Liosafe – Lithium Akkus sicher Laden und Lagern

Wir haben jahrelange Erfahrung bei Reparatur und Zelltausch von LI-Akkus . Es gibt hunderte versch. Varianten und Überwachungs-Elektroniken und BMS mit sehr unterschiedlicher Qualität, eine echte Sicherheit bezgl. Akkubrand gibt es leider nicht! Wöchentlich gibt es Meldungen über Akkubrände in Wohnhäusern !

Lithiumbrände sind , wegen hoher Temperaturen (>1000 Grad) extrem gefährlich und  kaum zu löschen, wenn sie nicht in einer frühen Phase erkannt und verhindert werden!

Deshalb beherzigen Sie bitte unbedingt folgende Vorsichtsmassnahmen:

  1. Das Laden einer Batterie sollte unter Aufsicht erfolgen, möglichst nicht über Nacht und in Wohnräumen. Statten Sie den Raum mit einem Rauchmelder aus! (wir bieten Ihnen ein Modell mit 10 Jahren Batterielebensdauer für 15 EUR an!)
  2. Lagern Sie den Akku bei niedrigen Temperaturen (Frost) besser innen. Lang anhaltende Kälte/Frost kann den Akku beschädigen. Lagern Sie ihn über längere Zeit in einer trockenen Umgebung (Keller?) , idealerweise mit ca. 60 Prozent Ladung bei ca. 10 Grad. Auf keinen Fall komplett entladen und z.Bsp über Winter in der Garage liegen lassen.
  3. Verformt sich der Akku beim Laden und sieht aufgebläht auf, ist er heruntergefallen oder anderweitig beschädigt, oder wird beim Laden auch nur warm, darf er nicht mehr benutzt werden! (Ausnahme: BionX BMS im Akku wird beim Laden an einer Seite des Akkus etwa 40 Grad warm!)
  4. Lagern Sie Ihren Akku nie über 50 Grad, in der prallen Sonne liegen, im heißen Auto, und verwenden Sie immer nur das Original Ladegerät.
  5. Laden Sie Akkus auf einem Fliesen- oder Betonboden auf. Falls es zu einem Brand kommt, kann sich dort das Feuer nicht so schnell ausbreiten. Bei einem Brand werfen Sie Sand oder eine Brandschutzdecke auf das Feuer – oder werfen Sie den Akku wenn noch möglich in ein Gefäß mit mind. 10L Wasser, aber Vorsicht vor den giftigen Dämpfen/Rauch!

Dennoch kommt es leider in seltenen Fälle zu folgenden Situationen: (Sammlung von dokumentierten Akku Bränden aus den Medien)

(Ebke Akku Selbstentzündung? Sehr selten)

Ebike Akku über Nacht im Wohnraum geladen

Ebike Akku Brand nach techn. Defekt: Mehrfamilienhaus:

Hausbrand-nach-Explosion-Wie-gefaehrlich-sind-E-Bike-Akkus

Eine Aussage hier:“

„Das Löschen sei allerdings schwierig, weil im Akku alles enthalten sei, was das Feuer zum Weiterbrennen brauche. Es genüge daher nicht, dem Feuer den Sauerstoff zu entziehen. „Kühlen mit viel Wasser oder Bedecken mit Sand kann helfen. „

Her ein Beitrag der Versicherungswirtschaft zum Thema:


Warum passiert ein Akkubrand?

Bei einem Akku Brand geht eine Erwärmung der Zellen voraus dies liegt daran dass die elektrische Energie in der Zelle nicht in Ladung sondern in Wärme umgesetzt wird. das kann mehrere Ursachen haben ,  zum Beispiel falsche Behandlung, Betrieb bei Frost , meist vorausgegangene Tiefentladung oder Produktionsfehler („Billig-Zellen).
Eine sehr gute Zusammenfassung über Akkbrände und Löschstrategien.

Wie läuft dies intern ab?

