem: Zu enge Hüllen, geknickte Elektroden, fehlerhafte Schweißpunkte, fehlende Isolierungen … die Ursachen für Produktionsfehler sind so vielfältig wie Akkuzellen kompliziert. Fehlerhafte Akkuzellen können sich – durch interne Kurzschlüsse – selbst entzünden. Fehlerhafte oder schlecht konzipierte Akkupakete können das ebenfalls. Werden Akku-Pakete mit minderwertigen Batterie-Management-Systemen bestückt oder versagen diese, sind die Zellen nicht mehr vor z. B. Überladung geschützt. Jan Hetzel weiß zu berichten, dass dies eine Ursache für brennende Akkus sein kann. Moderne BMS sind im besten Falle hochwertige und recht aufwendige Schaltungen. Bei sehr preisgünstigen Akkus dubioser Herkunft fallen diese oft weniger komplex und betriebssicher aus. Bei denen kann man, wenn es schlecht läuft, irgendwann mal die Hand ins Feuer legen. Auch hier gilt die alte Faustregel, dass potenziell gefährliche Gegenstände besser aus vertrauenswürdigen Quellen stammen sollten. Liest man Meldungen über abgebrannte Akkus, findet man oft Geräte oder Fahrzeuge dubioser Herkunft als Ursache.

Ein gutes Batterie-Management-System benötigt Platz. Der ist aber rar. Die Versuchung, kleinere Platinen zu bauen, daher groß. Das kann zulasten der Sicherheit gehen.
# Ein gutes Batterie-Management-System benötigt Platz. Der ist aber rar. Die Versuchung, kleinere Platinen zu bauen, daher groß. Das kann zulasten der Sicherheit gehen.

Brandursache Akkudesign

Ein weiterer Aspekt für die Sicherheit eines Akkus ist dessen Konfektionierung: „Beispielsweise werden einem E-Bike-Akku beim Bergauffahren relativ große Ströme entnommen. Der Akku kann sich dabei ziemlich erwärmen. Damit Luft zwischen den Zellen zirkulieren kann, sollten deswegen Zellhalter verbaut werden. Diese praktischen Bauteile halten die Zellen in einem kleinen Abstand, die Wärme kann besser abfließen. Früher wurden in E-Bikes allerdings Akkus aus eng gepackten Lithium-Polymer-Zellen-Sandwiches verbaut. Die Hitze konnte nicht abfließen und die Akkus haben schnell den Geist aufgegeben,“ erklärt uns Akku-Experte Jan. Ein solches thermisches Durchgehen kann bei manchen Akkutypen bereits ab 60° Celsius stattfinden. Es empfiehlt sich insofern, besonders zur warmen Jahreszeit, nicht, E-Bike Akkus oder ganze E-Bikes in der prallen Sonne zu grillen.

Zellhalter und ein Wärmemanagement sind weitere Kriterien für sichere – oder kritische Batterien.
# Zellhalter und ein Wärmemanagement sind weitere Kriterien für sichere – oder kritische Batterien.

Brandursache unsachgemäße Nutzung

Jetzt wird es spannend, Freunde: Zu unserer grenzenlosen Überraschung können auch Kundinnen und Kunden einen eigenen, wertvollen Beitrag zu brennenden oder explodierenden Stromspeichern liefern. Versucht man beispielsweise, alte und/oder tiefentladene Akkus frankensteinmäßig wiederzubeleben, setzt man sich damit erheblichen Risiken aus:

Ich kümmere mich schon seit 15 Jahren um Akku-Entwicklungen und um die Sicherheit bei meinen Kunden. In unseren Systemen verbinden wir die Zellen immer mit einer Schutzschaltung. Diese Schutzschaltung achtet darauf, dass die Spannung der Zellen 2,5 Volt [die Nennspannung beträgt 3,6 V, Anm. der Redaktion] nicht unterschreitet. Falls es doch mal dazu kommt, ist die Zelle defekt und der Akku lädt nicht mehr.

