Warum überhitzen Batterien und wie kann man sie vermeiden?

Eine Überhitzung des Akkus beeinträchtigt die Geräteleistung. Lebensdauer, und Sicherheit. Da Batterien Geräte von Smartphones bis hin zu Elektrofahrzeugen antreiben, ist es wichtig, die Ursachen von Überhitzung zu verstehen und sie zu verhindern. In diesem Artikel werden die Mechanismen, Folgen und Präventionsstrategien einer Batterieüberhitzung behandelt, um Benutzern einen effektiven Umgang mit Batterien zu erleichtern.

Was ist eine Batterieüberhitzung?

Eine Überhitzung des Akkus tritt auf, wenn seine Temperatur den Wert überschreitet sicheren Betriebsbereich. Jede Batterie hat eine optimale Temperatur für effiziente und sichere chemische Reaktionen. Oberhalb dieser Grenze werden die Reaktionen instabil, was zu Leistungseinbußen und Sicherheitsrisiken führt.

Überhitzung ist gefährlich, da steigende Temperaturen chemische Reaktionen beschleunigen, wodurch mehr Wärme entsteht und die Temperatur weiter ansteigt. Diese positive Rückkopplungsschleife kann schnell eskalieren, wenn sie nicht bewältigt wird, und zu gefährlichen Bedingungen führen.

Folgen einer Batterieüberhitzung

Eine Überhitzung der Batterie beeinträchtigt Leistung und Sicherheit auf verschiedene Weise:

• Leistungseinbußen: Hohe Temperaturen beschleunigen die Batteriealterung, verringern die Kapazität und verkürzen die Laufzeit. Temperaturen über 25 °C können die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Akkus verkürzen.
• Thermal Runaway (TR): Überhitzung kann TR auslösen, wobei steigende Temperaturen zu einem weiteren Hitzestau führen, der möglicherweise zu Bränden oder Explosionen führt.
• Physischer Schaden: Anhaltende Hitze kann innere Strukturen irreversibel schädigen und zu Schwellungen führen. Leckageoder Verformung und Beeinträchtigung der Batterieintegrität.
• Reduzierte Effizienz: Überhitzte Batterien haben einen höheren Innenwiderstand, was zu einem langsameren Ladevorgang und einer kürzeren Nutzung führt.

Ursachen für Batterieüberhitzung

Der Schlüssel zur Vorbeugung ist es, zu verstehen, was Überhitzung auslöst. Zu den Hauptursachen gehören:

• Schnelles Laden oder Überladen: Das Laden über die Akkuspezifikationen hinaus erzeugt übermäßige Hitze.
• Hohe Umgebungstemperaturen: Äußere Wärme, wie Sonnenlicht oder heiße Fahrzeuge, schränkt die Wärmeableitung ein.
• Schlechter Batteriezustand oder schlechtes Design: Alte, beschädigte, minderwertige Batterien oder Herstellungsfehler erhöhen den Innenwiderstand und die Hitze.
• Übermäßiger Strombedarf: Hohe Ströme durch anspruchsvolle Aufgaben (Gaming, Streaming, Elektrowerkzeuge) belasten den Akku.
• Unzureichende Belüftung: Ein begrenzter Luftstrom verhindert eine ordnungsgemäße Kühlung.
• Batteriemanagementsystem (BMS-)Fehler: Ein fehlerhaftes BMS kann Temperatur oder Strom nicht regulieren, was zu unsicheren Bedingungen führt.

Symptome einer Batterieüberhitzung

Verminderte Lade- oder Entladeeffizienz

Das Erkennen von Überhitzungszeichen ermöglicht ein rechtzeitiges Eingreifen, bevor ein Schaden entsteht.

Verformung oder Schwellung

Durch Überhitzung erhöht sich der Innendruck, wodurch sich das Batteriegehäuse ausbeult oder verformt. Dies weist auf schwerwiegende interne Probleme hin und erfordert sofortige Aufmerksamkeit.

Geruch oder Rauch

Ein brennender Geruch oder Rauch weist auf einen inneren Zusammenbruch oder ein Brennen hin. Handeln Sie sofort, da diese häufig gefährlichen Zuständen vorausgehen.

Ungewöhnlich hohe Temperatur

Übermäßige Hitze, die dazu führt, dass sich die Batterien unangenehm anfühlen, weist eindeutig auf eine Überhitzung hin und sollte nicht ignoriert werden.

Verminderte Lade- oder Entladeeffizienz

Eine verkürzte Laufzeit oder ein langsamer Ladevorgang deuten darauf hin, dass die Chemie des Akkus durch Überhitzung geschädigt und die Leistung beeinträchtigt wurde.

