Wat houd het "gassen" van een LFP accucel in, want zijn de gevolgen en hoe kan je het voorkomen?
Een LFP accucel, dus ook een LFP accu die opgebouwd is uit accucellen, kan door verkeerd gebruik gaan "gassen". Hierbij ontstaan in de accucel, onbedoeld en zéér ongewenst, diverse soorten gassen en die zullen via het overdrukventiel, dat zich bovenin accucel bevindt, ontsnappen.
Het ontsnappende gas bestaat uit diverse soorten gassen die zeer giftig, brandbaar dan wel ontplofbaar zijn.
Als een accucel gaat "gassen" dan is het érg fout gegaan en moet je maar één ding doen: snel weglopen, anderen in de buurt waarschuwen een 112 bellen.
Niet volledig
De informatie in dit artikel is een versimpelde voorstelling van zaken, maar technisch wel correct, echter niet volledig. Het artikel is alleen van toepassing op LFP, lithium ijzerfosfaat (lithium iron phosphate) of LiFePO4 accucellen.
Let op: explosiegevaar!
Mocht je ooit het gassen van een accucel meemaken en je hebt een "noodknop", een werkschakelaar, of wat voor knop/schakelaar dan ook om de werking van de thuisbatterij / EOS te onderbreken, dan geven we je het dringende advies om die noodknop vooral niet te gebruiken indien deze zich in dezelfde ruimte bevindt als de accu.
Een noodstop, werkschakelaar of wat voor voorziening dan ook die zich buiten de ruimte bevindt waar de accu opgesteld staat moet je uitdrukkelijk wel gebruiken.
Dit advies vloeit voort uit het feit dat in de ruimte waar de accu staat, gevuld zal worden met uiterst ontplofbare gassen zoals waterstof indien de accu zal "gassen".
Iedere schakelaar "in die ruimte", bijvoorbeeld van het licht, van de thuisbatterij of wat dan ook zal tijdens het in- of uitschakelen een klein vonkje veroorzaken (dat vonkje is vaak niet zichtbaar). Zo'n uiterst klein vonkje is ruim voldoende om het gas in die ruimte tot ontploffing te brengen.
Zorg dat in de accuruimte geen vonk(je) kan ontstaan tijdens of na het gassen van een accu. Schakel geen enkele schakelaar (van wat voor apparaat dan ook) aan, maar ook zeker niet uit. Trek ook geen enkele stekker ergens uit en stop een stekker ook nergens in, want bij het insteken of uittrekken van een stekker ontstaan ook altijd vonken.
Ook een statische ontlading tussen jou een een metalen voorwerp is voldoende om de ruimte waar de accu staat tot ontploffing te brengen.
Het enige advies dat we kunnen bedenken is, als je in staat bent dit zonder statische ontlading te veroorzaken (alleen dan!), een deur naar buiten wagenwijd open te zetten. Let op: voordat je een deurklink aanraakt, hurk dan eerst en plaats je handen voor een aantal seconde op een harde vloer. Dit zal zorgen dat je statisch ontladen bent en geen vonk zal ontstaan als je deurklink aanraakt. Geen harde vloer? Zet dan je handen even tegen een muur. Doe bij voorkeur je schoenen uit en indien van toepassing, je trui uit.
Doe verder absoluut niets, plaats ook absoluut geen ventilator, betreed die ruimte niet. Ga naar buiten, waarschuw anderen en bel 112.
Het openzetten van de deur "naar de buitenlucht" dient twee doelen: 1. mocht zich een ontploffing zich voordoen dan zal een groot deel van de drukgolf via de deuropening ontsnappen, hiermee beperk je de schade aan de ruimte/woning (die anders waarschijnlijk compleet uit elkaar geblazen wordt, vergelijkbaar met een "aardgas explosie"), en 2. via de open deur kan (een deel) van het opgehoopte gas uit de ruimte langzaam weglekken. Bedenk dat waterstofgas lichter is dan lucht en zich minimaal, maar zeker, bovenin de ruimte zich zal verzamelen.
Het grootste gevaar van een LFP accu is dan ook niet "brandgevaar", maar ontploffingsgevaar. Bij andere type lithium accu's, zoals NMC, LiPo en anderen zal tijdens overladen van de accu vrijwel zeker brand ontstaan.
Bij een LFP accu zal normaal gesproken bij overladen juist geen brand ontstaan, dat maakt hem dus iets veiliger dan andere accutypen, maar er zullen wel zeer brandbare gassen kunnen ontstaan zoals we in dit artikel beschrijven.