Hier zu den Grundlagen der Lithium Technik: Grundlagen zu Lithium Zelle Technik:
Ist die Isolationsschicht in der Zelle zwischen Anode und Kathode  beschädigt so entstehen mikroskopisch feine Kurzschlüsse zwischen der Anode und Kathode . Der Strom der dann fließt führt zu wiederum noch mehr Erwärmung und noch mehr Kurzschlüssen. Bei dieser Erhitzung einer Akkuzelle wird dann der Siedepunkt des Elektrolyts erreicht, dieses verdampft. Damit wird die gesamte Zelle unter einen hohen Druck gesetzt , bei 18650 Zellen spricht das am Plus pol eingebaute Sicherheitsventil an.  Bei weiterer Erhitzung kann der Elektrolyt  in Brand geraten, denn diese bestehen normalerweise aus Kohlenwasserstoffen, die ähnlich entzündlich und brennbar sind wie Benzin.

Hat die Zelle so  eine von Temperatur von ungefähr >200 Grad übersprungen spricht man von einem „Thermal Runaway“,  das heißt diese Prozesse laufen in einem Kettenreaktionen ab und die Zelle erhitzt sich dabei so stark dass sie wie ein „Silvester Knaller“ explodieren kann. Dadurch wird das Zell Paket aus dem Becher förmlich herausgeschossen und verursacht so in der Wohnung oder In dem Umfeld in dem der Akku steht am meisten Schäden ,weil diese „Brandbombe“ den Brandherd weit verteilt.

Nachbarzellen werden je nach Bauart des Akkus auch soweit erhitzt dass der „Thermal Runaway“ sich durch den ganzen Akku Pack fortsetzt. In der Praxis läuft es so ab dass sich der Akku Brand durch viele kleine Explosionen immer weiter verstärkt, immer heißer wird da eine defekte Zelle jeweils die Nachbarzelle soweit beschädigt und aufheizt das auch diese „durchgeht“. Der Brand hält dann solange an, bis alle Zellen ausgebrannt sind, oder eben diese Kettenreaktion durchbrochen wird (Lio-SAFE!)

Eine etwas andere , seltenere Konstellation kann hier auch entstehen, in der eine größere Explosion beschrieben wird , so wie in einem Video oben beschrieben:   in einem geschlossenen Raum hat sich eine Menge des verdampften Elektrolyts angesammelt, das aber nicht wie bei einem Akkubrand jeweils pro Zelle entzündet hat, sondern sich im Raum ansammelt. Kommt es nun zu einer Stichflamme einer durchgehenden Zelle, kann sich diese Gasmenge ebenfalls komplett entzünden und eine Druckwelle auslösen.

Entscheidend ist für diesen Effekt des „Thermal Runaway“ ist der Ladezustand der Zellen, das heißt wie viel elektrische Energie jeweils in den Zellen steckt. Je mehr Energie dort gespeichert ist desto heißer und größer entwickelt sich der Brand, da diese Energie dann in sehr kurzer Zeit auf einen Schlag frei wird.

Außerdem spielt eine entscheidende Rolle, wie die Zellchemie beschaffen ist, also wurde Sie 1. für große Ladungsspeicherung optimiert, für hohe Ströme (besonders poröse Anode=große Oberfläche, geringen Innenwiderstand), oder wurde die Zelle auf sicheren Betrieb ausgelegt? (das letztere ist übrigens leider selten der Fall – Die Hersteller wäheln Zellen die optimiert sind Bezgl. WH/Eur, also Kapazität pro Preis)

Wie kann er bekämpft werden?

Das Löschen eines Akku Brands das heißt eines Metall Brandes mit Temperaturen von über 1.000 Grad ist gar nicht so einfach. Aktuelle Artikel zeigen dass die Feuerwehr oft überfordert ist und keine Erfahrung mit diesem Art von Bränden hat und teilweise dieses Akkus einfach ausbrennen lässt.
Sehr gefährlich ist hier auch der Rauch denn bei Zersetzungsprozessen kann auch die gefährliche Fluss-Säure entstehen!

