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LifePo4 - Kurzschluß - Was macht was?


bigben24 am 12 Dez 2019 16:18:05

Moinsen,

in den letzten Tagen gab es ein paar Meldungen zu Bränden durch Akkus, u.a. in einem anderen Faden hier im Forum, wo die Ursache noch nicht klar ist. Nach derzeitigen Vermutungen liegt wohl ein Kurzschluß als Ursache nahe. Da macht man sich ja schon ein paar Gedanken, überlegt, sucht und wird trotzdem nicht ganz schlau. Daher stelle ich hier mal meinen, offensichtlich immer noch unzureichenden Kenntnisstand, öffentlich ;-) und stelle ein paar Fragen zum Verständnis, die wahrscheinlich anderen Mitlesern auch etwas mehr Klarheit verschaffen könnten:

Eigentlich betrifft das in Teilen auch Bleiakkus, daher nehme ich darauf auch Bezug.

Also wenn ich einen Kurzschluß erzeuge, z.B. Bleiakku +Pol auf Masse fließ da ein (Kurzschluß-)Strom bis zu 500-1.000A erzeugt Hitze, glüht und wird wohl irgendwie einen Brand erzeugen können. Da ja keine Abschalteinrichtungen da sind, wird das, im Worts Case, so lange gehen, bis der Akku leer ist, richtig?

Bei einem LiFexxx würde ja wohl das Gleiche passieren, oder? - wobei der ja noch ein BMS hat. Ich weiß, das mein System einen Hauptschalter hat, der bei OVP und Kurzschluß (250A Sicherung) abschalten würde, das bezöge sich aber nur auf Verbraucher, die über den HS laufen. Bei einem Flacheisen auf die +/- Pole würde der aber wohl eher nicht helfen. Das BMS regelt die Ladung / Entladung und den Zellenausgleich, man liest aber auch mal, das dieser Zellen "abschalten können" Ist dem so und falls ja, wie funktioniert das? Ich weiß das mein kleinen 18650er Zellen mit PCB das machen, aber beim LiFexxx müsste ja irgendein Schalter da sein, da habe ich aber nichts zu gefunden.
Es mir mir völlig klar, daß ein Schaden durch unkontrollierten Kurzschluß auch stark von der gepeicherten Energie abhängt, aber was genau im Blei/LiFexxx dabei passiert ist dabei noch nicht ganz klar.

Grundsätzlich gelten LiFexxx ja als sehr sicher
Hohe Sicherheit: Aufgrund des festen Elektrolyt und der Zellchemie gelten LiFePO4-Zellen als eigensicher, d. h. ein thermisches Durchgehen und eine Membranschmelzung wie bei Lithium-Ionen-Akkumulatoren gilt als ausgeschlossen

Dem zur Folge, wären LiFexxx Akkus (nach meinem derzeitigen Wissensstand) ja nicht weniger sicher als Bleiakkus, und unter Einbeziehung von BMS und Hauptschalter(Lisunenergy) ggf. sogar noch sicherer als Blei, oder sehe ich das falsch? Das, s.o. was ich nicht beurteilen kann sind Kurzschlußfälle, aber da bin ich mir ziemlich sicher, daß Ihr mir die Erhellung" mal wieder zuteil werden laßt ;-):

Besten Dank schon mal vorab!

Gruß

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Hier findest Du vielleicht schon, was Du suchst: --->Link

Bodimobil am 12 Dez 2019 16:22:51

sieh dir dieses Video an: --> Link

rolfblock am 12 Dez 2019 17:10:36

Bodimobil hat geschrieben:sieh dir dieses Video an: --> Link


In dem Video wird eine nackte Zelle kurzgeschlossen. (Warum stehen eigentlich 2 weitere Zellen unbeteiligt daneben?)

Wenn ich meinen Bootsakku kurzschließe gibt es eine Fehlermeldung und er schaltet sich ab. Zum Wiedereinschalten muss ich ihn ausschalten und einschalten.

Beim E-Bike Akku das gleiche, er schaltet ab. Zum Wiedereinschalten brauch ich kurz ein Ladegerät.

Es fließt in beiden Fällen sehr kurz ein hoher Strom und dann ist Ruhe. Keine Brandgefahr.

MountainBiker am 12 Dez 2019 17:24:16

Hallo,

Es fließt in beiden Fällen sehr kurz ein hoher Strom und dann ist Ruhe. Keine Brandgefahr.


Aber nur wenn die Ausführung der Installation mit den entsprechenden Sicherheitsmaßnahmen und mechanisch korrekt ausgeführt wurde - Ein Lichtbogen nach einem Kurzschluß löscht sich nicht von alleine! Der einzige Unterschied bei der Betrachtung zwischen Bleibatterien Vs. LiFePO4-Batterien ist der mögliche Kurzschlußtrom und der Energieinhalt nach Peukert-Faktor. Der Schaden bzw, das Gefahrenpotential entsteht nicht durch die Technologie die dahintersteht durch den Energieinhalt!

Meine Meinung dazu!

bigben24 am 12 Dez 2019 17:57:15

rolfblock hat geschrieben:
[.......]
Wenn ich meinen Bootsakku kurzschließe gibt es eine Fehlermeldung und er schaltet sich ab. Zum Wiedereinschalten muss ich ihn ausschalten und einschalten.

Beim E-Bike Akku das gleiche, er schaltet ab. Zum Wiedereinschalten brauch ich kurz ein Ladegerät.

Es fließt in beiden Fällen sehr kurz ein hoher Strom und dann ist Ruhe. Keine Brandgefahr.


