Ich werde in letzter Zeit immer häufiger gefragt, für wie sicher ich DIY-Heimspeicher auf LFP-Basis halte bzw. ob kommerzielle Speicher sicherer sind, die oftmals noch mit NMC-Zellchemie verfügbar sind.

In diesem „Spannungsfeld“ möchte ich einmal verschiedene Aspekte der aktuell meist genutzten Zellchemien zusammentragen und am Ende meine persönliche Meinung und Erfahrungen der letzten Jahre dazu geben.

1. Thermische Stabilität

LFP-Zellen (LiFePO₄) weisen eine höhere thermische Stabilität auf als NMC-Zellen (LiNiMnCoO₂). LFP-Zellen können Temperaturen von über 200 °C standhalten, bevor ein unkontrolliertes thermisches Ereignis einsetzt – während NMC-Zellen bereits ab ca. 150 °C in einen kritischen Bereich geraten. Der Grund liegt darin, dass NMC-Zellen bei Hitze Sauerstoff freisetzen, was das Risiko eines Thermal Runaway (thermisches Durchgehen) erheblich erhöht.

2. Energie- und Leistungsdichte

NMC-Zellen bieten eine hohe Energiedichte (typisch ca. 150–220 Wh/kg) und eine hohe Leistungsdichte, wodurch sie in platz- und gewichtsbegrenzten Anwendungen (z. B. Premium-Elektrofahrzeugen) bevorzugt werden. LFP-Zellen haben zwar eine geringere Energiedichte (typisch ca. 90–160 Wh/kg), können aber in großformatigen Bauweisen eingesetzt werden, um hohe Gesamtkapazitäten zu erreichen.

3. Sicherheitsaspekte

Der wichtigste Sicherheitsunterschied liegt darin, dass NMC-Zellen bei Überhitzung oder mechanischer Beschädigung zu einem schnellen Thermal Runaway neigen – mit heftiger Sauerstofffreisetzung, die zu Feuer und Explosion führen kann. Dies gilt insbesondere für großformatige NMC-Zellen, bei denen die im Zellkern gebündelte Energie schwer zu kontrollieren ist. Im Gegensatz dazu setzen LFP-Zellen keinen Sauerstoff frei, reagieren weniger heftig und weisen dadurch ein deutlich geringeres Risiko auf. Deshalb werden NMC-Zellen häufig in vielen kleinen Einheiten (zum Beispiel in Elektroautos) verbaut, während LFP-Zellen auch in großformatigen Bauweisen sicher betrieben werden können.

4. Technische Herausforderungen bei großformatigen NMC-Zellen

Der Bau großformatiger NMC-Zellen erfordert fortschrittliche Fertigungstechniken, exaktes Batteriemanagement und ein ausgeklügeltes Wärmemanagement. Materialhomogenität und präzise Elektrodenbeschichtungen sind hierbei essenziell, da schon kleine Fehler lokale Hot-Spots verursachen können. Aufgrund des höheren Energieinhalts und der dichten Packung steigt das Risiko, dass ein Fehler schnell zu einer Kettenreaktion führt, was den Entwicklungs- und Produktionsaufwand erheblich erhöht.

5. Anwendungsfälle

Aufgrund der oben genannten Eigenschaften werden NMC-Zellen vor allem in Anwendungen eingesetzt, bei denen maximale Energiedichte und Leistung erforderlich sind – wie in Premium-Elektrofahrzeugen, tragbarer Elektronik oder Laptops –, und zwar in Form vieler kleiner Zellen, um das Sicherheitsrisiko zu minimieren. LFP-Zellen hingegen kommen verstärkt in stationären Speichern, in Standard- Elektrofahrzeugen und in Bereichen zum Einsatz, in denen Sicherheit und Langlebigkeit vorrangig sind, da sie auch in großformatigen Bauweisen betrieben werden können.

Vergleichstabelle: NMC- vs. LFP-Zellen

Zusammenfassung: Sicherheitsrelevante Unterschiede

LFP-Zellen weisen ein höheres Sicherheitsniveau auf als NMC-Zellen. Während NMC-Zellen durch ihre hohe Energiedichte punkten, steigt das Risiko eines Thermal Runaway erheblich – insbesondere bei großformatigen Zellen, da die Freisetzung von Sauerstoff zu schnellen, unkontrollierten Reaktionen führen kann. Daher werden NMC-Zellen meist in kleinen Formaten eingesetzt, um das Risiko zu minimieren.

