Thermal Runaway der Batterie früh erkennen: Gas, Druck oder Temperatur?

Warum eine Warnung oft kommt, bevor überhaupt etwas zu sehen ist

Eine Lithium-Ionen-Zelle, die intern zu versagen beginnt, springt selten sofort zu offener Flamme oder sichtbarem Rauch. Davor liegt eine Phase, in der die Zelle Gase freisetzt und der Druck im geschlossenen Gehäuse messbar steigt, während die Temperatur außen am Pack noch eine Weile fast unverändert bleiben kann. Genau dieser zeitliche Vorlauf ist der Kern dieses Beitrags: Wer bei einem beginnenden Thermal Runaway an der richtigen Stelle in dieser Kette misst, gewinnt Zeit, die eine reine Temperaturüberwachung nicht liefert.

Viele ältere Warnkonzepte setzten stark auf Temperatur, weil sie einfach und günstig zu messen ist. Das hat einen Haken. Bis ein außen am Zellstapel montierter Fühler eine klare Erhöhung zeigt, kann die Reaktion in einer einzelnen Zelle bereits deutlich weiter fortgeschritten sein, denn Wärme muss erst durch Nachbarzellen, Kühlplatten und Gehäusematerial wandern. Gas- und Drucksensoren sitzen dagegen direkt im abgeschlossenen Gehäuse und reagieren auf einen anderen physikalischen Effekt, näher an der eigentlichen Quelle.

Dieser Beitrag bleibt bewusst bei genau diesen drei Signalen und ihrer Reihenfolge: Gas, Druck und Temperatur. Wie sich ein einzelner Thermal Runaway später auf Nachbarzellen ausbreiten kann, ist ein eigenständiges Thema. Welche baulichen Barrieren das verlangsamen, gehört zu einer eigenen Fachliteratur und wird hier nicht vertieft. Ebenso wenig geht es um Zellspannung oder Spannungsdrift als allgemeine Alterungs- oder Frühwarnwerte. Das gehört zu einem anderen Diagnosefeld.

Die Signalkette: vom ersten Gasmolekül bis zur Abschaltung

Eine belastbare Frühwarnung liest nie einen einzelnen Wert isoliert. Sie ordnet Messgrößen in eine plausible Reihenfolge ein: zuerst eine Gaskonzentration oder ein Stellvertretersignal dafür, dann der Packdruck samt Anstiegsrate, danach die Pack- und Umgebungstemperatur. Danach folgen Zustandsgrößen auf Zellebene, dann der Warnzustand des Batteriemanagementsystems und zuletzt die Trennung der Hochvolt-Verbindung über die Schütze. Diese Reihenfolge ist kein Zufall. Sie folgt der Physik: Ein chemisches Ereignis erzeugt zuerst Stoff und Druck, danach erst spürbare Wärme an der Außenhülle.

Wer nur das letzte Glied dieser Kette liest, eine Warnleuchte oder einen bereits geöffneten Schützkontakt, sieht lediglich, dass irgendwo im System eine Entscheidung getroffen wurde, nicht aber auf welcher physikalischen Grundlage. Für eine nachvollziehbare Einordnung gehören deshalb möglichst viele Glieder dieser Kette ins Log, nicht nur das Endergebnis.

Genauso aufschlussreich ist eine Kette, die aus der Reihe fällt. Zeigt ein System eine Hochvolt-Isolationsstörung, ohne dass vorher irgendein Gas- oder Drucksignal auffällig war, spricht das eher gegen eine langsam anwachsende chemische Reaktion in einer Zelle. Wahrscheinlicher ist dann ein mechanischer Schaden oder ein elektrischer Fehler an anderer Stelle. Diese Abgrenzung ist ein eigenes Diagnosefeld und wird hier nicht weiter ausgeführt. Wichtig ist nur: Die Reihenfolge selbst trägt schon eine erste Information.

Gas-Sensorik: warum Wasserstoff das früheste Signal liefert

Beginnt eine Zelle intern zu versagen, entstehen Gase. Das passiert, bevor überhaupt eine offene Flamme sichtbar wird. Wasserstoff gehört zu den Bestandteilen dieser Ausgasung, die vergleichsweise früh und verlässlich auftreten. Ein Sensor im Gehäuse selbst kann einen Anstieg der Wasserstoffkonzentration deshalb registrieren, während die Zelle von außen noch unauffällig wirkt.

