Technologie zur Detektion von Ausgasung: ein Meilenstein für den Schutz von Rechenzentren und Batterie-Energiespeichersystemen

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Im Jahr 2020 startete ein Forschungsteam von FM eine Versuchsreihe mit Lithium-Ionen-Akkus in einer kontrollierten Laborumgebung, um reale Ereignisse sicher zu simulieren.

Dafür setzten die Forschenden Batterien in Metallgehäuse ein und umwickelten diese mit Heizpads, um sie gezielt zu überhitzen. In anderen Szenarien wurden die Zellen an Kabel angeschlossen und hohen elektrischen Spannungen ausgesetzt. Nach Verschließen der sicheren Prüfumgebung wartete das Team – manchmal eine Stunde oder länger – bis ein charakteristisches Klicken und Zischen zu hören war.

Dieses Verfahren wurde über einen Zeitraum von mehreren Monaten regelmäßig wiederholt, um die Antwort auf eine brennende Frage in der Unternehmenswelt zu finden: Ist es möglich, die ersten Anzeichen einer Überhitzung oder Überlastung von Lithium-Ionen-Akkus zu erkennen – und bleibt genügend Zeit, einen Brand oder eine Explosion zu verhindern?

Sujit Purushothaman, Senior Lead Research Engineer bei FM, sowie Leiter dieser Studie, erinnert sich an eine Reaktion aus dem Kollegium, als er die Ergebnisse präsentierte:

„Das funktioniert ja!“

Tatsächlich: Es funktioniert. Das bestätigt die Fachpublikation, die Purushothaman auf einer Konferenz des Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) vorstellte: Sogenannte Gasdetektoren können unter bestimmten Bedingungen so früh Alarm schlagen, dass sich ein gefährliches thermisches Durchgehen verhindern lässt – eine chemische Kettenreaktion, die zu Feuer und Explosion führt.

Die Tests unter der Leitung von Purushothaman gelten als erste unabhängige Bewertung hinsichtlich der Detektion von Gasen aus Lithium-Ionen-Batterien und liefern fundierte Erkenntnisse zu einem neuen, ernst zu nehmenden Risiko.

„Wenn ein Schaden gemeldet wird, ist es unsere Aufgabe, diesen zu bewerten“, so Purushothaman.

Für ihn und andere Forschende von FM beschränkt sich die Schadenbewertung nicht auf theoretische Analysen. Vielmehr wurden im Rahmen der Studie zahlreiche Lithium-Ionen-Akkus gezielt bis an ihre Belastungsgrenze gebracht – in einigen Fällen auch darüber hinaus. Das nachfolgende Video veranschaulicht diesen Prozess bis zum thermischen Durchgehen. Zuerst ist ein Klicken und Zischen zu hören, dann folgt ein Knall.

Doch ein solches Szenario muss nicht zur Realität werden.

Detektion der Ausgasung: Was Unternehmen wissen sollten

1. Wie funktioniert die Detektion der Ausgasung von Lithium-Ionen-Akkus?

Die meisten Lithium-Ionen-Akkus – etwa die des Laptops, auf dem Sie gerade diesen Artikel lesen – funktionieren einwandfrei. Wenn einer dieser vermeintlich unscheinbaren Akkus dennoch für Aufsehen sorgt, ist der Grund dafür in den allermeisten Fällen thermisches Durchgehen.

Dabei handelt es sich um eine Kettenreaktion in einem beschädigten oder defekten Akku, die zu einem Brand oder einer Explosion führt. Hat dieser Prozess erst einmal begonnen, lässt er sich nicht mehr aufhalten.

Eine Detektion von Ausgasungen setzt davor an: Ein Sensor erkennt Elektrolytdämpfe, die ein Akku einige Minuten vor dem thermischen Durchgehen freisetzt. Charakteristisch für die Ausgasungsphase ist das klickende und zischende Geräusch, auf das die Forschenden von FM gewartet hatten; das thermische Durchgehen geht mit dem Knall einher. Unterstützt wurde Purushothaman bei diesem Projekt von Anjali Rathesh und Jim Almeida, die mit tiefgreifender Engineering-Expertise beratend zur Seite standen.

