Brandschutzsysteme: Lithiumhaltige Batteriespeicher in Containern adäquat sichern

Obwohl Lithium-Ionen-Batterien heute die erste Wahl für stationäre Batteriespeicher darstellen, zeigen sie sich anfällig für Fehler, die gravierende Brände auslösen können. Die Herausforderung besteht darin, eventuelle Vorläufer eines Brandes in Form von Rauchgasen bereits in der Entstehungsphase zu erkennen – zuvorderst durch Brandschutzsysteme. Was in anderen Bereichen durch Brandfrüherkennungsanlagen bereits üblich ist, nämlich Brandaerosole in einem frühen Stadium zu detektieren, ist auch im Bereich der Lithium-Ionen-Batteriesysteme möglich. Denn bevor Rauch und Flammen auftreten, werden in der Ausgasungsphase produkttypische Gase freigesetzt. Diese sogenannten Elektrolyt-Lösungsmitteldämpfe sind schwerer als Luft und lassen den Schluss zu, dass ein Brandereignis kurz bevorsteht.

Speziell für die Übergangsphase vom Austreten des Gases bis zur Entstehung von Rauch und Flammen, was zwischen 2 und 30 min dauern kann, setzen Spezialisten wie d&d Brandschutzsysteme mit Hauptsitz in Oberhausen ein Detektionssystem ein. Dessen Abgassensoren reagieren sehr empfindlich auf Elektrolytverbindungen von Lithium-Ionen-Batterien. Der zum Detektionssystem gehörende Controller verarbeitet und verwaltet das Sensorsignal. Dadurch erkennt er, wann und wo Batterieelektrolyt austritt. Dabei ist die Funktionsweise der Überwachungsgeräte für Ausgasungen simpel: Das Rohsignal des Sensors wird erfasst und von einem speziellen Ereigniserkennungsalghorithmus verarbeitet. Für die Gaserkennung wird eine bestimmte Grenze an Ausgasungen festgelegt. Der untere Grenzwert liegt unter 1 ppm und hat eine Ansprechzeit von 5 s. Dank der Möglichkeit zur gezielten Detektion lassen sich sogar einzelne Zellfehler in einem frühen Stadium bestimmen. Hinzu kommt, dass die Sensoren mit allen Bauformen und Chemikalien von Lithium-Ionen-Akkus kompatibel sind und keine Kalibrierung erfordern.

Installation nur durch Fachunternehmen

Die Überwachungssensoren werden in der Nähe oder direkt am Batterie-Rack platziert, um austretende Ausgasungen unmittelbar zu detektieren. Obwohl der Luftstrom für den Sensorbetrieb nicht zwingend erforderlich ist, sollte das Luftströmungsventil bei der Platzierung der Sensoren dennoch beachtet werden. Tritt beispielsweise Luft an der Rückseite des Racks ein und an der Vorderseite aus, ist es ratsam, den Sensor an der Vorderseite des Racks zu positionieren. Nur so kann er die austretende Luft optimal überprüfen. Dahingegen werden die Referenzsensoren so im Container verteilt, dass sie die Lufteingänge wie Türen oder Belüftungsanlagen überwachen. Bei dieser vorbeugenden Brandschutzmaßnahme kommt es somit auf die exakte Positionierung aller Sensoren an. Daher sollte deren Ausrichtung und Installation immer einem Spezialisten überlassen werden. Grundsätzlich eignet das System für einen Temperaturbereich zwischen – 10 und + 60 °C sowie einer Feuchtigkeit von 5 bis 95 % relative Luftfeuchtigkeit.

Negative Auswirkungen weitestgehend reduzieren

Neben der Reduktion von Schäden sowie Ausfallzeiten lässt sich durch den Einsatz der Detektionslösung der Austritt gefährlicher Stoffe reduzieren. Zudem erhöht sich dank einer unabhängigen und redundanten Sicht auf den Batteriezustand die Lebensdauer des Produktes. Aufgrund der Gasdetektion der Elektrolyt-Lösungsmitteldämpfe können frühzeitig Korrekturmaßnahmen wie das Herunterfahren der Energiespeicher eingeleitet werden. So lassen sich der thermische Durchgang des gesamten Batteriesystems mit unkontrollierbaren Temperaturen und dessen Folgen verhindern. Nichtsdestotrotz besteht die Gefahr, dass thermische Instabilitäten oder Brände auftreten, weshalb parallel ein geeignetes Brandschutzkonzept erstellt werden sollte.

Die Erfahrung hat gezeigt, dass es bis dato keine hundertprozentig zufriedenstellende Löschlösung für Lithium-Ionen-Batterien gibt, die als alleinige Brandschutzmaßnahme überzeugt. Die Gasfrüherkennung stellt damit die aktuell sicherste Methode dar, wenn es auf jede Minute ankommt. Durch sie werden fehlerhafte Batteriezellen und aufkeimende Brände in der Entstehungsphase detektiert, und es kann umgehend reagiert werden.

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