Eben - aber WAS schaltet wie ab?

Gast am 12 Dez 2019 18:06:05

Hallo Ben, wenn du einen Kurzschluss direkt zwischen den Polen verursachst, gibt es keine Sicherung, dann entsteht dieser berühmt-berüchtigte Lichtbogen, der angeblich schon Finger gekostet haben soll. Wann passiert das? Wenn du Werkzeug drauffallen lässt, wenn das Sitzgestell zu knapp von den Polen entfernt ist, wenn irgendetwas verrutscht, weil es nicht sachgemäß fixiert wurde etc. pp.

Das kann aber bei allen Akkus passen, wenn schlampig und unsachgemäß gearbeitet wurde, das ist nichts LiFePO4-Spezifisches. Lass dich da jetzt nicht verunsichern.

Edit: Wenn ich mich z.B. daran erinnere, wie Hymer die Plus- und Minuspole gesammelt hat, sind die jetzigen von dir verbauten Sammelschiene allererste Sahne.

bigben24 am 12 Dez 2019 18:08:40

egocogito hat geschrieben:[...] Lass dich da jetzt nicht verunsichern.

Nee tue ich ja auch nicht, wollte nur die Bestätigung haben, das das bei allen Akkus so ist :-)

Gruß

hmarburg am 12 Dez 2019 18:25:39

Ich denke, dass die Absicherung der Akkus (unabhängig welche Art und Bauform) durch mehrere Kriterien realisiert werden kann:
- Mechanische Absicherung, der Akku muss ausreichend befestigt sein und darf nicht verrutschen.
- Isolierung, die offenen, stromführenden Teile (z.B. die Anschlusspole) werden durch geeignete Maßnahmen (z.B. Schutzkappen) elektrisch isoliert.
- Elektrische Absicherung durch geeignete, richtig ausgelegte Sicherungen, durch richtig ausgelegte Leitungsquerschnitte und durch schwer entflammbare Isolierungswerkstoffe.
- Fachgerechte Installation der Anschlüsse unter Verwendung des passenden Materials und der passenden Werkzeuge, saubere Leitungsführung mit ausreichender Fixierung.

Gruß, Holger

George67 am 12 Dez 2019 21:31:50

MountainBiker hat geschrieben: - Ein Lichtbogen nach einem Kurzschluß löscht sich nicht von alleine!

Die Frage ist aber, ob 12 V dazu reichen. ca 30 V reichen schon, das musste ich bei meiner Anlage berüksichtigen.
Aber 12 V ?

George67 am 12 Dez 2019 22:07:06

bigben24 hat geschrieben:Nee tue ich ja auch nicht, wollte nur die Bestätigung haben, das das bei allen Akkus so ist :-)


Das ist ein klares Jein.
Die Akkus, die ich verwende, sind 18650er Rundzellen. Eine der ältesten Bauarten von Li-Abkömmlingen.

Die haben bereits 2 Sicherungen eingebaut, eine PTC, die den Akku vor Strom schützt, der ihn überhitzt, ein CID (current interrupt device), die die Zelle intern bei zu hohem Innendruck ( = Überhitzung oder zu hoher Strom) irreversibel abschaltet. Und natürlich die Stahlhülle, die 50 Bar aushalten soll.
Das reicht aber nicht allein zum Schutz des Akkus aus, man muss ein BMS haben, die obigen Sicherheitsmassnahmen sind das letzte "Bollwerk", aber eben zusätzlich.

In einer Sache kann ich allem obigen Gesagten zustimmen - man muss mit Lixxxx Akkus sehr sicherheitsbewusst arbeiten.

hampshire am 12 Dez 2019 22:23:36

Der Kurzschluss ist eine nahezu widerstandslose Verbindung, die dafür sorgt dafür, dass sehr hohe Ströme fließen können. Die Spannung ist dabei fast egal - das mit "bei 12 V nicht so schlimm" ist quatsch - bei einer Starterbatterie können Ströme über 1000 Ampere fließen - genug um einen fetten Schraubenschlüssel anzuschmelzen - geschweige denn Brände zu verursachen.
Eine Kurzschluss-ähnliche Situation entsteht wenn zwei Zellen mit geringem Innenwiderstand (macht man für eine hohe Strom-Lieferfähigkeit) und sehr unterschiedlichen Ladezuständen parallel geschaltet betrieben werden. Auch hier akute Brandgefahr.

Die genannten 18650er sind nicht ohne - es gibt sie mit und ohne BMS. In Verdampfern und Hochleistungssportler-Taschenlampen und Tesla Automobilen werden sie ungeschützt verwendet - die Geräte verfügen dann über das BMS. Bei Geräten aus unbekannter Quelle: hoffentlich.

George67 am 12 Dez 2019 23:11:07

hampshire hat geschrieben:
Die genannten 18650er sind nicht ohne - es gibt sie mit und ohne BMS. In Verdampfern und Hochleistungssportler-Taschenlampen und Tesla Automobilen werden sie ungeschützt verwendet - die Geräte verfügen dann über das BMS. Bei Geräten aus unbekannter Quelle: hoffentlich.


Genau Teslas Zellen haben auch PTC und CID. Zusätzlich den Sicherungsdraht der Verschaltung.
Da wird nix ungeschützt verwendet.

Aus welchen Geräten kommen denn Zellen ohne BMS ?

