Wer heute hochwertige E-Bikes verkauft und wartet – Marken wie Riese & Müller, Tern oder Urban Arrow – hat es täglich mit leistungsstarken Lithium-Ionen-Akkus zu tun. Akkus, die man lädt, lagert, tauscht. Und die im schlimmsten Fall brennen könnten
Bei VORRADELN stehen wir gerade vor der Anschaffung eines Akku-Ladeschranks für die Werkstatt. Rund 3.000 € Investition – und bevor wir das Geld ausgeben, wollte ich genau verstehen: Was schützt uns wirklich? Und wo sind die Grenzen von Standardlösungen?
Was ein Thermal Runaway ist – und warum er so gefährlich ist
Ein Lithium-Akku „geht thermisch durch", wenn eine chemische Reaktion im Inneren mehr Wärme produziert als abgegeben werden kann. Der Prozess beschleunigt sich selbst. Die Temperaturen können auf über 500 °C steigen, einzelne Zellen können explodieren, und die austretenden Gase sind hochgiftig und brennbar.
Ausgelöst werden kann das durch mechanische Beschädigung, Überladung, Tiefenentladung – oder schlicht durch Alterung und interne Zelldefekte. Gerade in einer Werkstatt, wo Akkus unterschiedlichster Herkunft und Zustand auftauchen, ist das kein theoretisches Risiko.
Das Zeitfenster: 60 bis 90 Sekunden
Eine Masterarbeit der Montanuniversität Leoben („Früherkennung von Lithium-Ionen-Batterie-Bränden", Michael Bauer, 2023) hat genau das untersucht: Wann kann man einen Thermal Runaway erkennen – und wie viel Zeit bleibt dann noch?
Das Ergebnis ist ernüchternd und gleichzeitig ermutigend:
Ernüchternd, weil das Zeitfenster zwischen erstem Ausgasen und vollständigem Durchgehen bei niedrigem Ladezustand (0–20 %) nur rund 79 bis 99 Sekunden beträgt. Bei voll geladenen Akkus – wie sie in einem Ladeschrank typischerweise vorkommen – ist dieses Fenster noch kürzer, und in einem erheblichen Anteil der Fälle gibt es überhaupt kein messbares Ausgasen vor dem Brand.
Ermutigend, weil es dieses Frühwarnfenster überhaupt gibt – wenn man die richtigen Sensoren einsetzt.
Was beim Ausgasen entsteht – und was ein Rauchmelder davon erkennt
Schon bevor ein Akku sichtbar brennt, gibt er Gase ab. Die Studie identifiziert vier relevante Gase:
Gas
Entsteht beim Ausgasen
Frühwarnpotenzial
CO₂
Immer, als erstes
⭐⭐⭐ sehr hoch
CO
Häufig
⭐⭐ hoch
H₂
Zuverlässig nachweisbar
⭐⭐ hoch
CxHy (Kohlenwasserstoffe)
Bei direkter Messung
⭐ begrenzt
Und jetzt kommt das eigentliche Problem: Ein handelsüblicher Rauchmelder erkennt davon keines.
Der VisorTech RWM-460.f – ein Gerät, das in Ladeschränken verbaut wird – arbeitet mit einem fotoelektrischen Sensor und einem Thermosensor. Er reagiert auf sichtbare Rauchpartikel (Rußpartikel) und auf Temperaturen ab 54–70 °C. Beides entsteht erst, wenn der Thermal Runaway bereits in vollem Gang ist.
Ein Rauchmelder ist kein Frühwarnsystem. Er ist ein Brandalarm – und das ist ein gravierender Unterschied.
Der richtige Ansatz: Gassensoren statt Rauchmelder
Die Studie kommt zu einer klaren Empfehlung: Der zuverlässigste Frühwarnsensor für Lithium-Akku-Zwischenfälle ist ein CO₂-Sensor mit NDIR-Technologie (Nichtdispersiver Infrarot-Sensor).
Warum gerade CO₂ und gerade NDIR?
- CO₂ entsteht bei jedem Ladezustand als erstes nachweisbares Gas
- NDIR-Sensoren sind extrem schnell (Ansprechzeit 1–2 Sekunden), haben keine Kreuzsensibilitäten und liefern ein stabiles digitales Signal
- In der Studie schlug der CO₂-Sensor in 6 von 12 auswertbaren Versuchen als erster Alarm an – in zwei Fällen sogar noch bevor das Sicherheitsventil des Akkus überhaupt geöffnet hatte
Als Ergänzung empfiehlt die Studie einen CO-Sensor (elektrochemisch) zur Bestätigung und einen H₂-Sensor als weitere Schicht.
Meine Umsetzungsidee: ESPHome und Hausautomation
Was mich an diesem Thema besonders reizt: Es ist technisch lösbar, ohne Sonderlösungen vom Hersteller kaufen zu müssen.
Die Grundidee:
CO₂ NDIR-Sensor ──┐
CO-Sensor ──┼──► ESP32 + ESPHome ──► Home Assistant
H₂-Sensor ──┘ │
▼
Automatik: Ladegeräte abschalten
Alarm: optisch + akustisch
Benachrichtigung: Push-Nachricht
Ein einfacher ESP32 mit ESPHome lässt sich in wenigen Stunden einrichten. Der CO₂-Sensor liefert ein digitales UART-Signal, das direkt einlesbar ist. Die Auswertungslogik in Home Assistant kann Schwellwerte definieren und bei Überschreitung automatisch die Ladegeräte über eine smarte Steckdose abschalten – und gleichzeitig eine Push-Nachricht aufs Handy senden.
Die Sensorkosten für eine sinnvolle Grundausstattung (CO₂ NDIR + CO) liegen im Bereich von 80–150 €. Das ist ein überschaubarer Aufpreis auf einen 3.000 €-Schrank – mit deutlich mehr Schutzwirkung als der serienmäßige Rauchmelder.
Fazit
Ein Akku-Ladeschrank ist eine sinnvolle Investition in die Werkstattsicherheit. Aber man sollte die Grenzen der eingebauten Rauchmelder kennen: Sie alarmieren, wenn es bereits brennt – nicht davor.
Wer eine echte Frühwarnung will, braucht Gassensoren. CO₂ per NDIR ist dabei die erste Wahl, ergänzt durch CO und idealerweise H₂. Die Integration über ESPHome und Home Assistant macht das Ganze auch für einen kleinen Betrieb umsetzbar – ohne teure Speziallösungen.
Wir werden das bei VORRADELN umsetzen und hier berichten, wie es läuft.
Quellen: Michael Bauer: „Früherkennung von Lithium-Ionen-Batterie-Bränden", Masterarbeit, Montanuniversität Leoben, 2023 https://pure.unileoben.ac.at/de/publications/früherkennung-von-lithium-ionen-batterie-bränden/
Disclaimer: Recherche und Zusammenfassung mit Unterstützung von Claude.ai