Hauptaussage ist das Wasser das einzige uns beste Mittel ist, da es  die höchste Kühlwirkung hat um die Kettenreaktion abzubrechen:

Bei KFZ Bränden lässt die Feuerwehr diese meist einfach ausbrennen, was gut 1- 2 Tage dauern kann. Da diese Hochhvolt Akkus sich auch sehr spontan wieder neue entzünden können wird das  Fahrzeug nach oder während dem Brand in einem riesigen Container mit Löschwasser gekippt, um den Akku ausreichend herunter zu kühlen und damit die Kettenreaktion unterbrochen wird. Selbst bei späterem internen Kurzschluss einer Zelle kann der Brand dann nicht wieder neu aufflammen.

Es ist mir ein Bedürfnis hier eine Lösung anzubieten, die ich auch selbst verwende, und die einen echten Mehrwert für alle Ebike Besitzer bietet und einen Schutz bei geringsten Kosten darstellt.

Seltsamerweise ist auf diese Produktidee bisher niemand gekommen, es stellt aber meiner Meinung nach die einzige Lösung dar, die den Akku nicht einfach ausbrennen lässt, sondern den beginnenden Brand aktiv bekämpft!

Holger Lang, Ebike Workshop Munich UG

Die Lio-Safe Akku Box

Merkmale der Lösung:

  • Mehrere Sicherheitsstufen, die hier nacheinander eingreifen;
    • Flammschutz durch stabilen, temperaurfesten Stahlbehälter
    • Enthaltener Rauchmelder
    • Explosionsfest durch Entlüftungsschlitz unter dem Deckel
    • Automatische Löschung durch Schmelzsicherung und Wasserbad (Patent Prüfung läuft)
  • Rein passive Komponenten; (kein Anschluss an Stromnetz)
  • Bewährte erprobte Komponenten aus Massenfertigung ermöglichen günstigen Preis bei höchster Sicherheit.

Lio-SAFE gibt es in 2 Varianten, den Basis-Schutz oder das „Rundum Paket“ für Akku Pflege:

Basis Variante

Stabile Stahl-Munitionskiste wird aufbereitet und wiederverwendet (Nachhaltigkeit!), und bietet optimalen Schutz vor Ausbreitung des Brandes ! Nur der Akku wird in der Box auch dauerhaft gelagert und geladen, das Ladegerät bleibt ausserhalb.

  1. Akkuladekabel wird an Steckdose angeschlossen,
  2. Akku wird in Akkuschale in der Box gelegt,
  3. Ladekabel wird über Gummilasche am Deckel nach außen geführt.

Die Ladeschale für den Akku wird über eine Schmelzsicherung gehalten.
Die Schmelzsicherung bleibt im Normalfall stabil verschlossen und garantiert eine sichere Lagerung des Akkus in der Wanne über Jahre.

  • Findet eine Rauchentwicklung in der Box statt, und entspr. Gase und Temperatur erzeugt, spricht der angebaute Rauchmelder mit  Piezo-Signalgeber (>85 dB im 3 m Abstand) und Status-LED an. (optional Anbindung an Smartphone und Vernetzung der Rauchmelder über Homematic System)
  • Erreicht das innere der Box >60 Grad , liegt innerhalb des Akkugehäuses die Temperatur viel höher, einzelne Zellen sind schon am entzünden, der Akku ist hier bereits nicht mehr zu retten und hat sich in eine gefährliche Brandbombe verwandelt. Um  einen „Thermal runnaway“ zu verhindern,  muss  der  Akku sofort vollständig mit Wasser geflutet werden, um die Explosion einzelner Zellen in einer eine Kettenreaktion zu verhindern!! (siehe Akkubrand). Die Aufhängung des Akkus besteht aus einer Schmelzsicherung, dieser löst bei >60 Grad aus und  versenkt bei beginnendem Akkubrand den Akku sofort im Löschwasser — Der Akkubrand wird in einem frühen Stadium verhindert, die Zellen gekühlt.
     