MountainBiker am 13 Dez 2019 09:00:01

Hallo George67,

Die Frage ist aber, ob 12 V dazu reichen. ca 30 V reichen schon, das musste ich bei meiner Anlage berüksichtigen.
Aber 12 V ?


Zu Deiner Frage, hier die Antwort aus entsprechender Literatur:

Um stabil zu brennen, benötigt ein Lichtbogen eine Mindestspannung von ungefähr 14 V. Der Mindeststrom hängt vom Elektroden-Werkstoff ab und beträgt bei Kupfer und Silber etwa 0,4 A.


Ein voller LiFePO4-Akku sollte das schaffen (während des Ladevorgangs sowieso)!

fschuen am 13 Dez 2019 09:44:13

Ich denke, ein grosser Akku hat einen Kurzschlussstrom von mehreren Kiloampere. Das dürfte einer Leistung im niedrigen zweistelligen kW-Bereich entsprechen, der durchaus einen Brand verursachen kann. Wenn du aber auf die Akkus abzielst, solltest du die elektrische Gefahr aus der Diskussion rauslassen, die ist bei allen gleich.

Jede Batterie hat einen Innenwiderstand, d.h. bei extremer Stromentnahme ausserhalb der Spezifikation wird sie heiss. Irgendwann kann der Behälter beschädigt werden, was bei heisser Schwefelsäure nicht mehr witzig ist. LFP kann platzen, mehr nicht. Andere Lithium-Ionen-Batterien sind fieser: Ab 180° setzen die Metalloxide (Cobalt, Nickel) Sauerstoff frei, und die Zelle reagiert mit sich selbst. Dabei wird ordentlich Hitze frei, und das Ergebnis nennt man "thermisches Durchgehen". Ist nicht wirklich eine Explosion, aber ein Brand, der nicht zu löschen ist. Einzige Ausnahme ist ein Abkühlen der gesamten Zelle unter 180°, indem man das ganze Ding in den Teich wirft. Aus diesem Grund sind Schutzmassnahmen bei Li-Ionenbatterien essentiell wichtig. Dringende Empfehlung an jeden, der leistungsstarke Li-Ionenakkus z.B. aus dem Modellflugbereich zu Hause hat: Immer auf feuerfester Unterlage lagern (Beton-Kellerboden, Fliese etc). Wenn die Hütte abbrennt, ist es ein schwacher Trost, dass man das Womo noch hat. Bei LFP kann das nicht passieren, die sind eigensicher. Deshalb braucht man nicht unbedingt ein BMS, ich hab keins. Ich habe Balancer auf den Zellen, vor Überspannung schützen ordentliche Ladegeräte und bei Unterspannung schalten WR respektive EBL ab. Vor allem gehört eine ordentliche Hauptsicherung an den Pluspol, und abzweigende dünne Kabel - etwa für den Batteriecomputer - gehören separat abgesichert. Ein Kurzschluss direkt an den Zellkontakten, z.B. durch einen eingebrachten Metallgegenstand, wird trotzdem die Batterie zerstören und viel Energie freisetzen. Darum gehört leichtentzündliches Material wie Papier, Pappe oder CDs nicht in die Nähe der Batterie.

Gruss Manfred

rolfblock am 13 Dez 2019 11:49:31

bigben24 hat geschrieben:
Eben - aber WAS schaltet wie ab?


Mein E-Bike- und Bootsakkus sind in Plastikgehäusen mit integriertem BMS. Dieses BMS erkennt zu hohe Stromstärken und schaltet extrem schnell ab. So schnell, dass es am Kurzschlussort kaum Funken gibt. Meist merkt es nicht, wenn es abschaltet. Man merkt nur, dass keine Spannung vorhanden ist.

Inselmann am 13 Dez 2019 12:17:23

Wegen EINEM Fall, wo noch völlig unklar ist was wirklich passiert ist, so ne Diskussion loszutreten!

Die Gallier hatten auch Angst das ihnen der Himmel auf den Kopf fällt......

bigben24 am 13 Dez 2019 12:56:24

Inselmann hat geschrieben:Wegen EINEM Fall, wo noch völlig unklar ist was wirklich passiert ist, so ne Diskussion loszutreten!

Die Gallier hatten auch Angst das ihnen der Himmel auf den Kopf fällt......

Es geht (mir) nicht um Panik oder ähnliches, sondern einfach nur darum Dinge, die ich noch nichtverstanden habe, zu verstehen. Ist doch auch nichts schlimmes. Nur wer fragt, kann lernen und verstehen und wer nicht fragt und sich weiterbildet bleibt halt "dumm" ;-) Außerdem dient so ein Faden dann auch eher dazu gewisse "Ängste" zu eliminieren, als neu zu schaffen.
Außerdem mache ich mir um meine LifeYPo4 inkl. Installation gar keine Sorgen :-)


Gruß

fschuen am 13 Dez 2019 13:51:39

Inselmann hat geschrieben:Wegen EINEM Fall, wo noch völlig unklar ist was wirklich passiert ist, so ne Diskussion loszutreten!


Wenn du dich ein bisschen mit Gefahrgut auskennen würdest, dann wäre bekannt, das es schon einen Haufen Fälle gab, inclusive eines Jumbo-Absturzes. Und da die Technik nicht ganz neu ist, hat jeder irgendwelche Lithium-Ionen-Akkus zuhause rumliegen, und die Recyclinghöfe haben ihre liebe Not mit dem Zeug. Das gilt aber nicht für LFP, da geht das von der Chemie her gar nicht - drum gibt es dort auch exakt gar keinen Fall.

