Gastkommentar

Lithium-Ionen-Batteriespeicher – Sicherheit geht vor!

04.04.17 | Redakteur: Thomas Kuther

Dr. Olaf Wollersheim verantwortet als Leiter des Technologiezentrums Solarwatt Innovation die Weiterentwicklung des Heimspeichers MyReserve.
Dr. Olaf Wollersheim verantwortet als Leiter des Technologiezentrums Solarwatt Innovation die Weiterentwicklung des Heimspeichers MyReserve. (Bild: www.Ben-Gierig.de)

Lithium-Ionen-Speicher sind enorm leistungsfähige Systeme, deren sicherer Betrieb von den Herstellern jedoch immenses Forschungs- und Entwicklungs-Knowhow erfordert.

Batteriespeicher werden einen entscheidenden Beitrag zum Gelingen der Energiewende leisten. Denn sie ermöglichen die Nutzung des selbst erzeugten, grünen Stroms auch dann, wenn die Sonne nicht scheint.

Doch die Branche ist noch sehr jung: Es ist keine zehn Jahre her, da wurden von einzelnen Anbietern Akkus ohne Beachtung von Sicherheits- oder Qualitätsstandards hergestellt. Da die Qualität dieser Produkte mehr als bedenklich war, entwickelte das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) in Deutschland 2015 gemeinsam mit führenden Industrieverbänden einen „Sicherheitsleitfaden für Lithium-Ionen-Hausspeicher“.

Dieser sollte dem Markt eine Orientierungshilfe hinsichtlich der Sicherheitsanforderungen geben, die unbedingt einzuhalten sind. Seitdem hat sich vieles verbessert – doch nur ganz wenige Hersteller haben bisher durch eine externe Zertifizierung nachgewiesen, dass sie mit ihren Speichern alle Erfordernisse des Leitfadens erfüllen.

Eine moderne Lithium-Ionen-Batterie besteht üblicherweise aus einer Vielzahl einzelner Zellen. Die Betriebsgrenzen, innerhalb derer ein Lithium-Ionen-Akku sicher läuft, sind relativ eng und für jeden Zelltyp unterschiedlich. So kann beispielsweise eine Zelle nur bei einer Spannung von etwa 2,7 bis 4,2 Volt sowie in einem Temperaturbereich von rund –10 bis 50 °C sicher betrieben werden.

Steigt die Spannung in der Zelle zu stark an, kann sich der Elektrolyt an der Kathode zersetzen. Dabei entstehen brennbare Gase, die sich entzünden können. Steigt die Temperatur in der Zelle zu stark an, zum Beispiel aufgrund eines internen Kurzschlusses in der Zelle, kann ein Thermal Runaway ausgelöst werden, der nicht mehr aufzuhalten ist.

Doch wie lassen sich diese Horrorszenarien sicher vermeiden? Ein hohes Sicherheitsbewusstsein in den Köpfen der Hersteller muss entlang des gesamten Produktentwicklungs- und Fertigungsprozesses dafür sorgen, dass alle Systemkomponenten und alle Funktionalitäten höchsten Sicherheitsstandards genügen.

Dies beginnt schon bei der Wahl der geeigneten Batteriezelle: Diese müssen beispielsweise einen niedrigen inneren Widerstand und eine hohe intrinsische Sicherheit aufweisen. Sie dürfen nur aus Ferti­gungen stammen, die einem ausreichend hohen Qualitätsstandard, wie etwa dem der Automobilindustrie gerecht werden und diesen durch umfangreiche Prozesskontrollen auch nachweisen können.

Neben sorgfältiger Bauteilauswahl muss eine intelligente Steuerung des Systems aktiv verhindern, dass die Batterie des Speichers einen kritischen Zustand erreicht. Funktioniert auch nur eine Zelle innerhalb des Batteriemoduls nicht richtig, muss das Batterie-Managementsystem des Speichers dies erkennen, die Batterie digital „markieren“ und so dafür sorgen, dass sie nie wieder in Betrieb genommen werden kann.

Lithium-Ionen-Speicher sind enorm leistungsfähige Systeme, deren sicherer Betrieb von den Herstellern jedoch immenses Forschungs- und Entwicklungs-Knowhow erfordert. Nur wenn die Sicherheit in jeder Entwicklungsphase des Speichers an erster Stelle steht, können potenzielle Gefahren tatsächlich ausgeschlossen werden.

Auch das Thema Datensicherheit der Speichersysteme muss durch die Hersteller berücksichtigt werden. Denn sollte ein Hacker von außen auf den Speicher zugreifen und Sicherheitsparameter des Batterie-Managementsystems verändern, kann das verheerende Folgen haben.

Dies kann etwa dadurch verhindert werden, indem der Speicher extern nicht erreichbar ist. Soll das System dennoch digital vernetzt sein, dürfen von Seiten der Hersteller nur Protokolle eingesetzt werden, die ausschließlich einen lesenden Zugriff zulassen. So kann verhindert werden, dass die Speicher von außen manipuliert werden.

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