Höchst selten, aber schwerwiegend

Wie hoch ist die Brandgefahr bei Elektroautos wirklich?

27. Januar 2022, 11:45 Uhr | Irina Hübner
Die größte Gefahr bei Elektroautos? Eine brennende Batterie.
© EDOYO | Adobe Stock

Brände bei Elektrofahrzeugen erregen viel Aufmerksamkeit. Doch wie groß ist das Brandrisiko tatsächlich? Und wie problematisch ist es, falls es zu einem Fahrzeugbrand kommen sollte? IDTechEx ist diesen und weiteren Fragen nachgegangen.

IDTechEx erforscht das Wärmemanagement und die Brandsicherheit von Elektrofahrzeugen. Neben dem grundsätzlichen Brandrisiko untersuchen die Marktforscher auch die Frage, was OEMs tun, um Brände in Zukunft zu verhindern oder zu begrenzen. Der Bericht »Thermal Management for Electric Vehicles 2021-2031« behandelt beispielsweise verschiedene Aspekte rund um das thermische Design von Elektrofahrzeugen, einschließlich der Entstehung, Erkennung und Verhinderung von Bränden.

Einer der bekanntesten Vorfälle ist der Rückruf des GM Bolt in den Jahren 2020 und 2021. Die Kosten dafür belaufen sich mittlerweile auf 1,9 Mrd. Dollar, und zwar aufgrund von zwei verschiedenen Herstellungsfehlern bei den von LG Chem gelieferten Zellen. Auch Hyundai musste große Rückrufaktionen durchführen, deren Kosten auf 900 Mio. Dollar geschätzt werden, und beim Ford Kuga Plug-in-Hybrid belaufen sich die Kosten für Rückrufe im Zusammenhang mit Bränden auf etwa 400 Mio. Doller. Doch diese Rückrufe sagen nicht viel aus über die tatsächliche Brandgefahr.

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Wie häufig sind Fahrzeugbrände? Und wie problematisch?

Zur Frage, wie häufig Fahrzeugbrände tatsächlich vorkommen, gibt es mehrere Studien:Tesla veröffentlichte Daten, die auf einen Brand pro 205 Mio. zurückgelegter Meilen hindeuten. Das wäre zehnmal seltener ist als der nationale Durchschnitt der USA. Tesla könnte hier natürlich voreingenommen sein, aber andere Quellen kommen auf ein ähnliches Ergebnis.

Die Pinfa (Phosphorous, Inorganic and Nitrogen Flame Retardants Association) geht von etwa 55 Bränden pro Milliarde gefahrener Meilen bei Fahrzeugen mit Verbrennermotor aus, verglichen mit nur 5 Bränden pro Milliarde gefahrener Meilen bei EVs. Eine kürzlich von AutoInsuranceEZ durchgeführte Studie, die sich auf Daten des National Transportation Safety Board stützt, zeigt, dass Elektroautos in den USA 25,1 Brände pro 100.000 verkaufte Fahrzeuge verursachen, verglichen mit 1530 Bränden bei Verbrennungsmotoren und 3475 Bränden bei Hybriden.

Die Brandhäufigkeit bei E-Autos ist also deutlich geringer. Doch wenn ein Elektroauto Feuer fängt, können die Folgen sehr problematisch sein. Das Chemikaliengemisch in der Batterie kann sich als äußerst flüchtig und schwer zu löschen erweisen. Brände von Elektroautos können Garagen und benachbarte Fahrzeuge zerstören. Die Feuerwehren müssen speziell für den Umgang mit Elektroautos geschult werden. Brände von Elektroautos können noch Tage nach dem Löschen wieder aufflammen. Untersuchungen von IDTechEx zeigen, dass ein Drittel der Brände von Elektrofahrzeugen entsteht, wenn das Fahrzeug steht, geparkt ist und nicht aufgeladen wird.

Was sind die Ursachen für Fahrzeugbrände?

Schaut man sich die brandbedingten Rückrufe an, so stellt man fest, dass E-Fahrzeuge in der Regel wegen einer Kurzschlussgefahr in der Batterie oder wegen eines Herstellungsproblems zurückgerufen werden. Bei Hybrid- und Verbrennungsmotoren geht es oft um auslaufenden Kraftstoff. Dies könnte ein Grund für die höhere Unfallrate bei Hybriden sein, in denen sowohl Verbrennungskraftstoffe als auch elektronische Hochspannungskomponenten zum Einsatz kommen.

Bei Elektrofahrzeugen können die Batterien aus verschiedenen Gründen in den thermischen Durchlaufzustand geraten: unsachgemäßes Wärmemanagement, Herstellungsfehler, Überladung oder Fahrzeugunfälle. Wenn eine Zelle in den thermischen Runaway gerät, setzt sie flüchtige Gase frei und die Temperatur steigt deutlich an. Ist das erst einmal passiert, kann es schwierig sein, die Ausbreitung auf andere Zellen zu verhindern.

Hier kommen die Fortschritte bei den Materialien und das richtige Wärmemanagement ins Spiel. Das Wärmemanagementsystem und die verwendeten Materialien sind der Schlüssel, um die Batterien im optimalen Temperaturbereich zu halten. Die Wärmedämmung und die Brandschutzmaterialien müssen so konzipiert sein, dass sie die weitere Ausbreitung eines thermischen Ereignisses im Batteriepack begrenzen oder verhindern.

Was ändert sich beim Batteriedesign?

Um die EV-Batteriepacks so sicher wie möglich zu machen, arbeiten die OEMs an verschiedenen Möglichkeiten auf Materialebene, beispielsweise an den thermischen Schnittstellenmaterialien (TIMs), der thermischen Isolierung, den dielektrischen Materialien oder den Beschichtungen.

Eine zentrale Herausforderung beim Design ist die sich ständig weiterentwickelnde Konstruktion von Batterien sowohl auf Zell- als auch auf Batteriepack-Ebene. Die Batteriechemie ändert sich mit der Einführung von Kathoden mit höherem Nickelgehalt, LFP-Batterien (Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien) und einer stärkeren Berücksichtigung von Festkörperbatterien. Diese Veränderungen haben tiefgreifende Auswirkungen auf die Anforderungen an das Wärmemanagement und die Materialien von EV-Batterien. LFP-Batterien gelten als sicherer und Solid-State-Batterien werden oft als »vollkommen sicher« angepriesen.

Außerhalb der Zelle gehen die OEMs zu Cell-to-Pack-Designs über. Das Stapeln aller Zellen zu einem Akkupack ohne separate Modulgehäuse erschwert das Management der thermischen Ausbreitung. Diese grundlegende Veränderung in der Struktur von Batteriepacks hat Einfluss auf die Art und Weise, wie thermische Strategien und Materialien integriert werden.

In Zukunft noch sicherer

Die bisherigen Daten deuten darauf hin, dass Brände in Elektrofahrzeugen heute bereits viel seltener auftreten als in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Mit weiteren technologischen Fortschritten sowie strengeren Sicherheitsvorschriften ist zu erwarten, dass Elektrofahrzeuge noch sicherer werden.


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