Gruss Manfred

andwein am 13 Dez 2019 13:55:18

bigben24 hat geschrieben:.....Grundsätzlich gelten LiFexxx ja als sehr sicher
Hohe Sicherheit: Aufgrund des festen Elektrolyt und der Zellchemie gelten LiFePO4-Zellen als eigensicher, d. h. ein thermisches Durchgehen und eine Membranschmelzung wie bei Lithium-Ionen-Akkumulatoren gilt als ausgeschlossen
Gruß

Diese unbekannte Zitat als Grundlage zeugt meiner Meinung nach nicht unbedingt von Wissen um Zusammenhänge.
Begründung:
Alle Akkus, die eine Lithium-Metalloxyd Mischung als Kathode enthalten sind Lithium-Ionen-Akkus. Das Lithium tauscht seine Ionen mit der Anode aus, bei einer Bleibatterie werden Schwefel-Ionen ausgetauscht. Ionen sind halt die Ladungsträger.
Wichtig ist die Mischung mit anderen Metalloxyden, die Zusammensetzung des Elektrolythen und die Art des Dielektrikums. Hier eine Aufstellung der verschiedenen Batterien unter dem Sammelbegriff Lithium-Ionen Akku:
Eine Möglichkeit, die verschiedene Arten von Li-Ion-Batterien zu unterscheiden ist die Einordnung nach ihren aktiven chemischen Hauptbestandteilen, welche die Eigenschaften der Batterie bestimmt.
• Lithium-Kobaltoxid (LiCoO2) Energiedichte bis 190 W/kg
• Lithium-Manganoxid (LiMn2O4 oder „LMO“), bis 130 W/kg
• Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid (LiNiMnCoO2 od. „NMC“)
Lithium-Eisen-Yttrium-Phosphat (LiFeYPO4), bis 110 W/kg
• Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminiumoxid (LiNiCoAIO2)
• Lithium-Titanat (Li4Ti5O12), Energiedichte bis 90 W/kg
• Lithium-Schwefel (Li2S), Energiedichte bis 350 W/kg oder
Lithium-Polymer (LiPoly, Lilon, LiPo), bis180 W/kg
Brennen kann bei Kurzschluss jeder Akku der größere Ströme liefert. Werden 2000 W elektrische Leistung in Millisekunden auf einer kleinen Fläche freigesetzt entstehen halt Temperaturen von über 1000°C, da schmilzt und brennt fast alles.
Dieses Risiko besteht bei allen Blei, Nickel Cadmium und Lithium Akkus gleichermassen.
Allerdings gibt es halt sehr dicht gepackte Akkupacks (Lithiumpolymer), die eine sehr dünne, halbfesten Polymerfolie als Dielektrikum/Elektrolythen hat. Diese wird durch Druck leicht beschädigt und schließt damit eine der Zelle kurz. OB die freigesetzte Energie reicht um andere Zellen zu schädigen ist eine, dem Zufall überlassene, Frage.
Ein anderes Problem bei manchen Lithium-Metalloxyd-Elektrolythen (Lithium Ionen Akkus in Kfzs) ist die Freisetzung von Sauerstoff bei der Verbrennung. Dies geschieht beim LiFePO4 Akku nicht. Wird Sauerstoff freigesetzt erhöht dies die Verbrennungstemperatur und Strukturen in der Umgebung werden geschädigt. Sauerstoff freisetzende Verbrennungen sind sehr schwer zu löschen.
Nur mein Wissensstand, Gruß Andreas

George67 am 13 Dez 2019 14:15:33

George67 hat geschrieben:Die Frage ist aber, ob 12 V dazu reichen. ca 30 V reichen schon, das musste ich bei meiner Anlage berüksichtigen.
Aber 12 V ?


MountainBiker hat geschrieben:Zu Deiner Frage, hier die Antwort aus entsprechender Literatur:


Um stabil zu brennen, benötigt ein Lichtbogen eine Mindestspannung von ungefähr 14 V. Der Mindeststrom hängt vom Elektroden-Werkstoff ab und beträgt bei Kupfer und Silber etwa 0,4 A.



MountainBiker hat geschrieben:Ein voller LiFePO4-Akku sollte das schaffen (während des Ladevorgangs sowieso)!


Meinst du mit "Literatur" Wikipedia?
Dort habe ich gefunden:
Lichtbögen benötigen bei Kupferleitungen eine Mindestspannung von etwa 12 V und einen Mindeststrom von etwa 0,4 A.


Und nur 2 Sätze weiter steht:
Zur Aufrechterhaltung ist eine Spannung von ungefähr 30 Volt erforderlich.[2]


Die kleinere Spannung bezieht sich auf die typischen Abschalt-Lichtbögen in Schaltern und Relais oder auch Sicherungen, bei denen ist es besonders bei DC ein Problem oberhalb 12 V, ist ja hier auch schon diskutiert worden. "Aufrechterhaltung" bezieht sich darauf, dass der Lichtbogen erstmal bei Vergrößerung des Elektrodenabstandes weiterbrennt und dann erst bei wirklich "größeren" Abständen erlischt. Wieviel das ist, steigt mit Spannung und Strom. Wenn du willst, gebe ich dir Extrembeispiele aus eigenem Wissen.
Jedenfalls habe ich von gefährlichen 12V-Lichtbögen im Auto noch wenig gehört, und Silber ist bei den Kontaktmaterialien auch eher selten.
Schön, dass du in deiner Argumentation Google-Wissen verwendest, das stimmt dann auch meistens, wenn man den Gesamtzusammenhang und Details mit betrachtet.

rkopka am 13 Dez 2019 14:17:37

andwein hat geschrieben:Brennen kann bei Kurzschluss jeder Akku der größere Ströme liefert. Werden 2000 W elektrische Leistung in Millisekunden auf einer kleinen Fläche freigesetzt entstehen halt Temperaturen von über 1000°C, da schmilzt und brennt fast alles.