Vergleich der Überhitzungssymptome verschiedener Batterietypen

So verhindern Sie eine Überhitzung der Batterie

Proaktive Maßnahmen reduzieren das Überhitzungsrisiko:

• Verwenden Sie vom Hersteller empfohlene Ladegeräte, um Spannungsunterschiede und übermäßige Hitze zu vermeiden.
• Bewahren Sie die Geräte bei einer Temperatur zwischen 20 °C und 25 °C (68 °F–77 °F) auf. Vermeiden Sie direkte Sonneneinstrahlung und heiße Fahrzeuge.
• Sorgen Sie für eine ausreichende Belüftung, indem Sie die Luftzirkulation rund um die Geräte aufrechterhalten, insbesondere während des Ladevorgangs, und die Lüftungsschlitze regelmäßig reinigen.
• Trennen Sie Geräte, wenn sie vollständig aufgeladen sind, und vermeiden Sie eine intensive Nutzung während des Ladevorgangs, um die Hitzeentwicklung zu minimieren.
• Verwenden Sie Batteriemanagementsysteme, die die Temperatur überwachen. Erwägen Sie zusätzliche Sensoren für kritische Anwendungen.
• Überprüfen Sie die Batterien regelmäßig auf Beschädigungen, reinigen Sie die Anschlüsse und halten Sie die Firmware für ein optimales Wärmemanagement auf dem neuesten Stand.

Umgang mit Batterieüberhitzung

Wenn es zu einer Überhitzung kommt, gehen Sie wie folgt vor:

1. Trennen Sie das Gerät sofort von der Stromversorgung, um die Wärmeentwicklung zu stoppen.

2. Bringen Sie die Batterie an einen nicht brennbaren, gut belüfteten Ort, entfernt von brennbaren Stoffen.

3. Lassen Sie den Akku auf natürliche Weise bei Raumtemperatur abkühlen; Vermeiden Sie schnelles Abkühlen wie im Kühlschrank.

4. Laden Sie das Gerät erst wieder auf, wenn es vollständig abgekühlt und überprüft wurde.

5. Auf Schwellung, Undichtigkeit oder Beschädigung prüfen; Bei Beschädigung nicht wiederverwenden.

6. Bei erheblicher Überhitzung oder sichtbaren Schäden wenden Sie sich an einen Fachmann.

7. Beschädigte Batterien gemäß den örtlichen Vorschriften entsorgen; Werfen Sie sie aus Sicherheitsgründen niemals in den normalen Müll.

Bei welchen Batterien ist die Wahrscheinlichkeit einer Überhitzung höher?

Nicht bei allen Batterien besteht das gleiche Überhitzungsrisiko.

18650 zylindrisches NCM und LCO Lithium-Ionen-Batterien sind aufgrund ihrer energiedichten Bauweise besonders empfindlich gegenüber Überhitzung, insbesondere bei hoher Leistung oder Hitze.

LFP -Batterien (Lithium -Eisenphosphat) sind thermisch stabiler und weniger anfällig für Überhitzung, können aber unter extremen Bedingungen dennoch überhitzen.

Auch großformatige prismatische Batterien, wie sie in Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommen, können aufgrund ihrer Größe und Energiedichte ohne ausreichende Kühlung überhitzen.

Warum erhitzen sich ungenutzte Batterien?

Batterien können auch bei Nichtgebrauch Wärme erzeugen, weil:

• Interne chemische Reaktionen: Langsame Selbstentladung erzeugt mit der Zeit Wärme.
• Mikrokurzschlüsse: Interne Fehler oder Verschlechterungen verursachen Kurzschlüsse und Hitze.
• Hochtemperaturlagerung: Wärme beschleunigt die Selbstentladung und den Aufbau.
• Alterungsbedingter Abbau: Ältere Batterien haben einen höheren Widerstand und erzeugen auch bei geringer Aktivität mehr Wärme.

Beeinflussen Batterien unterschiedlicher Größe die Wärmeableitung?

Die Größe der Batterie hat großen Einfluss auf die Wärmeableitung.

Größere Batterien leiten die Wärme weniger effizient ab, da die Wärme des Kerns einen weiteren Weg zurücklegen muss, was zu höheren Innentemperaturen führt.

Forschung zeigt, dass Batterien mit größeren Durchmesser-zu-Höhe-Verhältnissen (D/H) aufgrund der größeren Oberfläche für eine bessere Wärmeableitung niedrigere Temperaturen und kleinere Wärmegradienten aufweisen. Dies erklärt, warum große Batteriepakete, wie sie in Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommen, aktive Kühlsysteme benötigen, während kleinere Smartphone-Batterien eine passive Kühlung nutzen.

Beim Batteriedesign müssen sowohl die Wärmeerzeugung als auch die Wärmeableitung berücksichtigt werden, um sichere Temperaturen aufrechtzuerhalten.

Abschluss

Eine Überhitzung der Batterie ist ein ernstes Problem. Das Erkennen der Ursachen und Symptome hilft Benutzern, dies zu verhindern und sicher mit Batterien umzugehen.

Durch einen sorgfältigen Umgang mit Batterien und die Einhaltung von Temperaturgrenzen können wir tragbare Energie genießen und gleichzeitig Risiken minimieren.