28.05.2024 • Topstory

Brandrisiko Lithium-Ionen-Batterie: Warum Explosionsschutz wichtiger ist als Brandschutz

20 Prozent aller durch Elektrizität verursachten Brände entstehen durch Lithium-Ionen-Akkus. Bei einem Akku-Brand kann es zur Entwicklung explosionsfähiger Rauchgase und in Folge zu einer Explosion kommen. Für eine effektive Druckentlastung sorgt lockEX der Akku-Schränke Li-Safe von Cemo.

DGUV-Grafik zur Brandursache und Auswirkungen von Lithium-Ionen-Akkus — Ursachenkette und deren Auswirkungen beim Brand eines Lithium-Ionen-Akkus
© DGUV Information 205-041, Februar 2024 (Deutsche gesetzliche Unfallversicherung Spitzenverband)

Etwa ein Drittel aller untersuchten Schadenfeuer sind laut IFS e.V. (Institut für Schadenverhütung und Schadenforschung der öffentlichen Versicherer e.V.) durch Elektrizität verursacht. Davon 20 % durch Li-Ionen Batterien und wiederum zwei Drittel davon beim Laden. Das bedeutet jeder 15. Brand wird rechnerisch durch Lithium-Ionen-Batterien verursacht.

Beim Brand von Lithium-Batterien können besondere Gefährdungen entstehen. Beispielsweise kann es durch das Laden mit einem falschen Ladegerät zur Überladung der Zellen kommen. In der Folge kann eine Temperaturerhöhung stattfinden, die einen Thermal Runaway als Reaktion verursacht. Die Folgen sind Gefährdungspotenziale wie Brand, Gasemission und Explosionen.

Inhalt:

Warum ist Explosionsschutz und Brandschutz von innen bei Akkuschränken wichtig?
Wie Druckentlastung für Akkusicherheit und Brandschutz sorgt
Wie läuft ein Brandversuch mit Lithium-Ionen-Batterien ab?

Warum ist Explosionsschutz und Brandschutz von innen bei Akkuschränken wichtig?

Bei Akku-Bränden kann es zu Explosionen bzw. zum Durchzünden des mit explosionsfähigen Rauchgasen gefüllten Schrankinnenraum kommen. Durch diese Volumenausdehnung kommt es binnen Bruchteilen einer Sekunde zu einem enormen Druckanstieg. Insbesondere deshalb benötigen Schränke zur Aufbewahrung von Lithium-Ionen-Batterien eine Möglichkeit der Druckentlastung. Sollte es zu einer Explosion kommen, muss der rasante Druckanstieg in geeigneter Weise abgebaut werden, um ein Öffnen der Schranktüren oder gar die Zerstörung des Schrankgehäuses zu verhindern. Es kommt bei Akku-Schränken also nicht nur auf die Feuerwiderstandsfähigkeit an, sondern auch auf den Explosionsschutz.

Wie Druckentlastung für Akkusicherheit und Brandschutz sorgt

Skizze mit Funktionsprinzip der Türverriegelung lockEX von Cemo im Fall eine Akku-Explosion

Cemo bietet in den Gefahrenkategorien Brandschutz, Akkusicherheit und Gewässerschutz folgende Produktlinien an:

Brandschutz F-Safe: Lagerung von entzündbaren Gefahrstoffen
Akkusicherheit Li-Safe: Lagerung von Lithium-Batterien
Gewässerschutz W-Safe: Lagerung von wasser- und umweltgefährdenden Stoffen

Das Schutzziel von F-Safe-Schränken unterscheidet sich grundlegend von dem der Li-Safe-Schränke. Bei der Anwendung von F-Safe Sicherheitsschränken für entzündbare Flüssigkeiten geht es darum, bei einem Umgebungsbrand eine Brandausbreitung auf die Flüssigkeiten zu verhindern, um letztendlich die Einsatzkräfte bei der Brandbekämpfung zu schützen.

Bei Lithium-Ionen-Batterien geht die Gefahr hingegen vom Schrankinneren aus. Das Schutzziel von Akku-Schränken (Li-Safe) ist, die Umgebung vor Brandausbreitung sowie Austritt von toxischen Rauchgasen zu schützen. Cemo Akku-Schränke (Li-Safe) mit lockEX-Verschlussmechanik sind speziell entwickelt dieses Schutzziel zu erfüllen. Durch eine spezielle Federkonstruktion der Schranktür, wird diese im Fall einer Explosion nur einen kleinen Spalt aufgedrückt und sofort wieder zugezogen und verschlossen. So wird der Explosionsdruck abgeleitet und zugleich der Brandschutz auch weiterhin gewährleistet. Mit dem gesamtheitlichen Ansatz von Cemo, werden Feuerwiderstandsfähigkeit, Explosionsschutz sowie Gasmanagement bei Akkus-Schränken (Li-Safe) mit lockEX berücksichtigt.

Wie läuft ein Brandversuch mit Lithium-Ionen-Batterien ab?

Der TÜV Nord hat ein Zertifizierungsprogramm für Aufbewahrungsmittel für Lithium-Ionen-Akkus (TÜV Nord Baumustergeprüft) entwickelt. Anders als bei Tests von Sicherheitsschränken von entzündbaren Gefahrstoffen wird dabei nicht nur die Feuerwiderstandsfähigkeit beurteilt, sondern auch reale Batteriebrände und -explosionen im Schrank, die das Verhalten von Lithium-Ionen-Batterien realitätsgetreu abbilden.

Cemo Akku-Schrank Li-Safe mit geschlossenen Türen

Brandschutzschrank mit aufgesprengten Türen bei einem Explosionsversuch

Bei einem realen Batteriebrandversuch werden Zellen zum Durchgehen gebracht, dabei findet eine Propagation auf weitere Zellen statt. Es kommt zu einer heftigen Reaktion mit explosionsartigem Abbrennen sowie Austreten von toxischen und entzündbaren Gasen. Die Cemo Akku-Schränke (Li-Safe) wurden diesbezüglich folgendermaßen qualifiziert:

Reale Batteriebrandversuche mit Lithium-Ionen-Batterien
Explosionsversuche mit Propangas
Brandversuche von innen nach DIN EN 1363-1 wurden zusätzlich zu verschiedenen Realbrandversuchen durchgeführt, um die Feuerwiderstandsfähigkeit der Schränke zu prüfen. Dabei haben die CEMO Akku-Schränke eine Feuerwiderstandsfähigkeit von 60 Minuten erreicht.

Das Cemo Sicherheitskonzept sieht mit seinem modularen Schranksystem zudem die Trennung von Lagern und Laden vor. So kann beispielsweise ein Schrank zum Laden und ein weiterer zum ausschließlichen Lagern verwendet werden. Die separaten Gefahreneinheiten können dabei beliebig gestapelt und erweitert werden.