Zwei aktuelle Beispiele aus der Automobilzulieferung zeigen, wie konkret dieser Ansatz inzwischen umgesetzt wird. Sensirion brachte im Juni 2026 mit dem STC42A einen digitalen, automotive-qualifizierten Wasserstoffsensor in die weltweite Verfügbarkeit, der laut Hersteller gezielt für die frühe Erkennung von Thermal Runaway in Batteriemanagementsystemen ausgelegt ist. Er misst nach dem Prinzip der Wärmeleitfähigkeit und liefert ein werkskalibriertes, digitales Signal über I2C. Feuchte- und Temperatureinflüsse werden automatisch kompensiert, damit ein einzelner Umgebungswechsel nicht als falscher Gasanstieg erscheint.

Infineon verfolgt mit dem XENSIV TCI-B denselben physikalischen Ansatz über eine differenzielle MEMS-Struktur. Zusätzlich ist er nach ISO 26262 bis ASIL B funktional-sicherheitsklassifiziert. Der Sensor deckt einen Messbereich von 0 bis 16 Volumenprozent Wasserstoff ab, reagiert laut Datenblatt in unter 100 Millisekunden und erreicht eine Genauigkeit von rund ±0,12 Volumenprozent, bei etwa 112 Mikroampere Stromverbrauch je Messung pro Sekunde. Infineon führt ihn sowohl für die Thermal-Runaway-Früherkennung als auch für die Erkennung von Wassereintritt in den Batteriepack.

Wichtig bleibt dabei eine Einschränkung. Diese Zahlen beschreiben ein konkretes Bauteil, keine allgemeine Alarmgrenze für jedes Fahrzeug. Ab welcher Konzentration ein Batteriemanagementsystem tatsächlich eine Warnung auslöst, legt der jeweilige Fahrzeughersteller fest – abgestimmt auf Gehäusevolumen, Sensorposition und die eigene Sicherheitsvalidierung.

Drucksensorik: warum ein Peak ohne Referenz nichts beweist

Ein geschlossenes Batteriegehäuse hat ein festes Volumen. Setzt eine Zelle Gas frei und kann dieses nicht sofort entweichen, steigt der Innendruck messbar an, noch bevor draußen am Gehäuse überhaupt etwas zu riechen oder zu spüren ist. Ein im Pack verbauter Drucksensor erfasst diesen Anstieg direkt an der Quelle.

Infineon bietet mit dem KP497 einen für Batterieanwendungen ausgelegten Drucksensor an. Er misst einen absoluten Druckbereich von rund 20 bis 250 Kilopascal, mit einer Genauigkeit von etwa ±2 Kilopascal. Das Bauteil verbindet die Druckmessung mit einem einachsigen Beschleunigungssensor und einer Temperaturmessung in einem Gehäuse, angesprochen über I2C oder eine Drei-Draht-SPI-Schnittstelle. Ein autonomer Low-Power-Modus mit schwellenwertbasiertem Aufwachen lässt den Sensor weitgehend unabhängig von einem übergeordneten Steuergerät arbeiten. Dieses Detail wird im nächsten Abschnitt zum Parkzustand noch wichtig.

Ein einzelner Druckwert ist aber nur mit Referenz aussagekräftig. Ohne bekannten Ausgangsdruck des Gehäuses bleibt eine isolierte Zahl schwer einzuordnen. Das gilt erst recht ohne aktuellen Umgebungsdruck, der selbst mit Wetter und Höhenlage schwankt. Dazu kommt: Ein scharfer Druckpeak kann auch von etwas Alltäglichem stammen. Ein veränderter Dichtheitszustand am Entlüftungspfad reicht dafür schon, ebenso ein bloßes Messartefakt – nicht zwingend ein beginnender Thermal Runaway. Genau deshalb braucht ein Drucksignal die Verbindung zu anderen Kanälen, statt für sich allein eine Aussage zu tragen.

