Unter Thermal Runaway versteht man bei einem Akku einen gefährlichen thermischen Ausnahmezustand. Dabei erwärmt sich eine Akkuzelle nicht nur normal durch Belastung, sondern die Temperatur steigt durch innere chemische Reaktionen immer weiter an. Es entsteht eine Art Kettenreaktion, bei der zusätzliche Wärme freigesetzt wird und die Zelle sich selbst weiter aufheizt.
Besonders bei Lithium-Ionen-Akkus ist Thermal Runaway ein wichtiges Sicherheitsthema. Moderne Akkuzellen sind zwar bei richtiger Verwendung sehr leistungsfähig und zuverlässig, reagieren aber empfindlich auf falsche Behandlung, starke Überlastung oder Beschädigung. Wird eine kritische Temperatur oder ein kritischer Betriebszustand erreicht, kann die Zelle instabil werden.
Wie entsteht Thermal Runaway?
Thermal Runaway kann entstehen, wenn eine Akkuzelle über ihre sicheren Betriebsgrenzen hinaus belastet wird. Mögliche Auslöser sind zum Beispiel Überladung, Tiefentladung mit anschließendem falschem Laden, ein interner oder externer Kurzschluss, mechanische Beschädigung, falsche Ladegeräte, zu hohe Umgebungstemperaturen oder eine fehlerhafte Schutzschaltung.
Wenn die Zelle dadurch stark überhitzt, können im Inneren Reaktionen beginnen, die weitere Wärme erzeugen. Dadurch steigt die Temperatur weiter an. Dieser Prozess kann sich beschleunigen und im ungünstigen Fall nicht mehr von selbst stoppen. Genau dieser selbstverstärkende Ablauf wird als Thermal Runaway bezeichnet.
Was kann bei Thermal Runaway passieren?
Bei einem Thermal Runaway können verschiedene sicherheitskritische Folgen auftreten. Die Zelle kann sehr heiß werden, Gas bilden, sich aufblähen, Elektrolyt austreten lassen oder über ein Sicherheitsventil Druck abbauen. Im schweren Fall kann es zu Rauchentwicklung, Brand oder zum Bersten der Zelle kommen.
In einem mehrzelligen Akkupack ist das besonders kritisch, weil eine überhitzte Zelle auch benachbarte Zellen erhitzen kann. Dadurch besteht die Gefahr, dass sich der Fehler auf weitere Zellen im Pack ausbreitet. Deshalb sind ein sauberer Zellaufbau, passende Isolierung, geeignete Schutztechnik und eine fachgerechte Verarbeitung besonders wichtig.
Ist jede Erwärmung eines Akkus ein Thermal Runaway?
Nein. Ein Akku kann sich bei normaler Nutzung leicht erwärmen, besonders bei hoher Belastung oder beim Laden. Das ist nicht automatisch ein Thermal Runaway. Kritisch wird es, wenn die Temperatur ungewöhnlich stark ansteigt, der Akku heiß wird, sich aufbläht, riecht, zischt, raucht oder sichtbare Schäden zeigt. In solchen Fällen sollte der Akku nicht weiter verwendet oder geladen werden.
Wie kann Thermal Runaway vermieden werden?
Das Risiko lässt sich deutlich reduzieren, wenn Akkus richtig ausgelegt, geladen und verwendet werden. Dazu gehören passende Ladegeräte, geeignete Schutzschaltungen, ein Batteriemanagementsystem bei mehrzelligen Packs, hochwertige Zellen, korrekte Isolierung, ausreichende Stromreserven und der Betrieb innerhalb der zulässigen Temperatur- und Spannungsgrenzen.
- Nur passende Ladegeräte verwenden, die zur Akku-Chemie und Zellanzahl passen.
- Überladung und Tiefentladung vermeiden, besonders bei Lithium-Akkus.
- Akkus nicht mechanisch beschädigen, quetschen, öffnen oder durchstechen.
- Beschädigte oder aufgeblähte Akkus nicht weiter verwenden.
- Akkupacks fachgerecht aufbauen lassen, inklusive Isolierung, Zellverbindung und Schutztechnik.
Fazit
Thermal Runaway ist eine gefährliche Überhitzungsreaktion im Akku, bei der sich die Zelle durch innere chemische Prozesse selbst weiter erhitzt. Auslöser können Überladung, Kurzschluss, Beschädigung, falsches Laden oder starke Überlastung sein. Bei fachgerechter Auslegung, passender Schutztechnik und richtiger Nutzung lässt sich das Risiko deutlich verringern.