  • Im Falle einer Explosion funktioniert der Deckel der Box als Brandschutzklappe, ein Schlitz rings um den Deckel ermöglicht das entweichen einer Druckwelle in der Box. (Im Falle eines „Thermal runaway“ ist jedoch mit keiner größeren Explosion zu rechnen, nur einzelne Zellen können bersten, und geringen Überdruck auslösen)

3D Darstellung des Innenlebens der Box:

Hier der Flyer zur Lio-SAFE Akku Box: Herunterladen

Darüber entwickeln wir gerade noch eine zweite Ausbaustufe, die:
 

Premium Variante

  • Deckt auch noch die langfristige Lagerung und Überwachung des Akkus optimal ab:
     
  • Die Box wird ans Stromnetz angeschlossen.
  • Display an der Box  zeigt permanent Ladenenergie , Status und Ladedauer an. Auch Datenübermittlung an Handy-APP Benachrichtigung beim beenden des Ladevorgangs.
  • Akku wird bei Langzeit Lagerung  automatisch alle 6 Wochen nachgeladen (Programmierbar)
  • Akkutemperatur wird Infrarot Thermometer aufgezeichnet und Überwacht, noch frühere Auslösung der Schutzschaltungen möglich.  Leistungsaufnahme der Box ohne Ladebetrieb nur ca.1W.
  • Akku Box wird an das Home Automation System angeschlossen.
  • Alarmsystem informiert ggf. aktiv den Besitzer und/oder Betroffene weltweit (per SMS, Anruf, WLAN auf Mobile App usw.. Über Home Automation System).

Vergleich mit anderen Lösungen (Marktrecherche)

Bei keiner der vorhandenen Lösungen wird versucht, den Akkubrand zu löschen. Brennt der Akku komplett aus, wird ein vielfaches an Temperatur, Druck und Explosionsenergie freigesetzt!
Hier ein paar Produkte mit unserem Kommentar dazu

Vergleichsvideo versch. Lösungen:

  • Standard Munitionskiste: Hohen Außentemperatur , das fehlender Löschmechanismus;
    Bat-SAFE aus Modellbaubereich: OK, aber zu klein für Ebike Akkus und keine Löschfunktion!

Denios Transportbox

  • Meine Meinung: Hier fehlt der Explosionsschutz, fehlender Rauchmelder, die Kunstoffbox bringt wenig Schutz für die Umgebung,  der Löschmechanismus fehlt, der Akku muss ausbrennen:

CEMO Ladeschrank FWF60

  • Meine Meinung: Keine Explosionsschutz, innen angebrachter Rauchmelder nicht hörbar, extrem schwer (>100kg> und teuer (>2000EUR) ,,  der Löschmechanismus fehlt, der Akku muss ausbrennen

Bat-Safe:

  • Meine Meinung: Über 222WH austritt der Flammen, kein wirksamer Schutz; für kleiner Akkus gut geeignet. Günstig! (ca.60 EUR) . Kein Löschversuch, Akku muss ausbrennen.

Bat-Safe XL: Größere Variante bis 700WH

  • Meine Meinung: Kein Löschen, Akku muss ausbrennen.  Bestes Preis/Leistungsverhältnis vorhandener Lösungen.

ZARGES K470 Battery Box (Akku-Safe).

  • Meine Meinung: Keine Löschversuch, nur ausbrennen; Dünnwandige Alu Box hält Explosionen kaum Stand, hoher Preis

Präventivbox für Lithium Akkus

  • Meine Meinung: Solider Aufbau, Warnsystem, Brandschutzklappe, aktive Kühlung des Ladegeräts, Sehr Teuer; Kein Löschvorgang. Flammen können bei Überdruck austreten, eingeschränkter Schutz.