Bei extremen Temperaturen fragen sich viele, ob die Batterien von Elektrofahrzeugen überhitzen und Brände auslösen könnten.

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Thermomanagement für Batteriezellen Wieso Elektroautos bei Rekordhitze nicht brennen

16.08.2019

Über brennende Elektroautos wird in den Medien immer wieder berichtet. Angesichts des heißen Sommers 2019 steht die Frage im Raum, ob E-Autos bei diesen Rekordtemperaturen in Flammen aufgehen könnten. Boris Schilder, Professor für Thermodynamik und Strömungslehre, erklärt, warum das nicht der Fall ist und er Brände bei Autos mit klassischen Motoren sogar für wahrscheinlicher hält.

Boris Schilder ist Professor für Thermodynamik und Strömungslehre und hat bereits Thermomanagementsysteme für die Autoindustrie entwickelt. „Lithium-Ionen-Batteriezellen, die Standard sind bei aktuellen Elektroautos, sollten in einem Temperaturfenster von circa 15 bis 35 °C betrieben und gelagert werden“, erklärt der Wissenschaftler. „Bei niedrigeren Temperaturen sinkt die Leistung, und der elektrische Widerstand der Batterie steigt an. Dadurch verringert sich die Reichweite des Elektroautos.“

Bei Temperaturen oberhalb von 35 °C reduziere sich dagegen die Lebensdauer von Batterien, so Schilder weiter. Die Lösung: Thermomanagementsysteme, die kühlen und häufig auch heizen können. Sie sorgen in Elektroautos dafür, dass die Batterietemperatur im oben genannten Temperaturfenster gehalten wird. „Sicherheitskritisch werden erst Batterietemperaturen im Bereich ab circa 130 °C“, sagt Schilder. „Bei diesen Temperaturen können Kurzschlüsse und/oder chemische Reaktionen auftreten und Brände ausgelöst werden.“

Aus diesen Gründen besteht keine Brandgefahr

Laut dem Experten für Thermodynamik geraten Elektroautos auch bei sehr hohen Außentemperaturen nicht in Brand. Die Gründe dafür nach Schilder:

  • Das Thermomanagementsystem sorgt dafür, dass die Batterietemperatur in einem unkritischen Bereich bleibt. Bei einigen Herstellern arbeitet das System auch bei geparkten Fahrzeugen, hauptsächlich, um die Lebensdauer der Batterie zu verlängern.

  • Selbst wenn kein Thermomanagementsystem die Batterie kühlt, weil entweder keines vorhanden ist oder es versagt, sorgt eine Temperaturüberwachung dafür, dass die sich im Betrieb befindende Batterie abgeschaltet wird, und zwar lange bevor sicherheitskritische Temperaturen erreicht werden.

  • Ist das E-Auto geparkt, befindet sich die Batterie nicht im Betrieb und generiert auch keine Abwärme. Selbst bei sehr hohen Außentemperaturen, Sonneneinstrahlung und ohne aktives Thermomanagement werden innerhalb der Batterie keine sicherheitskritischen Temperaturen von mehr als 130 °C erreicht.

„Elektrofahrzeuge sind relativ sicher, und ich halte einen Brand bei einem Fahrzeug mit konventionellem Antrieb mit Verbrennungsmotor für wahrscheinlicher“, sagt Schilder. „Aufgrund der Neuheit der Technologie stehen Elektrofahrzeuge jedoch stärker im Fokus der Berichterstattung, und einzelne Unfälle fallen daher stärker auf.“ In der Regel würden diese Brände jedoch durch Unfälle, fehlerhafte Batteriezellen, Elektronik- oder Softwarefehler verursacht und nicht durch hohe Außentemperaturen, meint der Wissenschaftler.

Hitze schadet Lebensdauer und Reichweite

Auch wenn durch hohe Umgebungstemperaturen die Sicherheit nicht beeinträchtigt wird, reduzieren sie die Batterielebensdauer und die Reichweite des Elektroautos. Der Energieverbrauch des Thermomanagementsystems und insbesondere der Klimaanlage kann die Reichweite des Elektroautos bei Umgebungstemperaturen von 40 °C gegenüber moderaten Temperaturen von 20 °C im Extremfall um bis zu circa 50 Prozent reduzieren.

Leistungslimitierungen aufgrund hoher Umgebungstemperaturen sind dagegen laut Schilder nicht die Regel. Sie könnten aber bei Elektroautos auftreten, die über ein unzureichendes Thermomanagementsystem verfügen.

Zur Person

Boris Schilder ist Professor für Thermodynamik und Strömungslehre an der Frankfurt University of Applied Sciences (UAS). Einer seiner Arbeitsschwerpunkte ist das Thermomanagement von Fahrzeugen, Batterien, Brennstoffzellen und Elektronik. Zuvor war er beim Autohersteller Opel unter anderem für die Entwicklung von Thermomanagementsystemen für Batterien von Elektroautos zuständig.

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  • Boris Schilder ist Professor für Thermodynamik und Strömungslehre und hat unter anderem Thermomanagementsysteme für Opel entwickelt.

    Bild: Alexander Husenberth, Frankfurt UAS

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