Ohne Lithium-Batterie kein Pedelec-Hype. Der heutige Entwicklunsstand der Pedelecs wäre ohne den Entwicklungssprung von (...)
 

 
(...) schweren Blei-Batterien hin zu den heute üblichen, leistungsfähigen Lithium-Batterien nicht möglich gewesen. Blei-Akkus waren noch bis Anfang der 1990er Jahre normal und werden in Ländern wie China immer noch gern verwendet. Sie sind schwer, aber billig und unkompliziert, wenn auch meist etwas kurzlebig. Lithium-Batterien zeichnet ihre hohe Energiedichte aus. Diese macht sie gleichzeitig aber anfällig für Konstruktionsfehler, die explosive Folgen haben können.
Generell gilt in der Batterieentwicklung folgender Grundsatz: Eine Erhöhung der Kapazität und des Entladestroms erfordern immer einen intensiveren chemischen Prozess in der Batterie. Die daraus resultierende höhere Leistung kann sich leider auch negativ bemerkbar machen. Dann, wenn es zu unkontrollierbaren Prozessen kommt.
Um zu wissen, welche Batterien sicher sind, braucht es Sachkenntnis und vor allem Kennzeichnung wie das UN-T-Zertifikat oder BATSO. Nur mit BATSO-Aufkleber können Kunden, Händler und Hersteller auf den ersten Blick erkennen, ob der Akku geprüft ist oder nicht.

Explosive Mischung
Batterien an sich sind ungefährlich. Riskant wird es erst, wenn es zum Kurzschluss oder einer anderen abnormalen Situation kommt. Hier reagieren Blei- und Lithium-Akkus unterschiedlich heftig.
Eine kurzgeschlossene Bleibatterie wird warm und bringt die Verbindung zwischen Plus- und Minuspol zum Glühen. Befindet sich kein brennbares Material in der Nähe, war es das dann schon.
Viele Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion) sind weniger resistent gegenüber einer solchen Stresssituation. Die Li-Ion-Zelle hat eine wesentlich höhere Energiedichte als eine Bleizelle. Diese Energie ist dafür verantwortlich, dass im Fall eines Kurzschlusses auch wesentlich mehr Energie schlagartig freigesetzt wird. Im Gegensatz zur Zelle aus der Bleibatterie, die relativ träge reagiert und die gespeicherte Energie lediglich durch starke Erhitzung der Batterie freisetzt, erfolgt dieser Vorgang bei der Li-Ion-Zelle so schlagartig, dass es zu Explosionen kommen kann.

Dabei exlodiert nicht die Zelle selber. Stattdessen handelt es sich meist um ein explosionsartiges Abbrennen von Gasen, die sich durch die chemische Reaktion in der Zelle gebildet haben und durch ihren Überdruck schlagartig ausgetreten sind. Da diese Gase nicht nur giftig, sondern auch hoch entzündlich sind, entzünden sie sich an der heißen Batterie und brennen ab. Das in der Zelle enthaltene Lithium ist selber ein sehr heiß brennendes Metall. Dadurch brennen dann nicht nur die Gase, sondern auch das Material, aus dem die Batterie zu großen Teilen besteht: das Lithium. Um korrekt zu sein, brennen eigentlich die in einer wieder aufladbaren Lithium-Batterie vorhandenen Lithiumsalze.

Risikomanagement
Lithium-Batterien sind aus vielen kleinen Zellen zusammengesetzt. Das Problem für diese Batterien besteht darin, zu verhindern, dass die Li-Ion-Zellen sich gegenseitig untereinander kurzschließen. Das kann passieren, wenn z.B. eine Zelle fast voll geladen, eine andere aber tiefenentladen ist. Tiefenentladene Li-Ion- Zellen wechseln ihre Polarität, so dass es dann unweigerlich zu einem Kurzschluss kommt, wenn die Zellen in herkömmlicher Art, wie z.B. bei einer Autobatterie, miteinander verbunden wären.
Diese unerwünschten Kurzschlüsse werden von den Konstrukteuren dadurch verhindert, dass die Batterien mit einem Battery-Management-System (BMS) ausgestattet werden. Das BMS ist eine speziell konstruierte Elektronik und verhindert ungleichmäßiges Laden und Entladen der in einer Li-Ion-Batterie enthaltenen Zellen und damit den Kurzschluss einer Einzelzelle mit den oben beschriebenen fatalen Folgen. Gleichzeitig wird in fast allen bekannten Batterien an mehreren Stellen die Temperatur an den Zellen gemessen. Um diese Temperaturen bei hoch belasteten Batterien nicht zu sehr ansteigen zu lassen, werden die Zellen in der Regel so verbaut, dass sie keinen direkten Kontakt miteinander haben, sondern durch vorhandene Zwischenräume eine gewisse Luftzirkulation und Isolation zwischen den Zellen gegeben ist.