Das Testverfahren im Detail: In einer mit Ausgasungsdetektoren ausgestatteten Prüfumgebung setzte das Team Akkus gezielt einer Überladung oder Überhitzung aus. Sobald die Zellen Gase freisetzten, lösten die Detektoren einen Alarm aus. Das Team stoppte daraufhin die Überladung bzw. Überhitzung – und verhinderte so das thermische Durchgehen. Das Zeitfenster zwischen der Ausgasung und dem thermischen Durchgehen betrug etwa zwischen fünf und 20 Minuten.

2. Wer profitiert von einer Lösung zur Detektion von Ausgasungen?

Erik Verloop, Principal Engineer, Renewable Energy bei FM, weist darauf hin, dass eine Ausgasungsdetektion eine effektive Sicherheitsmaßnahme in Umgebungen ist, in denen Lithium-Ionen-Akkus eingesetzt werden – beispielsweise in Batterie-Energiespeichersystemen (BESS) und Rechenzentren.

Rechenzentren: Um eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) zu gewährleisten, werden die Datenverarbeitungsanlagen moderner Rechenzentren immer häufiger mit Lithium-Ionen-Akkumodulen ausgestattet. Dadurch entstehen – sofern keine Sicherheitsmaßnahmen umgesetzt wurden – neue Risiken für die geschäftskritische Infrastruktur: thermisches Durchgehen, Feuer oder Freisetzung toxischer Gase.

Batterie-Energiespeichersysteme (BESS): Thermisches Durchgehen zählt zu den größten Risiken für Versicherungsunternehmen und Entwickelnde von Energiespeichern. Für BESS mit hoher Kapazität, vor allem in kompakten oder geschlossenen Umgebungen, sind robuste Strategien zur Risikominderung unverzichtbar geworden.

Verloop betont, dass die renommierten FM Datenblätter zur Schadenverhütung auf Basis kontinuierlicher Forschungsarbeiten regelmäßig aktualisiert werden, darunter auch das Datenblatt 5‑33, „Lithium-Ion Battery Energy Storage Systems“. So unterstützt FM Kunden und die gesamte Branche beim Schutz geschäftskritischer Anlagen sowie bei der Erhöhung ihrer Resilienz.

Darüber hinaus veröffentlichte FM vor Kurzem ein Datenblatt zur Herstellung und Lagerung von Lithium-Ionen-Akkus – das erste seiner Art. Weitere Informationen dazu finden Sie hier. Im FM Datenblatt zu Rechenzentren werden FM Approvals anerkannte Sprühnebelanlagen für den Brandschutz in Nichtlager-Nutzungsarten entsprechend Gefahrenklasse 2 (HC-2) empfohlen, wenn Notstromversorgungssysteme auf Basis von Lithium-Ionen-Akkus vorhanden sind.

3. FM Approvals anerkannte Lösung für die Detektion der Ausgasung von Lithium-Ionen-Akkus

Auch im Jahr 2025 trieb FM Initiativen zur Schadenverhütung weiter voran: FM Approvals, international anerkannt für die unabhängige Prüfung und Zertifizierung von Produkten und Lösungen, gab einen diesbezüglichen Meilenstein bekannt: Der Li-ion Tamer (LT-SEN-M) von Nexceris wurde als erster Ausgasungsdetektor für Lithium-Ionen-Akkus in die Liste der FM Approvals anerkannten Produkte aufgenommen. Dieses System ist für offene Bereiche wie Rechenzentrumsräume geeignet.

Zusätzlich zertifizierte FM Approvals die Version Gen2+ des Li-ion Tamer-Systems, eine kostengünstige Lösung zum Schutz kleiner Batteriemodule oder -gehäuse. Sie wird vor allem für den lokalen Schutz von Batterien in Rechenzentren eingesetzt.

„Das ist ein echter Meilenstein, denn bisher ging es darum, einen bereits entstandenen Brand einzudämmen“, so Patrick Byrne, Operations Vice President und Group Manager bei FM Approvals. „Jetzt geht es darum, einen Brand gar nicht erst entstehen zu lassen.“

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Im Mai kündigte FM die Einführung seiner neuen Initiative „Intellium“ an. Damit sollen Kunden bei der Minimierung von Risiken in der heutigen Geschäftswelt unterstützt werden, die vom Cloud- und KI-Boom geprägt ist. Zudem bietet die Intellium Lösungen für die daraus resultierenden Anforderungen an Rechenzentren und die steigende Nachfrage nach Stromerzeugungskapazitäten.

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