Warum die Gehäusetemperatur meist zuletzt reagiert

Wärme aus einer einzelnen Zelle, in der ein Thermal Runaway beginnt, muss erst durch Nachbarzellen, Kühlplatten, strukturelle Bauteile und Isolationsmaterial wandern, bevor sie an einem außen montierten Temperaturfühler ankommt. Dieser Weg hat reale thermische Masse und realen Wärmewiderstand. Dadurch entsteht ein zeitlicher Abstand zwischen dem Beginn des Thermal Runaway und einer klar messbaren Temperaturerhöhung am Gehäuse. Gas- und Druckveränderungen in einem geschlossenen Volumen breiten sich dagegen fast so schnell aus, wie sich das Gas selbst im Innenraum bewegen kann. Das ist deutlich schneller als eine Wärmefront durch festes Material.

Das macht Temperatur nicht wertlos. Sie bleibt ein wichtiger Teil der Signalkette. Häufig ist sie das Signal, das später bestätigt, dass eine Reaktion tatsächlich im Gange ist. Ein Temperaturgradient zwischen mehreren Modulen bleibt zudem ein aussagekräftiges Zusatzsignal, sobald andere Kanäle bereits einen Verdacht begründet haben. Wer Temperatur aber als primären Frühwarnkanal behandelt, dreht die tatsächliche Reihenfolge um. Bis sie sich klar bewegt, haben Gas- und Drucksensoren einen beginnenden Thermal Runaway in aller Regel bereits gemeldet.

Drei Verwechslungen, die eine Frühwarnung falsch lesen

Drei Denkfehler tauchen bei der Frühwarnung vor Thermal Runaway besonders häufig auf, und alle drei entstehen aus derselben Ungeduld: aus einem einzelnen Wert zu schnell eine fertige Aussage zu machen.

Der erste ist, einen Gaswert wie eine Zelltemperatur zu behandeln. Ein steigender Wasserstoffwert beschreibt eine chemische Ausgasung, keine direkte Temperaturmessung. Beide Größen treten in einem echten Ereignis oft zusammen auf. Trotzdem sind sie physikalisch zwei verschiedene Dinge, die getrennt bezeichnet gehören. Der zweite Fehler ist, einen Druckpeak ohne Umgebungsreferenz zu bewerten. Ohne aktuellen Umgebungsdruck und ohne bekannten Ausgangszustand des Gehäuses bleibt eine einzelne Druckzahl eine isolierte Größe. Aus ihr lässt sich allein noch keine belastbare Aussage ableiten.

Der dritte Fehler ist der gefährlichste: einen ausgelösten Warnsensor als Freigabe zum Weiterfahren misszuverstehen. Eine Warnung ist ein Auslöser für eine sichere Reaktion. Sie ist kein bestätigter Befund, den jemand durch Weiterfahren selbst gegenprüfen sollte. Wer nach einer solchen Warnung weiterfährt, um zu sehen, ob wirklich etwas passiert, verwechselt eine Sicherheitsfunktion mit einer unverbindlichen Empfehlung.

Zwei Kontrollvergleiche statt Teiletausch auf Verdacht

Der erste Kontrollvergleich stellt das auffällige Hauptsignal einem zweiten, unabhängigen Kanal gegenüber – etwa Gas- gegen Drucksignal, weil beide auf unterschiedlichen physikalischen Prinzipien beruhen. Bleibt der Druck stabil, während der Gaswert langsam ansteigt, oder umgekehrt, verändert das, wie viel Gewicht der erste Befund verdient. Ein echter, fortschreitender Thermal Runaway zeigt sich früher oder später auf mehr als einem Kanal. Ein isolierter Ausschlag auf nur einem Signal ist dagegen ein schwächerer Fall.

Der zweite Kontrollvergleich prüft gegen einen dokumentierten, bekannten Referenzzustand: vergleichbare Umgebungstemperatur, vergleichbarer Ladezustand, vergleichbare Zeit seit der letzten Ladung. Nicht zulässig sind dabei absichtliche Grenztests. Dazu zählen ein gezieltes Provozieren eines Zellfehlers, ein Umgehen von Sicherheitsschaltungen oder ein bewusstes Auslösen einer Isolationsstörung, nur um zu sehen, wie die Sensorik reagiert.

