Ladestationen und Parkdepots für Elektrobusse überwachen

Bereits drei Großbrände in Busdepots mit Sachschäden in Millionenhöhe sind Elektrobussen zuzuschreiben. Trotz dieser akuten Thematik und dem vermehrten Einsatz von elektrisch betriebenen Bussen, beruht die Installation von Brandmeldeanlagen in E-Busdepots häufig auf freiwilligen Maßnahmen der Betreiber, da die Muster-Garagenverordnung (M-GarVO) für offene Parkgaragen keine Notwendigkeit sieht. Bis 2030 wird ein Einsatz von über 60.000 Elektrobussen in europäischen Städten erwartet. Das entspricht in etwa einem Drittel des heutigen Bestandes.

Zum Laden von E-Busflotten gibt es unterschiedliche Konzepte. Neben den Lademöglichkeiten an den E-Busdepots mittels Ladekabel über Nacht sind auch kurze Gelegenheitsladungen mit dachmontierten Stromabnehmern realisierbar. Auch induktive Ladestationen werden in letzter Zeit immer häufiger genutzt. Mit einer Ladeleistung von bis zu 600 kWh können E-Busse innerhalb weniger Minuten stromversorgt werden. Betriebshöfe mit ihren E-Busdepots gehören zu der entscheidenden Infrastruktur in der Elektrifizierung des ÖPNVs. Aus diesem Grund sollten die Betreiber neben dem geeigneten Ladekonzept auch ein Brandschutzkonzept erstellen.

Die Brandursachen bei der Ladeinfrastruktur können vielseitig sein: fehlerhafte Handhabung von Verlängerungskabeln, Kabeltrommeln, Mehrfachsteckdosen sowie die Quetschung oder Abscherung von Ladekabeln. In der Ladestation können Brände durch eine Alterung der elektronischen Komponenten (bei jahrelangem Betrieb) sowie schwierigen Umgebungsbedingungen (Feuchtigkeit, extreme Temperaturen etc.) durch einen Kurzschluss hervorgerufen werden.

Ein weiteres Risiko besteht in der Sachbeschädigung der Ladestationen durch manuelles Einwirken von Elektrobussen oder Vandalismus. Beispielsweise kann durch einen Zigarettenstummel in der Ladesäule eine Brandentwicklung hervorgerufen werden.

Brandentstehung durch Antriebsbatterien

Die Bordbatterie des Elektrobusses verfügt üblicherweise über eine Kapazität von 200 bis 500 kWh, was je nach Auslegung der Batterie einem Gewicht von vier Tonnen entspricht. Die Lithium-Ionen-Akkus bestehen meist aus mehreren Batterieblöcken und sind im Dach des E-Busses verbaut. Des Weiteren ist eine große Batteriekühlanlage Bestandteil der Fahrzeuge. Überlastungen, erhöhte Temperaturen und vor allem Beschädigungen von Akkus führen sehr schnell zu Akkubränden. Dabei steigt mit zunehmender Speichergröße und Anzahl der Akkus die potenzielle Brandgefahr.

Schäden an einer Batteriezelle oder an der Struktur des Zellinnern führen zu einer Überdruckbildung und einer Überhitzung. Die ablaufenden chemischen Prozesse verursachen eine Verdampfung der Elektrolytflüssigkeit, auch „off-gassing“ genannt. Entstehende Gase bringen die Zellen zum Brennen. Die daraus resultierende Hitze löst wiederum eine Reaktion in der benachbarten Batteriezelle aus. Dieser Vorgang wird als Thermal Runaway bezeichnet. Dabei treten giftige Qualmwolken mit hoher Schwermetallkonzentration aus und gefährden nicht nur die Flüchtenden, sondern erschweren auch die Löscharbeiten der Feuerwehr.

Der Flammenübersprung von einem E-Bus zum nächsten stellt dabei in Busdepots ein besonderes Risiko dar. Die Busse sind meist sehr dicht nebeneinander geparkt, sodass es durch die Hitzeentwicklung in kürzester Zeit zu einer Folge von Thermal Runaways kommen kann, bei dem ein Bus nach dem anderen in Brand gerät. Enorme Sachschäden können die Folgen sein.

