1. Unfälle
Um die Batterie bei Unfällen möglichst gut zu schützen, darf sie zunächst nur in der so genannten Safety Zone des Autos verbaut werden: Also in der Mitte des Fahrzeugs, nicht in den Knautschzonen vorne und hinten. Zudem wird sie mit einem dicken, hochfesten Stahlmantel umbaut. Daher rührt ein Teil des hohen Gewichts. Bei den meisten E-Autos liegt die Batterie im Fahrzeugboden. Umfangreiche Tests ergaben, dass normale Steinschläge von unten (etwa durch Schotter) den Schutzwänden nichts anhaben können.
Ein Restrisiko aber bleibt. Große, schwere Hindernisse, die der Fahrer übersieht, extreme Buckel, sehr tiefe Löcher, dicke Äste nach einem Sturm, oder großes verlorenes Stückgut eines Lkw, zum Beispiel, können die Schutzpanzer der Batterie in Extremfällen beschädigen. Wird auch die Zellwand in Mitleidenschaft gezogen, kann es zum Kurzschluss und theoretisch auch zum Brand kommen. Auch „Seitenaufprall bei sehr hohen Geschwindigkeiten kann die Batterie so stark beschädigen, dass sie in Brand gerät“, schreiben Bisschop et al. „Allerdings stellen solche Unfälle für alle Autos eine signifikante Brandgefahr dar, unabhängig von der Antriebsart.“ In anderen Worten: Schwere Unfälle können Batterien in Brand setzen, natürlich aber auch Benzintanks.
Ein Problem jedoch: Physische Unfalltests sind teuer und können im Ernstfall ein ganzes Testlabor abfackeln; bei GM in Detroit gab es 2011 einen solchen Vorfall. Akkus, Module und Zellen werden zwar, bevor sie ins Serienauto gelangen, aufwendig in Dampf-, Kälte- und Hitzekammern, auf Rüttlern und Schaukeln etc. mechanisch und thermisch gefoltert. Ganze E-Autos mit kompletten Autoakkus aber werden meist nur einfachen physischen Crashtests unterzogen. Der Gesetzgeber schreibt nur zwei Minuten im Feuer vor, in denen sich die Batterie nicht entzünden darf. Allerdings muss auch ein voller Benzintank nur zwei Minuten ins Feuer. Die meisten Tests finden virtuell statt, es sind also reine Modellrechnungen. Trotzdem sind Autobatterien weit besser geschützt als etwa Lithium-Ionen-Akkus in Bohrschraubern, Akkustaubsaugern, Laptops oder Handys.
2. Überladen
Elektrisch kann die Lithium-Ionen-Zelle sich entzünden, wenn sie über- oder unterladen wird. Lithium-Ionen-Batterien sind für eine bestimmte Menge an elektrischer Energie ausgelegt, die sie in einer bestimmten Zeit laden und angeben können. Wird eine dieser Grenzen überschritten (etwa zu viel oder zu schnell geladen), kann die Zellchemie degenerieren. In der Folge kann es in der Zelle zu Kurzschlüssen kommen und letztlich zu Bränden.
Hier ist die Art der verwendeten Zellchemie wichtig. Es gibt Dutzende unterschiedlicher Materialkompositionen in der Lithium-Ionen-Zelle, besonders für die Kathode. Einige gängige Kathoden-Materialien neigen schneller zur Überhitzung als andere, wenn sie elektrisch überladen werden. In Lithium-Ionen-Zellen für E-Autos werden aktuell vor allem NMC (Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid) und NCA (Lithium-Nickel-Aluminium-Oxid) in der Kathode verwendet. Sie sind sehr stabil, überhitzen erst bei 135 Prozent Überladung. Andere Kathodenmaterialien, die in Kleingeräten wie Akkuschraubern zum Einsatz kommen, schon ab 105 Prozent.
Damit es gar nicht erst soweit kommt, schützt eine Lademanagement-Software die Zelle vor dem Über-Laden. Früher konnte es bei günstigen Handys oder Laptops noch leichter passieren, wenn ein Kunde zum Beispiel ein falsches Ladegerät nutzte, um das Gerät schneller voll zu laden. Heute erkennen die Geräte das und begrenzen Stromstärke und Spannung. Im Auto schützt eine besonders aufwendige Lademanagement-Software die Zellen vor Überladung und Komplett-Entladung. Die elektrochemischen Grenzen der Zelle werden dabei nie voll ausgereizt: Die Software verhindert eine Komplettentladung ebenso wie eine 100-Prozent-Ladung. Diese Lademanagement-Software wird wegen ihrer sicherheitsrelevanten Schlüsselrolle von den Herstellern besonders gut getestet. Theoretisch kann sie natürlich trotzdem ausfallen. Das ist aber in den bisher bekannten Brandfällen nie als Ursache nachgewiesen worden.
3. Hitze und Kälte
Um sicher zu arbeiten, muss die Batterie in einem bestimmten Temperaturbereich gehalten werden, in der Regel zwischen minus 25 und plus 75 Grad. Fällt das dafür zuständige Kühl- und Heizsystem aus, ist auch Hitze eine potenzielle Brandursache. Ebenso große Kälte, bei der sich Gase und so genannte Dendriten – fingerförmige geballte Ansammlungen von Lithium-Atomen – bilden und Explosionen beziehungsweise einen Kurzschluss verursachen können.
Gefürchtet bei Feuerwehren ist der so genannte Thermal Runaway: eine Kettenreaktion, die durch zu hohe Temperaturen in der Zelle ausgelöst wird. Übersteigt die Temperatur eine bestimmte Schwelle, löst sie chemische Reaktionen in der Zelle aus, die wiederum die Zelltemperatur weiter anheizen und sie noch schneller steigen lassen. Ab einem gewissen Punkt wird der Prozess unkontrollierbar. Solche Brände sind dann schwer zu löschen. Auch über Fälle, in denen sich bereits gelöschte E-Autos auf dem Abschleppwagen oder in der Werkstatt erneut entzündeten, wurde berichtet – wenn auch weltweit in den vergangenen zehn Jahren weniger als zehn. Analog zum Überladeschutz gilt: Thermomanagement-Systeme werden extrem aufwendig getestet und enthalten in Autos mehrere Sicherheitsredundanzen, ein Restrisiko aber bleibt.
