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Sicherheit steht an erster Stelle
from B&I Die Industrie-Zeitung, Ausgabe 3/24 (Juni)
by B&I Die Industrie-Zeitung | Betriebstechnik und Instandhaltung
Experte erklärt, wie man Lithium-Ionen-Batterien richtig und sicher lagert
Lithium-Ionen-Batterien sind heutzutage nicht nur ein unverzichtbarer Bestandteil der Industrie, sondern auch ein Schlüssel zur Steigerung von Produktivität und Effizienz. Mit ihrer hohen Energiedichte, starken Zellspannungen und langen Lebensdauern kommen sie in zahlreichen Herstellungsprozessen und Werkzeugen zum Einsatz. Doch ihre Verwendung bringt auch Herausforderungen in Sachen Sicherheit und Handhabung mit sich. Gefahren verbergen sich hinter technischen Defekten, Beschädigungen oder einem unsachgemäßen Umgang. Gerade wenn die Akkus unbeaufsichtigt aufladen, beispielsweise außerhalb der Arbeitszeiten, kann ein kleiner Defekt schnell zu einem erhöhten Brandrisiko führen. Um dies zu vermeiden, sind speziell für Lithium-Ionen-Batterien vorgesehene Sicherheitsschränke hilfreich.
Wie lassen sich Lithium-Ionen-Akkus möglichst sicher und einfach lagern? Hinweise auf diese Fragen gibt das „Merkblatt zur Schadenverhütung“ der deutschen Versicherer (GDV). Demnach sind die Batterien grundsätzlich wie ein Gefahrstoff zu behandeln. Daher wird empfohlen, ein ganzheitliches Brandschutzkonzept zur Prävention von Bränden zu erstellen.
Der Thermal Runaway
Der „Thermal Runaway“ (thermisches Durchgehen) ist ein Fachterminus für einen sich selbst verstärkenden chemischen Prozess, der, einmal in Gang gesetzt, kaum mehr gestoppt werden kann. Das Risiko für ein solches thermisches Durchgehen ist bedingt durch die Bauweise der Akkus und die dabei notwendigen Substanzen.
Die unter anderem verwendeten Elektrolyte bestehen aus organischen Lösungsmitteln, d.h. sie sind brennbar und ihre Entzündbarkeit entspricht fast der von Benzin. In Kombination mit den hohen Energiedichten ergibt sich eine brandgefährliche Situation. Denn sobald nur in einer einzelnen Zelle eines Akkus die Temperatur ansteigt, er wärmen sich kaskadenartig auch alle benachbarten Zellen.
Erreicht die Temperatur einen Grenzbereich, der je nach verwendetem Lösungsmittel ab etwa 60 Grad Celsius beginnt und ab 100 Grad Celsius kritisch wird, schmilzt der Separator und es kommt zu einer nicht mehr kontrollierbaren Kettenreaktion.
Binnen Sekundenbruchteilen steigt die Temperatur auf bis zu 800 Grad Celsius, die entstehenden Gase sprengen die Hülle der Akkuzelle und der Akku brennt explosionsartig ab. Eine solche Situation ist unberechenbar.
90 Minuten Feuerwiderstand
Sicherheitsschränke gemäß der europäischen Norm EN 14470–1 gelten als Stand der Technik für das Lagern entzündbarer Flüssigkeiten. Sie bieten als Typ-90-Schränke einen Brandschutz von außen nach innen für 90 Minuten. Das bedeutet, wenn außerhalb des Schranks ein Brand entsteht, ist sein Inhalt für mindestens 90 Minuten davor geschützt.
Für den Schutz von innen nach außen, also den Schutz vor Bränden, die im Schrankinneren entstehen, ist die Norm EN 13631 maßgeblich. Sie dient als Standard zum Bestimmen der Feuerwiderstandsdauer von Bauteilen, die unter genormten Bedingungen einem Feuer ausgesetzt werden Sicherheitsschränke, die diesen beiden technischen Standards entsprechen und zudem über geeignete Warn- und Meldeeinrichtungen verfügen, erfüllen die technischen Anforderungen an das sichere Lagern von Li-Akkus.
Bei der Lagerung von LithiumIonen-Akkus kann zwischen passiver und aktiver Lagerung unterschieden werden. Bei passiver Lagerung werden neue oder gebrauchte Lithium-Ionen-Batterien über einen bestimmten Zeitraum lediglich gelagert. Bei der aktiven Lagerung kann ein Aufladen oder teilweises Entladen (60 bis 70 Prozent) der Akkupacks im Sicherheitsschrank mithilfe eines Ladegeräts stattfinden. Speziell dafür entwickelte Asecos, ein Hersteller von Sicherheitsschränken, gemäß DIN EN 14470 Teil 1 und 2 mit der ION-Line eine Typ-90-Schrankserie.
Verschiedene Schutzstufen
Sicherheitsschränke für Lithium-Akkus sollten bestenfalls mit einem mehrstufigen Warn- und Brandunterdrückungssystem, mindestens jedoch mit einer Rauchdetektion, ausgestattet sein. In erster Instanz setzt bei den ION-Line Sicherheitsschränken daher ein optisches und akustisches Warnsignal ein, sobald die Temperatur über 50 Grad Celsius im Schrankinnern ansteigt. Über einen potenzialfreien Schaltkontakt kann eine Alarmweiterleitung an die Gebäude-Leittechnik erfolgen, somit ist eine befugte Person sofort informiert.
Zu diesem Zeitpunkt besteht noch keine unmittelbare Gefahr, deshalb können mit einer sofortigen Überprüfung durch innerbetriebliches, qualifiziertes Personal weitere Maßnahmen eingeleitet werden. Mögliche Gründe für das Auslösen des Signals können ein Temperaturstau während des Ladevorgangs oder ein Ausfall der Lüftungsanlage sein.
Sinkt die Innentemperatur wieder auf unter 50 Grad Celsius ab, sollte das System in seinen Normalbetrieb zurückkehren und der Alarmton erlöschen.
Zusätzlich zum ersten Warnsignal kann mit einer integrierten nachfolgenden Alarmstufe im Sicherheitsschrank signalisiert werden, dass ein größeres Gefahrpotenzial besteht. Sie sollte auf eine Rauchentwicklung sowie auf einen Temperaturanstieg über 70 Grad Celsius reagieren. Die Kombination aus beiden Indikatoren deutet auf einen Brand im Schrank hin – und sollte ein integriertes Brandunterdrückungssystem im Schrankinneren auslösen.
Als weitere Schutzmaßnahmen schalten sich im Idealfall nun die technische Entlüftung ab sowie bei Lithium-Ionen-Sicherheitsschränken mit Ladevorrichtung parallel die Steckdosenleisten. Damit sind alle Gefahren sowie der Brand im Schrank zunächst eingedämmt.
Geeignete Lagerschränke für Lithium-Ionen-Akkus verfügen zudem über einfache und durchdachte Evakuierungsmöglichkeiten, um weiteren Schaden zu verhindern. Unter fahrbare Schranksockel sind dafür ideal. Im Gefahrenfall kann ein solcher Schrank – durch die Feuerwehr oder eigenes Personal – zügig aus dem gefährdeten Gebäude entfernt werden.
