18650-Zellen speichern viel Energie auf kleinem Raum. Im Fehlerfall müssen Wärme, Gas und Druck beherrscht werden. Dabei zählt nicht nur das Sicherheitsventil der einzelnen Zelle, sondern das gesamte System aus Zelle, Halterung, Schutzschaltung, Gerät und Ladeelektronik.
Das Wichtigste in Kürze
Eine 18650-Zelle besitzt konstruktive Elemente zur Stromunterbrechung und Druckentlastung. Sie können einen Fehler begrenzen, aber nicht jede Überlastung verhindern. Besonders in mehrzelligen Akkus entscheiden Abstand, Wärmeableitung, Einzelabsicherung und Gehäuse darüber, ob der Fehler auf eine Zelle begrenzt bleibt.
Der Pluspol ist mehr als ein Kontakt
Unter dem sichtbaren Pluskontakt liegt bei vielen 18650-Zellen ein mehrteiliger Sicherheitsaufbau. Die genaue Ausführung unterscheidet sich von Hersteller zu Hersteller und sogar zwischen Zelltypen.
Vom Fehler zur thermischen Kettenreaktion
Eine starke elektrische, mechanische oder thermische Belastung kann im Inneren Wärme erzeugen. Ab einem kritischen Punkt verstärken sich die Reaktionen selbst. Dieser Zustand wird als Thermal Runaway oder thermisches Durchgehen bezeichnet.
Wärme entsteht
Zum Beispiel durch Kurzschluss, Überladung, Quetschung oder starke äußere Erwärmung.
Temperatur steigt
Die Vorgänge im Zellinneren können zusätzliche Wärme und gasförmige Reaktionsprodukte erzeugen.
Die Zelle entlüftet
Vorgesehene Ventile sollen den Innendruck kontrollierter abbauen als ein unkontrollierter Gehäuseriss.
Nachbarzellen erwärmen sich
In einem schlecht konstruierten Pack kann die freigesetzte Energie weitere Zellen erreichen.
Warum ein seitlicher Gehäuseriss kritisch ist
Ein vorgesehenes Ventil lenkt austretende Gase in eine konstruktiv berücksichtigte Richtung. Reißt dagegen die Seitenwand, können heiße Gase und leitfähige Partikel unmittelbar auf benachbarte Zellen treffen. In den NASA-Versuchen war ein seitlicher Riss deshalb deutlich schwieriger zu beherrschen als eine Entlastung am Zellende.
Warum der Akkupack genauso wichtig ist
Die NASA leitete aus den Versuchen fünf Konstruktionsaufgaben ab. Für Endanwender erklären sie, warum eine hochwertige Einzelzelle allein noch keinen sicheren Akkupack ergibt.
Entlüftungswege freihalten
Halterung und Gehäuse müssen das vorgesehene Entlüften konstruktiv berücksichtigen.
Abstand allein reicht nicht
Zwischenraum hilft nur zusammen mit einem geeigneten Weg, die entstehende Wärme abzuleiten.
Parallele Zellen absichern
Eine fehlerhafte Zelle sollte nicht unkontrolliert von den übrigen Zellen weiter gespeist werden.
Nachbarzellen schützen
Heiße und elektrisch leitfähige Auswürfe dürfen nicht direkt auf angrenzende Zellen treffen.
Folgen nach außen begrenzen
Funken, Flammen und heiße Bestandteile sollen das Batteriegehäuse nicht unkontrolliert verlassen.
Ein Batteriemanagementsystem ist wichtig, ersetzt aber weder eine mechanisch noch eine thermisch durchdachte Konstruktion.
Ist ein zusätzliches Bodenventil automatisch sicherer?
Eine zusätzliche Sollbruchstelle am Zellboden kann einen weiteren definierten Weg zur Druckentlastung schaffen.
Unter den besonders harten Testbedingungen traten trotz funktionierender Bodenventile teilweise seitliche Gehäuserisse auf.
Die seriöse Antwort lautet daher: Ein Bodenventil kann konstruktiv hilfreich sein. Es ersetzt aber weder einen geeigneten Zellmantel noch Wärmeableitung, Absicherung und ein fachgerecht entwickeltes Batteriesystem. Die NASA bezeichnete die damaligen Ergebnisse ausdrücklich als vorläufig und nicht abschließend.
Was Anwender selbst prüfen können
Die inneren Sicherheitselemente sind von außen nicht überprüfbar. Der Zustand der Zelle und ihre Eignung für das Gerät dagegen schon.
Rohzellen sind technische Komponenten
Ungeschützte 18650-Zellen besitzen keine außen angebrachte Schutzschaltung. Sie gehören nur in Geräte und Batteriesysteme, die ausdrücklich für die verwendete Zelle ausgelegt sind. Die offenen Pole müssen beim Transport und bei der Lagerung gegen Kurzschluss geschützt werden.
Fazit
Eine 18650-Zelle ist kein einfacher Metallzylinder mit zwei Kontakten. In ihrem Kopfbereich arbeiten mehrere mechanische und elektrische Sicherheitselemente zusammen. Sie sollen Fehler begrenzen und Druck kontrolliert abbauen.
Die NASA-Versuche zeigen zugleich die Grenzen dieser Bauteile: Wird eine Zelle stark genug belastet, entscheidet das Umfeld darüber, ob der Fehler lokal bleibt. Deshalb sind die richtige Zellauswahl, ein geeignetes Ladegerät, eine unbeschädigte Isolierung und eine fachgerecht entwickelte Packkonstruktion mindestens ebenso wichtig wie das Ventil der Zelle.