Hoe groot is de kans dat een LFP accu zal gassen?
De kans op gassen van een LFP accu is zeer klein, maar niet uitgesloten. We hebben geen cijfers hoe vaak dit voorkomt. Maar we hebben diverse berichten gelezen dat dit is gebeurd.
Hoe kom je er achter dat een accucel staat te gassen of heeft staan gassen?
We hebben het zelf niet meegemaakt maar wat we lezen is dat er een "vreemde" geur waar te nemen is. Sommige noemen het een zoete geur. De accucel die is gaan gassen zal ook "opgezwollen" zijn. Dit is vooral te zien aan de zijkanten van de accucel.
Mocht je een vloeistof onder/naast de accu zien, dan is dat vrijwel zeker elektrolyt (zie later) en dat zal normaal gesproken alleen maar ontsnappen tijdens het gassen.
Maar op de keper beschouwd, zijn dit zaken die je alleen kan waarnemen als je de ruimte betreed waar de accu staat, en dat raden we juist ten sterkste af.
Hoe ontstaat "gassen"?
Het "gassen" van een LFP accu kan bijvoorbeeld ontstaan als een accucel zéér sterk overladen wordt. Op dat moment is de accucel zéér ver voorbij het door de fabrikant gestelde maximum geladen. Zo'n situatie zou niet mogen voorkomen omdat het BMS het laadproces bewaakt en het overladen van een accu voorkomt.
Dit gassen is een echt zeer uitzonderlijke situatie en zal normaal gesproken niet voorkomen, maar kan onder de volgende condities wel ontstaan:
- Bij verkeerd ingestelde laad/ontlaadelektronica (BMS)
- Bij een defect in de laad/ontlaadelektronica (BMS)
- Bij het gebruik van een LFP accu zonder BMS
- Door een defect in de LFP accu als gevolg van een productiefout
- Doordat, soms weken, eerder de LFP accu buiten zijn limieten is gebruikt
- Doordat de LFP accu beschadigd is geraakt (spijker, kogel, een balk die op de accu gevallen is, et cetera)
Is het dan wel zo verstandig om een LFP accu (of EOS waarin een LFP accu zit) in huis op te stellen?
Gezien de risico's is het zéér onverstandig om een LFP accu binnen de bouwschil van de woning te plaatsen. De voornaamste reden is de kans op dit "gassen" en de kans op een explosie achteraf.
Een aanpandige garage is al een beter idee, maar nog steeds niet zonder risico op schade van het woonhuis. Beter nog in een apart gebouwtje.
Achtergrondinformatie over het ontstaan van gassen van een LFP accucel
Tijdens het ontladen van een LFP accu zullen lithium ionen zich verplaatsten van de kathode (de pluspool) via het elektrolyt (een vloeistof tussen de kathode en anode) naar de anode (de minpool).
Tijdens het laden van een LFP accucel wordt dit proces omgedraaid. Een elektrische stroom, de laadstroom, zorgt dat lithium ionen zich verplaatsten van de anode naar de kathode. Zodra haast alle lithium ionen zich weer bij de kathode bevinden wordt de accucel als "volgeladen" beschouwd en wordt het laadproces gestopt.
Het laden wordt dus gestopt voordat alle lithium ionen zich verplaatst hebben naar de kathode. Ondanks dat de acculader meldt dat de accu voor 100% geladen is, zal altijd een bepaalde reserve aangehouden worden en zullen dus altijd een bepaalde hoeveelheid lithium ionen nog niet aan de kathode kant zitten.
Of een accucel niet te ver geladen wordt zal primair uitgevoerd worden door de accucelspanning te bewaken, dat is één van de taken van het BMS. Die moet tijdens het laden niet verder stijgen dan 3,65 Volt per cell. Die spanning wordt door de fabrikanten als "veilige maximale laadspanning" gezien.
Wanneer na het bereiken van die 3,65 Volt niet wordt gestopt met laden, maar een stroom door de accu gestuurd blijft worden, zal dit zorgen dat (vrij snel) de accucelspanning voorbij deze 3,65 Volt stijgt. Die verhoging wordt veroorzaakt doordat het steeds moeilijker wordt voor de lithium ionen om een "vrije plaats" te vinden in het grafiet van de kathode. De temperatuur van de accucel zal daardoor toenemen en bij een bepaalde spanning, vanaf zo'n 4,2 Volt, zal de temperatuur sneller stijgen, het elektrolyt zal zich dan gaan ontleden en zullen gassen ontstaan die via het overdrukventiel van de accucel zullen ontsnappen.