Erst wenn beide Kontrollvergleiche in dieselbe Richtung zeigen, wird aus einer einzelnen Beobachtung eine tragfähige Aussage. Eine auffällige Messung allein ist noch kein Beweis, egal wie plausibel sie im Moment wirkt.

Warum der Parkzustand mitzählt

Sensoren wie der beschriebene Drucksensor sind ausdrücklich für einen autonomen Low-Power-Betrieb ausgelegt. Sie arbeiten mit reduzierter Abtastrate weiter und wachen bei einer Schwellenwertüberschreitung eigenständig auf, auch ohne aktives übergeordnetes Steuergerät. Das ist kein Nebendetail. Ein langsam fortschreitender Thermal Runaway entwickelt sich nicht zwangsläufig nur während der Fahrt. Ein Fahrzeug, das über Nacht in einer Garage steht, ist genau die Situation, in der ein niedrig getaktetes, aber wachsames System am meisten zählt – weil niemand aktiv auf ein Display schaut.

Praktisch bedeutet das: Eine Frühwarnarchitektur, die nur während der Fahrt Daten erfasst, lässt einen relevanten Teil des Fahrzeuglebens ungeprüft. Der Wert eines autonom arbeitenden Sensors liegt deshalb nicht nur in seiner Messgenauigkeit. Er liegt ebenso darin, dass der Sensor auch dann noch mitzählt, wenn das Fahrzeug scheinbar nichts tut.

Wie viel Zeit eine frühe Warnung tatsächlich verschafft

Internationale Sicherheitsanforderungen an Elektrofahrzeuge behandeln die Zeit zwischen dem Beginn eines Thermal Runaway und einer gefährlichen Situation im Innenraum ausdrücklich als knapp bemessen. Öffentlich zugängliche Beschreibungen der einschlägigen UN-Regelung nennen ein Zeitfenster von wenigen Minuten. Innerhalb dieser Zeit muss eine Warnung ausgelöst sein, damit Insassen das Fahrzeug noch sicher verlassen können. Diese Angabe stammt aus sekundärer Berichterstattung über das Regelwerk, nicht aus einer selbst zeichengenau gegengelesenen Primärfassung, und wird hier bewusst so gekennzeichnet.

Gerade dieses enge Zeitfenster erklärt, warum ein Sensor mit Reaktionszeit im Millisekundenbereich einen echten Unterschied macht. Gegenüber einer Warnung, die erst bei spürbarer Gehäusewärme kommt, zählt dieser Unterschied in Minuten, nicht in Sekunden. Wie genau sich ein einzelner Thermal Runaway anschließend auf Nachbarzellen überträgt, ist wie eingangs beschrieben ein eigenes Themenfeld. Welche baulichen Maßnahmen diese Ausbreitung verlangsamen, wird hier nicht behandelt.

Wann eine eigene Prüfung endet und ein Fachprozess beginnt

Diese Diagnosemethode ist als lesende, auswertende Betrachtung gedacht. Sie ist keine Einladung, selbst an sicherheitsrelevanter Hochvolt-Technik zu experimentieren. Die eigene Auswertung endet, sobald eine Hochvolt-Isolationswarnung auftritt, eine ungewöhnliche Erwärmung spürbar wird, Rauch oder Geruch wahrnehmbar ist, ein Gas- oder Druckwarnsensor tatsächlich auslöst oder ein nicht autorisierter Sicherheitszustand angefordert wird. Der richtige nächste Schritt ist dann ein qualifizierter Fachprozess, keine weitere eigene Belastungsprobe.

Das schließt insbesondere aus: Sicherheits-, Hochvolt-, Airbag-, Brems- oder Lenksystemschutz testweise zu umgehen. Auch eine bereits ausgelöste Warnung „zur Kontrolle“ durch Weiterfahren zu prüfen, gehört nicht dazu. Ebenso wenig, ein Batteriegehäuse zu öffnen, das eine aktive Warnung zeigt. Wer hier vorsichtig bleibt, verliert nichts an diagnostischer Aussagekraft. Die im vorigen Abschnitt beschriebenen Kontrollvergleiche funktionieren vollständig mit sicher erfassbaren, nicht provozierten Daten.