Wenn es nur Millisekunden sind, hat man kein Problem. Im Modellbau habe ich 160A (1600W, Wettbewerbsantriebe habe eher das Dreifache) über eine 4mm2 Leitung, aber eben immer nur für einige Sekunden, weil dann der Motor Probleme bekommt oder das Modell zu weit weg ist. Da erwärmt sich wenig. Ebenso hat ein Blitz eine unheimliche Leistung, aber durch die kurze Zeit nicht allzuviel Energie. Anders wenn man sagt, 5kWh Energie werden z.B. in 1sek umgesetzt. Solange die Kabel nicht wirklich dick sind, brennen diese oder die Stecker einfach durch. Bei einem z.B. 25mm2 Kabel wird das aber nicht so schnell passieren, da kann dann auch der Akku die Schwachstelle bilden, wenn es keine Sicherung gibt.

RK

George67 am 13 Dez 2019 14:24:50

rolfblock hat geschrieben:
Mein E-Bike- und Bootsakkus sind in Plastikgehäusen mit integriertem BMS. Dieses BMS erkennt zu hohe Stromstärken und schaltet extrem schnell ab. So schnell, dass es am Kurzschlussort kaum Funken gibt. Meist merkt es nicht, wenn es abschaltet. Man merkt nur, dass keine Spannung vorhanden ist.


Rolf, ein besonderes Gefahrenpotential sind leider Kurzschlüsse innerhalb des Akkus, also "innerhalb" der BMS-Verdrahtung. Zelle gegen Zelle, zum Beispiel.
Dagegen kann ein BMS leider garnichts machen, und wenn du mal die bekannten Berichte über alle möglichen Ausfälle sichtest, findest du relativ häufig einen Kurzschluss Zelle gegen Gehäuse als Ursache.
Auch wenn deine (auch meine, ich verwende sie ja auch) Ebike Akkus geschlossen sind, kann der Akku trotzdem innerhalb des Gehäuses durch einen Sturzschaden, Elektronikdefekt oder eingequetschten Draht bei der Herstellung (soll natürlich nicht sein) einen Kurzschluss bekommen.

Generell stimme ich dir natürlich erstmal zu - Bikeakkus als Massenprodukt haben einen professionellen Standard, in dem relativ wenig Designfehler drin sein sollten.

basste315 am 13 Dez 2019 14:29:56

andwein hat geschrieben:………..
Alle Akkus, die eine Lithium-Metalloxyd Mischung als Kathode enthalten sind Lithium-Ionen-Akkus. Das Lithium tauscht seine Ionen mit der Anode aus, bei einer Bleibatterie werden Schwefel-Ionen ausgetauscht. Ionen sind halt die Ladungsträger.
Wichtig ist die Mischung mit anderen Metalloxyden, die Zusammensetzung des Elektrolythen und die Art des Dielektrikums. Hier eine Aufstellung der verschiedenen Batterien unter dem Sammelbegriff Lithium-Ionen Akku:
Eine Möglichkeit, die verschiedene Arten von Li-Ion-Batterien zu unterscheiden ist die Einordnung nach ihren aktiven chemischen Hauptbestandteilen, welche die Eigenschaften der Batterie bestimmt.
• Lithium-Kobaltoxid (LiCoO2) Energiedichte bis 190 W/kg
• Lithium-Manganoxid (LiMn2O4 oder „LMO“), bis 130 W/kg
• Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid (LiNiMnCoO2 od. „NMC“)
Lithium-Eisen-Yttrium-Phosphat (LiFeYPO4), bis 110 W/kg
• Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminiumoxid (LiNiCoAIO2)
• Lithium-Titanat (Li4Ti5O12), Energiedichte bis 90 W/kg
• Lithium-Schwefel (Li2S), Energiedichte bis 350 W/kg oder
Lithium-Polymer (LiPoly, Lilon, LiPo), bis180 W/kg
Brennen kann bei Kurzschluss jeder Akku der größere Ströme liefert. Werden 2000 W elektrische Leistung in Millisekunden auf einer kleinen Fläche freigesetzt entstehen halt Temperaturen von über 1000°C, da schmilzt und brennt fast alles.
Dieses Risiko besteht bei allen Blei, Nickel Cadmium und Lithium Akkus gleichermassen.
Allerdings gibt es halt sehr dicht gepackte Akkupacks (Lithiumpolymer), die eine sehr dünne, halbfesten Polymerfolie als Dielektrikum/Elektrolythen hat. Diese wird durch Druck leicht beschädigt und schließt damit eine der Zelle kurz. OB die freigesetzte Energie reicht um andere Zellen zu schädigen ist eine, dem Zufall überlassene, Frage.
Ein anderes Problem bei manchen Lithium-Metalloxyd-Elektrolythen (Lithium Ionen Akkus in Kfzs) ist die Freisetzung von Sauerstoff bei der Verbrennung. Dies geschieht beim LiFePO4 Akku nicht. Wird Sauerstoff freigesetzt erhöht dies die Verbrennungstemperatur und Strukturen in der Umgebung werden geschädigt. Sauerstoff freisetzende Verbrennungen sind sehr schwer zu löschen.
Nur mein Wissensstand, Gruß Andreas


Demnach erscheint ein industriell m.E. gefertigter LifePo4 "sicherer" als ein oft vom Nutzer selbst zusammengestellter LiFeYPO4 (die gute gelbe Winston Zelle) :?: oder :?:

Nicht mein Wissensstand, nur meine Frage!