Brandschutzkonzept

„Es ist immer wirtschaftlicher, Maßnahmen zur Verhinderung von Schadensereignissen zu treffen, als später durch kostspielige Neuinvestitionen den Verkehrsbetrieb wieder aufzunehmen. Ganz abgesehen von den nicht heilbaren psychologischen Schäden bei betroffenen Personen“, resümiert Matthias Bohnert, Verantwortlicher für das Geschäftsfeld E-Mobility, Securiton Deutschland.

Das Ziel von Securiton Deutschland ist es, den Brand von Ladestationen oder eines E-Buses so früh wie möglich zu detektieren und mit dieser Information weitere Prozesse auszulösen, beispielsweise die Alarmierung von Personen oder das Auslösen einer Sprinkleranlage. Abgase sowie sehr hohe oder sehr niedrige Temperaturen erschweren dabei eine zuverlässige Branddetektion mit konventionellen punktförmigen Brandmeldern.

Sonderbrandmeldetechnik

Securiton Deutschland empfiehlt den Einsatz von spezieller Sonderbrandmeldetechnik für die separate und dennoch gesamtheitliche Überwachung von Ladesäulen und Parkflächen. Für die Überwachung der Ladestationen empfiehlt sich die Platzierung des Ansaugrauchmelders SecuriRAS ASD direkt neben der Ladesäule. Im Vergleich zu konventionellen Rauchmeldern detektieren Ansaugrauchmelder schon eine geringe Rauchkonzentration sowie die Bildung von Aerosolen in der Luft. SecuriRAS ASD kann bis um das 70-fache sensibler konfiguriert werden als ein Punktmelder und detektiert dank der Ansaugfunktion die Rauchentwicklung deutlich schneller.

Der Brand wird so bereits in der frühen Entstehungsphase detektiert und ein sofortiges Abschalten der Stromzufuhr veranlasst. Zeitgleich wird der Alarm an die Leitstelle des Kunden oder direkt an die Feuerwehr übertragen. Um den Brand genau zu detektieren und somit einen zielgerichteten Einsatz der Rettungskräfte zu ermöglichen, sollten die Parkdepots mit weiteren Ansaugrauchmeldern und Temperatursensorkabeln versehen werden. Diese linienförmigen Wärmemelder sind zu empfehlen, sobald schmutzige, feuchte und temperaturschwankende Rahmenbedingungen vorliegen und großflächige Bereiche überwacht werden sollen. Hier kann der SecuriHeat ADW 535 oder SecuriHeat LIST eingesetzt werden. Der Vorteil des LIST-Systems liegt in der Lokalisierung. Mit den Temperatursensoren im Sensorkabel wird punktgenau angegeben, wo sich der Brandherd befindet.

Es ist zu empfehlen, dass Depots, die noch nicht überwacht werden, dringendst mit Sonderbrandmeldetechnik ausgestattet werden, um ein flächendeckendes Brandschutzkonzept sowie eine frühestmögliche Branderkennung zu ermöglichen. Auch bereits verbaute normkonforme Brandmeldeanlagen sollten zwingend überprüft werden, ob sie in der technischen Lage sind, die neuen Gefahren der E-Mobilität abzuwenden.

Detektion und Brandbekämpfung

Neben der Branddetektion ist auch die Brandbekämpfung ein relevanter Bestandteil im Sicherheitskonzept von E-Busdepots. Mit einer frühzeitigen Detektion kann eine Sprinkleranlage, im Idealfall eine Hochdruck-Wassernebel-Anlage (HDWN), ausgelöst werden. Der Vorteil der HDWN-Anlage liegt in dem effizienten Wasserverbrauch und der guten Raumkühlung. Akkus müssen dauerhaft gekühlt werden, sonst wird durch die chemische Reaktion in der Batterie eine erneute Brandentwicklung angestoßen. Eine professionelle und schnelle Bergung kann für den Sach- und Personenschutz entscheidend sein.

Des Weiteren sollten organisatorische Maßnahmen getroffen werden, um die Brandbekämpfung zu unterstützen. So sollten keine leichtentzündlichen Materialien in der Nähe der Ladeinfrastruktur gelagert werden. Auch der Parkabstand der Busse kann dazu beitragen, dass sich das Feuer langsamer ausbreitet. Neben den Gefahren beim Ladevorgang, stellen auch verunfallte E-Busse ein latentes Risiko dar. Oft entstehen die Brände auch erst Stunden nach kleineren Unfällen, bei denen die Ummantelung des Akkus beschädigt wurde. Die Folge kann dann oft ein zeitverzögerter Thermal Runway sein, der wiederum zu einem Großbrand führen kann.