Warum ein Herstellerwert keine allgemeine Alarmgrenze ist

Die in diesem Beitrag genannten Zahlen beschreiben konkrete Halbleiterbauteile: Messbereich und Ansprechzeit des Wasserstoffsensors, Druckbereich und Genauigkeit des Drucksensors. Sie sind keine allgemeine Alarmschwelle für jedes Batteriepack. Ein Datenblatt sagt, was ein Chip auflösen kann. Es sagt nicht, bei welchem exakten Wert das Batteriemanagementsystem eines bestimmten Fahrzeugs tatsächlich eine Warnung auslöst oder die Hochvolt-Verbindung trennt.

Diese Entscheidung hängt von Gehäusevolumen, Sensorposition, Zellchemie und der eigenen Sicherheitsvalidierung des jeweiligen Herstellers ab. Genau deshalb bleibt sie in diesem Beitrag unbeantwortet. Wer für ein konkretes Fahrzeug eine belastbare Zahl braucht, findet sie – wenn überhaupt öffentlich zugänglich – nur in der Herstellerdokumentation, nicht in einem allgemeinen Fachartikel über Sensorprinzipien.

Was ein Eingriff an dieser Sensorik für die Zulassung bedeutet

Gas- und Drucksensorik samt der daran hängenden Warnlogik sind sicherheitsrelevante Bestandteile der genehmigten Fahrzeugauslegung. Drei Fälle zeigen, worum es geht: ein Batteriepack ohne gleichwertige Überwachung als Tausch, ein stillgelegter Warnausgang, oder eine Verkabelung, die einen Gas- oder Drucksensor faktisch umgeht. Keiner dieser Fälle ist eine kosmetische Änderung. Jeder greift in eine Funktion ein, die genau für die Sicherheit von Insassen und anderen Verkehrsteilnehmern ausgelegt wurde.

Umbauten am eigenen Fahrzeug. Ob ein Umbau auf öffentlichen Straßen betrieben werden darf, entscheidet der Genehmigungszustand des Fahrzeugs — die Genehmigung des Teils, der Einbau nach ihren Auflagen und, wo nötig, die Abnahme durch eine dafür zuständige Stelle. Solange diese Kette nicht vollständig ist, gehört der Umbau auf Privatgelände, Testflächen und in nicht öffentliche Bereiche.

Der rechtliche Anknüpfungspunkt liegt nahe bei dem, was diese Sensorik überhaupt leistet. § 19 Absatz 2 Satz 2 Nummer 2 StVZO lässt die Betriebserlaubnis erlöschen, wenn eine Änderung eine Gefährdung von Verkehrsteilnehmern erwarten lässt. Eine entfernte oder umgangene Warnfunktion für einen beginnenden Thermal Runaway ist ein naheliegender Anwendungsfall genau dieser Nummer. Ein nach § 22 oder § 22a genehmigtes Ersatzteil bleibt davon nach Absatz 3 ausgenommen – aber nur, solange seine Einbauanweisungen und etwaigen Einschränkungen eingehalten werden. Ein technisch passendes, aber falsch eingebautes oder falsch verschaltetes Teil fällt nicht unter diese Ausnahme. Die Warnlogik dieser Sensoren läuft zudem regelmäßig über Firmware und Schwellenwerte im Batteriemanagementsystem. Deshalb gilt zusätzlich der eigene Software-Satz aus Absatz 2: Änderungen an dieser Software müssen die amtlich bekannt gemachten Vorschriften und den Stand der Technik beachten, nicht nur die Hardware selbst.

Häufige Fragen

Einordnung: wo die Angaben herkommen

Die technischen Angaben zu Gas- und Drucksensoren stützen sich auf Herstellerangaben von Sensirion und Infineon zu konkreten, automotive-qualifizierten Bauteilen. Sie beschreiben, was diese Chips leisten können, nicht die tatsächliche Alarmschwelle eines bestimmten Fahrzeugs. Die rechtliche Einordnung eines Eingriffs in diese Sicherheitssensorik stützt sich auf den folgenden Gesetzestext.