Helmut

George67 am 13 Dez 2019 15:01:22

andwein hat geschrieben:Brennen kann bei Kurzschluss jeder Akku der größere Ströme liefert. Werden 2000 W elektrische Leistung in Millisekunden auf einer kleinen Fläche freigesetzt entstehen halt Temperaturen von über 1000°C, da schmilzt und brennt fast alles.
Dieses Risiko besteht bei allen Blei, Nickel Cadmium und Lithium Akkus gleichermassen.

Andreas, ich möchte deiner wirklich sehr guten Zusammenfassung etwas hinzufügen: Das Thema "Brennen".
Ich habe in meinem Blog schon dazu angesetzt, bin aber noch nicht weitergekommen.

"Brennen" ist landläufig eine "Flamme", die beim "Verbrennen" von etwas Brennbaren mit Sauerstoff entsteht. Was ist aber die "Flamme" selber ?
Ich mache es kurz, mein alter Chemielehrer hat es so erklärt:

Eine Flamme ist glühendes Gas.

Das hat mit dem Sauerstoff erstmal garnichts zu tun, in der Regel ist es eine Begleiterscheinung von exothermen Vorgängen. Besonders schön die alten Blitzbirnen, Aluminium verbrennt in Sauerstoff, und die Flamme des "Plasmabrenners", in der ein Schutzgas durch einen Lichtbogen geführt wird und dann als "Flamme" zu sehen ist.

Schaut man nun die Akkus an - da mag auch ein wenig gebundener Sauerstoff drin sein, aber nur leicht gebunden fällt mir kein Fall ein. Wenn, dann wird der Sauerstoff eh wieder intern zum Ausgleich der Energienieveaus benötigt.
Also, was ist die Flamme, die aus einem Lipo/Lixxx herauskommt? Innen setzt sich die vorhandene Energie der beiden Pole um, heizt alles ziemlich auf (ist ja ein hohes Energieniveau), und zufällig gasförmig entstehende Reaktionsprodukte bekommen die Temperatur mit und strömen ab, als "Flamme". Das ist natürlich heiss, aber es ist nicht insofern "brennbar", dass es sich mit äußerem Sauerstoff weiter umsetzt. Wenn man mal Fälle ansieht, in denen diese Flamme Raum hatte, sich auszubreiten (und abzukühlen), ohne etwas anderes durch Aufheizen zu beschädigen, so entsteht relativ wenig (thermischer) Schaden. Der aktuelle Fall in Spanien zeigt das ja auch, in "Wurfweite" der Zelle alles verschmort, angesengt, abseits davon nur heiss geworden oder verschmaucht.

In meinem häufig zitierten englischen Forum hat jemand 18650er Zellen in einem Gehäuse aus Rigips, mit Isolierband zusammengeklebt, durch Brenner gezündet. die Flammen zogen durch eine Öffnung ab, das Isolierband ist nicht verschmort.

Wer diese Video kennt --> Link , in dem "Auto" sind 2 Tesla Blöcke komplett abgeraucht. Wenn man bedenkt, wie wenig die Ladefläche hinterher verbrannt ist, finde ich das erstaunlich. 2 Liter Benzin hätte mehr angerichtet.

Was will ich damit sagen - für mich gehören weder LiFexx noch LiIon noch Lipo IN den Fahrgastraum. Die gehören unters Auto, mit einer Platte gegen den Unterboden geschützt, mit einer (Edelstahl) Abzugsöffung, die ins Freie geht.
Die E-Autohersteller machen das so, selbst die Bleibatterie steht im Motorraum (oder im Kofferraum), aber nicht im Fahrgastraum.

andwein hat geschrieben:Wird Sauerstoff freigesetzt erhöht dies die Verbrennungstemperatur und Strukturen in der Umgebung werden geschädigt. Sauerstoff freisetzende Verbrennungen sind sehr schwer zu löschen.

Akkus sind wie Feuerwerksraketen - sie brauchen keinen Sauerstoff, denn alle zur Reaktion benötigten Stoffe sind innendrin vorhanden und nur durch den Separator getrennt. Ob Sauerstoffreisetzung da überhaupt eine nenneswerte Rolle spielt weiss ich nichtmal.

MountainBiker am 13 Dez 2019 15:03:34

Hallo George67,

Meinst du mit "Literatur" Wikipedia?


Nein meine ich nicht, ich spreche von gesicherter Literatur!

Tinduck am 13 Dez 2019 15:12:49

basste315 hat geschrieben:Demnach erscheint ein industriell m.E. gefertigter LifePo4 "sicherer" als ein oft vom Nutzer selbst zusammengestellter LiFeYPO4 (die gute gelbe Winston Zelle) :?: oder :?:

Nicht mein Wissensstand, nur meine Frage!

Helmut


Industriell schlampig gefertigt muss nicht sicherer sein als Zuhause mit Liebe und Fachkenntnis zusammengeschraubt.

Schlechtester Fall ist sicherlich Zuhause schlampig zusammengeschraubt.

Aber was hat das mit Andreas‘ korrektem Beitrag über die verschiedenen Zellchemie-Varianten zu tun?

bis denn,

Uwe

George67 am 13 Dez 2019 15:24:45

MountainBiker hat geschrieben:Hallo George67,

"Meinst du mit "Literatur" Wikipedia?"