Tijdens dit ontledingsproces zal op een gegeven moment zéér veel warmte ontstaan en zal het ontledingsproces zichzelf in stand houden en zelfs zichzelf versterken. Het uitschakelen van de laadstroom zal dit proces niet meer kunnen stoppen. Op dat moment is sprake van een "thermal runaway", dat is een onomkeerbaar proces waarbij de temperatuur van de accucel zéér sterk oploopt tot circa 600 graden Celsius en gassen blijven ontsnappen.
Dit thermal runaway proces is alleen te vertragen en uiteindelijk mogelijk te stoppen als je temperatuur van de accucel sterk kan verlagen. Vandaar dat de brandweer vaak kiest om de accu in een grote bak met water onder te dompelen. Het water kan namelijk zeer veel energie absorberen waardoor de temperatuur van de accucel (langzaam) zal dalen. Afhankelijk van de grootte van de accu zal dit afkoelingsproces meerdere dagen duren.
Welke gassen komen vrij bij het "gassen" van een LFP, Lithium ijzerfosfaat, LiFePO4 accucel?
Welke gassen tijdens de thermal runaway ontstaan, is afhankelijk van de samenstelling van het elektrolyt, die in beperkte mate verschilt tussen fabrikanten.
Bij het "gassen" komt relatief veel waterstofgas (H2) en in mindere mate, koolmonoxide (CO) en kooldioxide (CO2) vrij, naast een aantal andere gassen.
Het waterstofgas is een uiterst brandbaar gas. Wanneer waterstof gas zich mengt met lucht zal bij een concentratie tussen de circa 9% en 68% een zeer ontplofbaar mengsel ontstaan.
Bij een concentratie van circa 15-40% (waterstof/luchtmengsel) is maar 0,02 mJ (milliJoule) energie benodigd (dat is heel weinig) voor een ontsteking. Ter referentie, aardgas (methaan) heeft een vijftien keer hogere ontstekingswaarde (0,3 mJ). En zoals je kan lezen in krantenartikelen van woningen waar een gasexplosie zich heeft voorgedaan, is aardgas al zeer snel tot ontploffing te brengen, laat staan dus waterstofgas.
Buiten die 15-40% geldt bij concentraties tussen de 9% en 68% een ontstekingswaarde van 0,3 mJ.
Een statische ontlading doordat je een metalen voorwerp aanraakt, een schakelaar die in- of uitgeschakeld wordt, waarbij altijd vonkjes ontstaan, of een zekering die doorsmelt en dit altijd gepaard gaat met vonken, is voldoende om de accuruimte waarin zich dit waterstofmengsel heeft verzameld op een uiterst spectaculaire en snelle manier van vorm te laten veranderen.
We hebben foto's gezien van een half weggeblazen huis nadat in een kelder van de woning LFP accu's waren opgesteld en minimaal één daarvan heeft staan gassen. Wat de ontstekingsbron is geweest is zover wij weten nooit ontdekt.
Hoe kan het gassen van een LFP accu voorkomen worden?
Simpel gezegd, door te zorgen dat de accucelspanning nooit voorbij de 3,65 Volt komt. Dat lijkt op zich een zeer eenvoudig te bereiken doel. Op de acculader kan je de maximale accuspanning invoeren. Bijvoorbeeld bij een 12 Volt accu (die uit 4 accucellen bestaat), is dit 4 x 3,65 Volt, dus 14,6 Volt. Bij een 24 Volt accu is dit 8 x 3,65 = 29,2 Volt en voor een 48 Volt accu is dit 16 x 3,65 = 58,4 Volt.
Zodra die spanning bereikt wordt zal de acculader het laadproces direct stoppen. Maar er zitten twee addertjes onder het gras.
1. Wat nu als de acculader defect raakt, en de laadspanning wél boven de 14,6 / 29,2 of 58,4 Volt stijgt?
2. Wat als de accuspanning onder de 14,6 / 29,2 of 58,4 Volt blijft maar één (of meerdere) accucellen een spanning hebben die onverwacht hoger wordt dan 3,65 Volt? Voorbeeld: drie accucellen hebben een spanning van 3,55 Volt (samen dus 10,65 Volt) en één accucel heeft een spanning van 3,8 Volt, te samen dus 10,65 + 3,8 = 14,45 Volt. De accuspanning ligt dus onder de veilige grens van 14,6 Volt, maar een individuele accucel heeft een onacceptabele spanning van 3,8 Volt.