Sicherheit in Transport und Gebrauch
Nach der Einführung der ersten Li-Ion-Batterien Anfang der 90er Jahre ereigneten sich die ersten Unfälle. Die Vereinten Nationen (UNTD) im schweizerischen Genf stuften diese Batterien weltweit als Gefahrgut der Stufe 9 ein, wenn sie je Einheit mehr als 100 Wh Energieinhalt haben.
Um die Transportsicherheit der Batterien zu gewährleisten, wurde von der UNTD ein Prüfstand entwickelt und verabschiedet, der weltweit für einen sicheren Transport der Li-Ion-Batterien sorgen soll. Dieser Test wird als UN-T, für United Nations Transportation Test, abgekürzt. Batterien, die danach getestet werden, erhalten in der Regel ein Prüfzertifikat eines international anerkannten Labors, welches die Konformität mit den UN-T-Anforderungen bestätigt.

UN-T prüft den sicheren Transport, aber leider nicht die sichere Benutzung mit all den möglichen Folgen eines Unfalls oder einer Fehlbehandlung, z.B. Überladung durch ein falsches Ladegerät. Frühe Großversuche mit vielen Testrädern bei der Deutschen Post AG ergaben die Notwendigkeit, ein Prüfverfahren zu entwickeln, das auch die Sicherheit bei der Benutzung der Batterie überprüft und kenntlich macht. Batterien, die den UN-T erfolgreich bestanden haben und so nachweislich beim Transport in der geprüften Verpackung als sicher gelten, können trotzdem in der Benutzung gefährlich sein.
Das Vorhandensein eines UN-T Zertifikats für die Batterie muss Händlern und Verbrauchern nicht durch eine spezielle Markierung angezeigt werden. Leider ist deshalb davon auszugehen, dass es auch heute noch im Markt befindliche Batterien gibt, die nicht einmal einen UN-T-Test bestanden haben, obwohl dies seit 2003 in Deutschland verbindlich vorgeschrieben ist.
Nach langer Vorarbeit durch Spezialisten aus beteiligten Firmen und Prüfinstituten unter der Leitung des ExtraEnergy-Vorsitzenden Hannes Neupert und des Batteriechemikers Dr. Mo-Hua Yang, konnte im Jahr 2007 der BATSO-Standard (BATSO = Battery Safety Organization) für die Benutzungssicherheit von Batterien verabschiedet werden. Der Standard wird nun über den im April 2011 gegründeten BATSO e.V. weiter entwickelt, verwaltet und interessierten Prüfinstituten zugänglich gemacht. Zu den Erstmitgliedern des BATSO e.V gehören u.a. der TÜV Rheinland und das ITRI, ein staatliches Technologieforschungsinstitut aus Taiwan. Diese beiden Mitglieder haben neben dem ExtraEnergy e.V intensiv an der Entwicklung des Standards mitgearbeitet.

Bei den Pedelec-Herstellern findet dieser Verbraucherschutz zunehmend Zustimmung, kommt er doch auch der eigenen Haftungssicherheit zu Gute. Erste Batterien haben die Prüfung erfolgreich absolviert und eine größere Anzahl weiterer Akkus verschiedener Hersteller befinden sich kurz vor dem Abschluss der Prüfung. Die Sicherheit der einzelnen Akkus, die durch eine erfolgreich absolvierte BATSO-Prüfung dokumentiert ist, ist durch den BATSO-Aufkleber auf der Batterie für den Käufer eines Pedelecs einfach zu erkennen. Die Echtheit der Zertifizierung ist auf der TUV.com -Seite festzustellen, auf der bisher alle gültigen BATSO Zertifikate gelistet werden.

>> tuvdotcom.com

Weitere Artikel zum Thema Batteriesicherheit finden Sie im Pedelec und E-Bike Magazin Nr. 4.

>> Magazin Nr. 4

Text: Peter Gutzeit
Bild: Hannes Neupert

Online Publikation: Angela Budde

Datum: 20. Dezember 2011