Nein meine ich nicht, ich spreche von gesicherter Literatur!


Na, dann lass uns doch an den Aussagen und der Quelle deiner gesicherten Literatur teilhaben.

George67 am 13 Dez 2019 15:26:55

Tinduck hat geschrieben:
Industriell schlampig gefertigt muss nicht sicherer sein als Zuhause mit Liebe und Fachkenntnis zusammengeschraubt.

Schlechtester Fall ist sicherlich Zuhause schlampig zusammengeschraubt.


Schlampig wäre ja nicht das einzigste Problem.

Unerfahren und/oder Ahnungslos gibt es auch noch.

andwein am 13 Dez 2019 16:23:55

George67 hat geschrieben:....Akkus sind wie Feuerwerksraketen - sie brauchen keinen Sauerstoff, denn alle zur Reaktion benötigten Stoffe sind innendrin vorhanden und nur durch den Separator getrennt. Ob Sauerstoffreisetzung da überhaupt eine nenneswerte Rolle spielt weiss ich nichtmal.

Das ist genau der Punkt: Sie brauchen keinen Sauerstoff, sie produzieren ihn!
Zitat Elektroiknet: Bei hohen Temperaturen zersetzen sich die kathodischen Metalloxide unter Sauerstoffabgabe, wodurch – ohne äußere Luftzufuhr – der Elektrolyt, das Graphit einschließlich des eingelagerten Lithiums und auch das Aluminium aus der Kathodenzuleitung für längere Zeit brennen können. --> Link
Gruß Andreas

Stocki333 am 13 Dez 2019 16:33:54

Demnach erscheint ein industriell m.E. gefertigter LifePo4 "sicherer" als ein oft vom Nutzer selbst zusammengestellter LiFeYPO4 (die gute gelbe Winston Zelle) :?: oder :?:

Hallo Helmut
Ich beschreibe dir 2 Bauweisen eines Accus mit ca 100 Ah Kapazität.
Fertigaccu:
Ein Gehäuse aus Kunststoff, einer Batterie ähnlich. 2 konische Polanschlüsse an der der Oberseite. Auf dem Deckel der abnehmbar ist. Im inneren 4 Zellen mit je 100 Ah. Verbunden durch Kupferverbinder. ein FertigBMS mit integrierter Balancerfunktion. damit einhergehend auch Kabel die zu den Zellen laufen. Und + und - Kabel zum Bms. Und ebeso Kabel die zu den Polen führen. die am abnehmbaren Deckel sitzen. Und damit über eine gewisse Länge verfügen. Und damit bist du dem Hersteller insofern ausgeliefert, das der seine Sache gut durchdacht hat. Den ein Solaraccu hat andere Bedingungen, als ein Accu der in einem Fzg eingebaut ist. Auch wie ist das BMS, das auch ein Gewicht von ca 750g hat, ist nicht gerade ein Leichtgewicht, befestigt ist. Denke an den alten Robur Accu der komplett vergossen ist.Hier hast du kein Scheuerndes Minuskabel das über die Zellenverbinder läuft, um sich aufzuwetzen.

Bausatz Lars:
Hier hast du auch 4 Zellen mit Zellverbinder. An der Oberseite sind nur noch die dünnen Kabel der Sicherheitsschleife.
Im Fehlerfall sind die in secundenbruchteilen Geschichte.
Der Strom wird Pluspol wird über eine Kupferschiene weggeführt. Um 90 Grad geknickt und dort sitzt die Würfelsicherung.
Das beigelegte Hochflexible Minuskabel ist lang genug, damit du nicht über die Zellverbinder mußt. Somit hast du die Anschlüsse und die weitere Leistungselektronik ausserhalb der Zellenschutzhülle.
Sicherer kannst du es nicht machen. Dahinter steckt sehr viel Hirnschmalz und Sicherheitsdenken. Über die Vernünftige Anbindung der übrigen Komponenten bekommst du alles von einem Lieferanten. Und alle Fehler sind sichtbar und abgreifbar. Und es gibt bei dem Aubau eine sehr gute eigene Qualitätskontrolle. WR an, Fön einschalten. Kontrolle, ob es eine Erwärmung gibt. Das ist eine, für jedem Laien eine gute Kontrollmöglichkeit.
Das ist ein einfacher Vergleich. Eine Meinung dazu von mir keine. Die mußt du dir selber bilden. Das kann dir keiner abnehmen. :lach:
Gruß Franz

hampshire am 13 Dez 2019 16:35:26

George67 hat geschrieben:Aus welchen Geräten kommen denn Zellen ohne BMS ?

Besser gefragt wäre in welche Geräte. Die Zellen ohne eingebautes BMS können auf höhere Stromabgabe getrimmt werden. Einen 18650er mit 35A gibt es nicht mit BMS. Ob es den braucht ist eine andere Frage.
Verkauft werden diese oft für Verdampfer-Zigarretten-Ersatz.
Ich habe recht verrückte Taschenlampen, in denen 4 solche Zellen parallel gefahren werden. Vor Gebrauch messe ich die Akkus immer durch. Muss eine ersetzt werden oder zeigt eine abweichende Ladekurve, wird das Set ersetzt. Einzelne noch gute Akkus finden dann in Lampen Weiterverwendung in denen keine Parallelschaltung oder nur ein Akku verwendet wird.
Soweit ich weiß besteht der Tesla Akku aus 18650ern, die keinen eingebauten Schutz haben und statt dessen Zelle für Zelle extern geschützt und softwareüberwacht werden. Geht ja auch.