Zo'n situatie doet zich voor als de accucellen waaruit de accu bestaat "niet gebalanceerd" zijn. Een onbalans tussen accucellen is op zich een redelijk normaal verschijnsel en moet opgelost worden door het BMS die tijdens het laatste gedeelte van het laadproces, de accucellen zal balanceren.
Deze twee situaties kunnen voorkomen worden door gebruik te maken van een BMS een battery management system. Een BMS heeft als primaire taak "de minima en maxima" van de accu en van iedere accucel te bewaken.
Mocht de BMS constateren dat bijvoorbeeld één cel een spanning heeft die hoger is dan 3,65 Volt (deze waarde is instelbaar op het BMS) dan schakelt de BMS direct de laadspanning/laadstroom uit en voorkomt daarmee een thermal runaway dus gassen van een cel.
Feitelijk moet dus iedere LFP accu voorzien worden van een BMS. Doe je dat niet, dan neem je een zeer groot risico.
Wat moet je doen met een accucel die gegast heeft?
Wat je vooral niet moet doen is deze accucel(len) opnieuw in gebruik nemen. Dat is vragen om (toekomstige) problemen.
Breng de accucel(len) naar de milieustraat.
Lekken van elektrolyt tijdens gassen
Mocht de accucel niet "rechtop" gebruikt worden, dus als de accucel "op zijn kant ligt" (accupolen niet naar boven gericht) en het overdrukventiel zich opent omdat de geproduceerde gassen en te grote druk hebben opgebouwd in de cel, dan zullen niet alleen gassen vrijkomen maar ook het elektrolyt.
Het vloeibare elektrolyt in een LFP accucel, indien deze rechtop gebruikt wordt, zal normaal gesproken zodanig hoog gevuld zijn dat de anode en kathode compleet ondergedompeld zijn. Tussen het elektrolyt en het overdrukventiel bevindt zich een ruimte. Hierdoor zal alleen gas ontsnappen als de accucel rechtop gebruikt wordt.
Ligt de accucel op zijn zij, dan zal het elektrolyt tegen het overdrukventiel aandrukken, maar onder normale condities zal vanwege de geringe druk het elektrolyt niet uit het overdrukventiel lekken.
Wordt het overdruk ventiel geopend tijdens het gassen, dan zal bij niet rechtop gebruik dus ook elektrolyt uit de cel lekken.
Overigens, het gebruik van een LFP accucel "op zijn zij" wordt afgeraden en bij sommige modellen/fabrikanten wordt dit zelfs uitdrukkelijk verboden.
De lessen die we hieruit kunnen leren:
- Een DC zekering hoort zich nooit te bevinden in een accubak. In die accubak zal tijdens het gassen een ontplofbaar mengsel ontstaan. Mocht tijdens dit gassen de zekering doorsmelten dan gaat dit altijd gepaard met vonken. De gevolgen laten zich raden. Het beste is om de zekering buiten de accuruimte aan te brengen, maar dat is vaak praktisch erg lastig. Een goed gasdicht afgedichte zekeringruimte (hermetisch is haast onmogelijk maar zorg dat gas niet gemakkelijk in deze ruimte kan komen), denk aan een apart kastje ter grootte van de zekering en dan ook nog bij voorkeur fysiek lager, of zo laag als mogelijk, aangebracht ten opzichte van de accu, is sterk aan te bevelen. Denk er aan dat ontvlambare gassen lichter zijn dan lucht en zich in eerte instantie verzamelen bovenin de ruimte waar de accu staat.
- Voor een DC schakelaar of DC automaat geldt hetzelfde als bovenstaand.
- Voorzie de accubak van een opening waaruit het gas kan ontsnappen. Breng die opening bij voorkeur zo hoog mogelijk aan waardoor het gas vanzelf de accubak zal verlaten. Overweeg om deze opening te koppelen aan een (brede) leiding die het gas naar buiten leidt of een ruimte waar dit minder kwaad kan. Denk er aan dat die leiding altijd "naar boven" moet lopen waardoor de lichte gassen op een natuurlijke manier afgevoerd worden.
- Plaats een noodschakelaar en/of werkschakelaar nooit in de "accuruimte", waar ontbrandbare gassen kunnen ontstaan, maar breng hem buiten de betreffende ruimte aan, liefst in de buitenlucht.
Verder lezen
Dit artikel maakt deel uit van een artikelenreeks waarbij we de vele aspecten van de LFP accu bespreken.
publicatie: 20250910
aanpassing/controle: 20260514
Foutje of aanvulling? Stuur ons een reactie