Jan Hetzel

Versucht man, unter Umgehung des BMS, einen toten, tiefentladenen Akku auferstehen zu lassen, bekommt man – einen Zombie. Yeah! Infolge chemischer Prozesse im Inneren der Zelle können spitze Ablagerungen aus Lithium, sogenannte Dendriten, die dünne Separatorenfolie durchstoßen und die Zelle kurzschließen. Einen ähnlichen Effekt hat das Laden von Akkus bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt (E-Bike-Akkus von Bosch besitzen daher eine Schutzschaltung, die ein Laden nur zwischen 0° und 40° C erlaubt!). Auch hier wachsen in der Zelle und unsichtbar Dendriten, die irgendwann einen Kurzschluss, und dann, wenn es blöd läuft, einen Akkubrand verursachen.

Zu den potenziellen Ursachen für defekte Akkus gehören natürlich auch mechanische Beschädigungen, z. B. durch Fallenlassen – und Vibrationen. Ja, im Ernst! Das dürfte besonders für uns E-MTB-Pilotinnen und -Piloten keine irre beruhigende Neuigkeit sein.

E-Bike-Akku-Brand, wie schlimm ist das?

Jeder Akku brennt nur einmal!

Auf die Frage, wie oft E-Bike-Akkus denn nun eigentlich brennen, bekommen wir am Telefon eine überraschend unterhaltsame Antwort von Ina Schmiedeberg. Ina ist Pressereferentin beim Institut für Schadenverhütung und Schadenforschung der öffentlichen Versicherer e.V. (IFS), welches sich mit Ursachenforschung von Schadenereignissen beschäftigt.

„Aber längst nicht jeder Akku brennt!“, beeilt sie sich gleich darauf, uns zu versichern. Tatsächlich kann aber niemand auch nur ungefähr angeben, wie viele Akkus überhaupt im Umlauf sind, welche Qualität diese haben, geschweige denn, wie oft und warum einer davon in Flammen aufgeht. Sicher ist nur: Die Anzahl von Akkus in deutschen Haushalten ist in den vergangenen Jahren enorm angestiegen und das merkt man auch in der Zunahme von Schadenereignissen, die ursächlich auf Akkus zurückzuführen sind.

Ina Schmiedebergs Chef, IFS-Geschäftsführer Dr. Hans-Hermann Drews, fasst es gut zusammen:

Mit der Lithium-Akkutechnologie geht unserer Erfahrung nach eine klare, wenn auch keine unverhältnismäßige Brandgefahr einher. Betroffen ist eine breite Produktpalette von der Computermaus bis zum Elektrofahrzeug. Lithium-Ionen-Akkus haben gegenüber anderen Akkumulatoren den Vorteil einer höheren Energiedichte, darum ist eine verhältnismäßig kleine, leichte Bauweise möglich. Einerseits macht sie diese Eigenschaft attraktiv für den Einsatz in immer mehr mobilen Anwendungen, andererseits sorgt gerade die Energiedichte im Falle eines Defektes für eine starke Reaktion.

Das IFS mahnt also zu Vorsicht und Sorgfalt beim Umgang mit den Energiespeichern, rät aber nicht von deren Verwendung ab.

Brandverhalten abhängig vom Ladestand

Interessant, aber nicht wirklich überraschend ist: Volle Akkus brennen deutlich besser/heißer als leere. Das IFS hat dies in einem Experiment veranschaulicht:

Entzündung einer leeren Akkuzelle

Entzündung einer halb vollen Akkuzelle

Entzündung einer vollen Akkuzelle

Wie kann man als Nutzer*in das Risiko eines Akkubrands minimieren?

Grundsätzlich gilt: Die Brandgefahr für einen Akku ist während des Ladevorgangs am größten.
Experte Jan Hetzel empfiehlt, E-Bike-Akkus in stabilen Kisten oder Schränken aus Metall zu lagern und zu laden.