Im Gegensatz dazu ermöglicht die stabilere Chemie der LFP-Zellen den sicheren Betrieb auch in großformatigen Ausführungen. Dies führt dazu, dass LFP-Batteriepacks häufig mit einem einfacheren Wärmemanagement auskommen und sich besonders für Anwendungen eignen, in denen Sicherheit und Langlebigkeit im Vordergrund stehen.

Soviel zum technischen Blabla, aber…

Was heisst das jetzt konkret für Heimspeicher auf LFP-Basis – insbesondere im DIY-Bereich?

Nachfolgend meine ganz persönliche Meinung zum Thema – insbesondere vor dem Hintergrund, dass hin und wieder mal ein Hausspeicher „detoniert“ und erheblichen Schaden anrichtet. So wie gerade erst wieder passiert in Schönberg, als ein LG-Speicher anscheinend ein ganzes Wohnhaus unbewohnbar gebracht hat: Viebrock versetzt nach Explosion alle verbauten LG-Speicher derselben Produktionsreihe in Stand-by

Nagelt mich jetzt bitte insgesamt nicht darauf fest, nachfolgend meine subjektive Meinung und mein persönliches Empfinden – alles ohne Gewähr auf Vollständigkeit oder Richtigkeit…

Ich bin nach wie vor davon überzeugt, dass man auf technischer Seite gesehen den Batteriespeicher selbst bauen sollte, sofern man sich das notwendige Wissen und die technischen Grundlagen verinnerlicht hat. Dazu gibt es hier im Blog ja bereits viele Inhalte, u.A. hier in Videoform: Batteriepack selbst bauen – Part 1

Denn nur so hat man die Möglichkeit alle Komponenten, insbesondere die Zellen und das BMS selbst, individuell auszuwählen und hat auch die Möglichkeit einfache Wartungen am System vorzunehmen, sei es der Austausch einzelner Komponenten oder einfach nur das Kontrollieren von Schraubverbindungen.

Insbesondere bei namhaften LFP-Herstellern, wie EVE, erhält man eine super Verarbeitungsqualität für überschaubare Kosten. Dadurch, dass man bei der LFP-Zellchemie vergleichsweise wenige Zellen benötigt, um auf eine ausreichende Speicherkapazität zu kommen, kann man jede Zelle individuell monitoren. Mit nur 16 Stück der 320Ah-Zellen kann man einen Batteriepack mit knapp 15 kWh real nutzbarer Kapazität bauen, was für viele Anwender bereits ausreicht.

Meine Produktempfehlungen findet ihr übrigens hier: Beste Bezugsquellen für LFP-Batteriezellen und hier: Operation Hausspeicher – Stückliste und Bezugsquellen immer aktuelle Links

Egal ob ein oder drei oder noch mehr Packs parallel verbaut werden, lässt sich jedes Pack so recht einfach mit einem passenden BMS überwachen – und das eben auf Zellebene. Ein zuverlässiges BMS vorausgesetzt, können auftretende Fehler an jeder einzelnen Zelle erkannt werden – und nicht nur innerhalb eines „Zellclusters“, wie im Fall der volumen- und kapazitätstechnisch viel kleineren NMC-Zellen. Wie oben beschrieben, werden NMC-Zellen kleiner gebaut, um deren Sicherheit zu erhöhen, andererseits benötigt man dadurch aber logischerweise wesentlich mehr Zellen, um auf Kapazität zu kommen. Und mehr Zellen bedeutet schlicht und einfach auch eine höhere Ausfallwahrscheinlichkeit und einhergehend Sicherheitsrisiken – insbesondere wenn man nicht alle der teilweise zig hundert oder tausend Zellen einzeln monitoren kann. Zumindest nicht mit „einfachen“ BMS und ohne zusätzliche Anstrengungen.