George67 am 13 Dez 2019 16:49:57

hampshire hat geschrieben:Soweit ich weiß besteht der Tesla Akku aus 18650ern, die keinen eingebauten Schutz haben und statt dessen Zelle für Zelle extern geschützt und softwareüberwacht werden. Geht ja auch.

Das ist der NORMALFALL.

18650er mit internem BMS darf man nicht in Reihe schalten, weil die Spannungsfestigkeit des Mosfets überschritten werden kann.
Was die Dampfer so machen, geht an jeder normalen Spec vorbei.
Geht ja auch.

George67 am 13 Dez 2019 16:57:53

andwein hat geschrieben:Das ist genau der Punkt: Sie brauchen keinen Sauerstoff, sie produzieren ihn!

Abgesehen von den Mengen, die dabei entstehen, .....
andwein hat geschrieben:Zitat Elektroiknet: Bei hohen Temperaturen zersetzen sich die kathodischen Metalloxide unter Sauerstoffabgabe, wodurch – ohne äußere Luftzufuhr – der Elektrolyt, das Graphit einschließlich des eingelagerten Lithiums und auch das Aluminium aus der Kathodenzuleitung für längere Zeit brennen können. --> Link


Die Metalloxide zersetzen sich ? Endotherm doch wohl ?
Und dann bindet sich der Sauerstoff mit was anderem ?
Sorry, aber es ist ziemlich wurscht, ob bei der Reaktion der verschiedenen Verbindungen Sauerstoff beteiligt ist oder nicht. Die Verbindungen setzen sich um, natürlich exotherm, aber das ist auf die Massen der vorhandenen aktiven Materialien beschränkt. Blei geht auch von Oxid in Sulfat über, aber der Energieinhalt ist dabei nicht so gross wie Bleioxid mit Wasserstoffhaltigen Verbindungen.

Auch in dem Zitat ist wieder der unspezifische Term "brennen" verwendet, der einen leicht in die Irre führt, was die Bewertung des ganzen betrifft.

Ich würde unterscheiden zwischen Materialien, die endotherm reduziert werden, und welchen, die exotherm (!) Sauerstoff abgeben können (bsp. Nitromethan).
Letztere sind imho nicht in Akkus enthalten, u.a. auch deswegen, weil sie reichlich instabil sind.

update: Gerade noch in den Lnk reingeschaut - ob der Redakteur da so alles verstanden hat, über was er schreibt, bin ich mir nicht sicher.

hampshire am 13 Dez 2019 17:05:33

George67 hat geschrieben:Auch in dem Zitat ist wieder der unspezifische Term "brennen" verwendet, der einen leicht in die Irre führt, was die Bewertung des ganzen betrifft.

Das ist Haarspalterei. Die Zelle selbst „brennt“ nicht, kann aber die Umgebung in Brand setzen. Dann brennt es. Das ist gemeint und ausreichend verständlich.

George67 am 13 Dez 2019 17:14:49

hampshire hat geschrieben:Das ist Haarspalterei. Die Zelle selbst „brennt“ nicht, kann aber die Umgebung in Brand setzen. Dann brennt es. Das ist gemeint und ausreichend verständlich.

Es ist nicht als Haarspalterei gemeint.

Du selber machst gerade keinen Unterschied zwischen dem Streichholz und dem Benzinkanister.
Es ist schon ein Unterschied, ob die Zelle ohne Sauerstoffzutritt brennen kann, dan ist sie nämlich auch nicht löschbar.
Aber wenn man den Übetritt auf was anderes verhindert, isses das.
Und genau das habe ich oben auch im Detail beschrieben - wenn man die Zelle daran hindert, etwas anderes anzustecken, sind die Folgen sehr begrenzt.
Deutlich begrenzter als manche Beschreibungen hier.

magheinz am 14 Dez 2019 16:28:29

MountainBiker hat geschrieben:Die Frage ist aber, ob 12 V dazu reichen. ca 30 V reichen schon, das musste ich bei meiner Anlage berüksichtigen.
Aber 12 V ?


12V reichen. Hab unseren Ex-Chefelektriker fliegen sehe, nachdem er eine Batterie der Haus-USV(12V Bleiakkus) mit einem Schreibendreher kurzgeschlossen hat. Gab nen schönen Lichtbogen, neues Werkzeug und ein paar Tage Krankschreibung.

George67 am 14 Dez 2019 21:44:25

Das man mit dem Schraubenzieher (Eisen) KurzschlussGlut bis zum Knall, Abreisslichtbogen und sowas bekommen kann, ist klar.
Frage ist, ob es ein stehender Lichtbogen ist, der also auch bei Abschmelzen der Elektrodenpole weiterbesteht, und also immer länger wird.

magheinz am 15 Dez 2019 03:42:36

George67 hat geschrieben:Das man mit dem Schraubenzieher (Eisen) KurzschlussGlut bis zum Knall, Abreisslichtbogen und sowas bekommen kann, ist klar.
Frage ist, ob es ein stehender Lichtbogen ist, der also auch bei Abschmelzen der Elektrodenpole weiterbesteht, und also immer länger wird.

Er hat damals einen unfreiwilligen Satz nach hinten gemacht. Keine Ahnung, ich meine mich zu erinnern, der Lichtbogen war recht schnell weg.

George67 am 15 Dez 2019 09:04:00

Das meine ich.

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