Die Industrie bietet fertige Ladeschränke für Akkubatterien an.
# Die Industrie bietet fertige Ladeschränke für Akkubatterien an.
Diese sind aber eher groß und recht teuer.
# Diese sind aber eher groß und recht teuer.
Jan Hetzel empfiehlt seiner Kundschaft feuerfeste Kisten wie diese, …
# Jan Hetzel empfiehlt seiner Kundschaft feuerfeste Kisten wie diese, …
… idealwerweise mit Löschgranulat: Das bläht in einem Feuer auf und umhüllt die brennenden Zellen mit einer gläsernen Schicht.
# … idealwerweise mit Löschgranulat: Das bläht in einem Feuer auf und umhüllt die brennenden Zellen mit einer gläsernen Schicht.

Dafür gibt es fertige Lösungen, sogenannte Ladeschränke. Als günstigerer Lifehack ist auch eine alte Blechkiste mit einem Bett aus Löschgranulat und das Laden an einem Ort ohne allzu vielleicht brennbaren Materials in der unmittelbaren Nähe bestimmt eine Verbesserung. Wichtig ist, dass Euer feuerfester Behälter nicht gasdicht ist, sonst fliegt der Euch im Extremfall auch noch um die Ohren.

Welche Vorkehrungen ergreift Ihr, um Risiken durch brennende Akkus entgegenzutreten?

Text: Peter Hundert, Fotos: diverse
  1. benutzerbild

    Dreinulleins

    dabei seit 05/2021

    Geiles Thema,
    endlich mal wieder eins für die Klugscheißer auch User genannt. Die natürlich den Experten die Akku Welt erklären.

    Welche Vorkehrungen ergreift Ihr, um Risiken durch brennende Akkus entgegenzutreten?

    Einfach weitgehend auf akkubetriebenes Geraffel verzichten.

    Das Leben kann so einfach sein, man braucht nicht jeden Mist wo einem vorgegaukelt wird ein "Must Have" zu sein.
  2. benutzerbild

    Dreinulleins

    dabei seit 05/2021

    Ein kurzes Beispiel aus der Praxis, um dem ein oder anderen die Panik aus dem Gesicht zu nehmen:
    Ich war letztes Jahr zusammen mit einem Guide auf einer längeren Tour.
    Der Guide hatte sich ein eBike bei einem Händler ausgeliehen, weil er selbst keins hatte.
    Gegen Ende der Tour fragte mich der Guide, ob ich Lust auf ein Stairset of Doom hätte, also ein ellenlanges Treppenset.
    Wir sind also mit vollem Karacho die Treppen runtergerattert.
    Auf halber Strecke flog bei dem Leihbike des Guides auf einmal der Akku aus der Halterung und polterte laut krachend alleine die Treppen runter.
    Der Akku schaffte bis zum Stillstand gute 20 Meter Treppen.
    Der Guide nahm den ziemlich demoliert aussehenden Akku, steckte ihn in die Halterung, schaltete das Bike ein und weiter gings.
    Wenige Meter später das gleiche Schauspiel: Der Akku flog aus der Halterung und polterte wieder etliche Meter bis zum Ende des Treppensets.
    Der Guide zuckte mit den Schultern, steckte den Akku in die Halterung, knipste das Bike wieder an und wir fuhren (nicht mehr über Treppen) zu unserem Zielparkplatz.
    Der Akku sah von außen heftig verschrammt aus und einige Ecken waren abgebrochen.
    Dennoch funktionierte er tadellos.

    Fazit: Es dauert schon etwas, bis was passiert.
    Hast den Artikel scheinbar nicht aufmerksam genug gelesen. Am besten nochmal lesen!
  3. benutzerbild

    Jorel

    dabei seit 04/2020

    Hast den Artikel scheinbar nicht aufmerksam genug gelesen. Am besten nochmal lesen!
    Scheinbar ist richtig.
  4. benutzerbild

    Dreinulleins

    dabei seit 05/2021

    Ahnungslose gibt es überall.
    Modellbauer MIT Ahnung laden ihre Akkus unter Aufsicht und/oder in einem sicheren Behälter (z.B. Ton-Blumentopf) und transportieren sie in eigens dafür geschaffenen Koffern.
    👍
  5. benutzerbild

    Dreinulleins

    dabei seit 05/2021

    Scheinbar ist richtig.
    Welche Differenz zwischen dem Akku des Guide und der Aussage im Artikel stellst Du fest?

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