Insbesondere die Zellspannung und der Innenwiderstand sind dabei relevante Kennzahlen, die für einen langfristig sicheren Betrieb notwendig sind. Das korrekt konfiguriertes BMS schaltet dann bspw. den gesamten Batteriepack „offline“, sobald eine Zellspannung nach „oben“ hin abhaut. Bei LFP-Zellen gewöhnlich ab 3,65V, wobei sich die Herstellerspezifikationen hier je nach Anbieter auch leicht unterscheiden können.

Das wohl schwierigste Thema insgesamt betrifft dann vermutlich das Thema des Ausgasens der Zelle, was wir auch bereits im PV-Quartett mehrfach diskutiert haben, u.A. in dieser Session: Live PV-Quartett 02/2024 – Safety First! 😱😱😱

Denn auch wenn Zellen bei einem Defekt nicht gleich „explodieren“, können austretende, brennbare Gase bei ausreichender Konzentration in Kombination mit einer Zündquelle (z.B. elektrischer Lichtbogen) dennoch eine Detonation verursachen. Hier wäre es u.U. sinnvoll eine Abluftanlage vorzusehen, welche durch einen geeigneten Sensor (z.B. H2 ?) oder schlicht durch das BMS bzw. dessen Temperatursensor(en) getriggert wird. Hier gehen die Meinungen jedoch aber stark auseinander, ob bzw. in welcher Form das sinnvoll ist – insbesondere weil ausgasende Zellen wohl recht schnell große Volumen an Gas erzeugen, die erstmal schnell genug abgeführt werden müssten, um einen positiven Effekt zu erreichen. Und das scheint wohl gar nicht so trivial zu sein.

Ich für meinen Teil verlasse mich vorerst weiterhin auf die Kennzahlen meiner verbauten BMS – in meinem Fall sechs Stück, eins pro parallel geschaltetem Batteriepack.

Denn ich bin der Auffassung, dass ein Monitoring von wenigen relevanten Kennzahlen auf Zellebene ausreichend ist, um einen dauerhaft sicheren Betrieb zu gewährleisten. Vorausgesetzt natürlich die Zellen haben nicht bereits bei Lieferung einen gravierenden Defekt, den man optisch und technisch nicht erkennt. Wie ich die Zellen dabei teste, habe ich in diesem Artikel beschrieben: Operation Hausspeicher – So teste ich neue LFP-Zellen auf Herz und Nieren

Insgesamt sollte man dem Thema Sicherheit bei Hauspeichern mit deren immer weiter wachsender Speicherkapazität einen großen Stellenwert einräumen. Ich denke man kann durch passendes Monitoring und „Pflege“ der Zellen – ich fahre bspw. max. 0,3C auf die Zellen und drossle zusätzlich bei hohem SoC – ein dauerhaft sicheres Gesamtsystem aufbauen, wie ich es bspw. in diesem Blogpost beschrieben habe: Operation Hausspeicher – 100kWh mit neuem 18s-Batteriepackdesign

Dieses System läuft jetzt seit knapp über zwei Jahren ohne jegliche Probleme und das bis auf den Winter oftmals mit „Volldampf“ mit über 22kW über mehrere Stunden, um im Rahmen der Direktvermarktung den maximalen Börsenpreis abzugrasen. Details dazu hier: Satte Erträge aus 18 Monaten Direktvermarktung?!

Lediglich hatte ich mit einem Softwaresetting zu kämpfen, welcher dazu führte, dass sich das gesamte System abgeschaltet hat. Hintergrund war, dass sich jedes BMS beim zentralen System (Venus OS) quasi sekündlich meldet und neue Messwerte übermittelt. Dadurch, dass ich sechs BMS parallel am USB-Port meines RPI betreibe, blieben Meldungen manchmal aus, was Venus OS dann dazu gebracht hat aus Sicherheitsgründen abzuschalten. Works as defined eben. Die Umstellung eines Parameters in dbus-serial-battery (kümmert sich um die Integration der BMS in Venus OS) konnte das Problem dann direkt fixen. Nun ist der Timeout höher und das System läuft absolut stabil.

Nutzt gerne untenstehende Kommentarfunktion, um eure Fragen und Meinungen zum Thema mit mir und allen Lesern des Blogs zu teilen. Ich freue mich schon auf eine rege Diskussion.