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175 - bei der Forschungsstelle für Brandschutztechnik

1. Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 60 2 3 4 M glichkeiten der Entladung von lithiumhaltigen Batterien vor dem Transport Tabelle 2 20 zeigt eine Auswahl von M glichkeiten zur Entladung von Lithium lonen Batterien Dies ist z B dann relevant wenn gebrauchte oder besch digte insbeson dere gr ere Lithium lonen Batterien sicher transportiert werden sollen Hierbei soll insbesondere darauf hingewiesen werden dass z B die Batterien nach einem Unfall eines Elektrofahrzeuges auf der Stra e nach derzeitigem Kenntnisstand blicherweise nicht ausgebaut werden k nnen Tabelle 2 20 M glichkeiten der Entladung von Lithium lIonen Batterien Entladen der Batterie ber mehrere Tage in einem Wasser Salzbad e Nicht m glich bei einer im Fahrzeug eingebauten Batterie oder hermetisch dich ten Modulen e Nicht im geschlossenen Raum wegen Wasserstoff Knallgasexplosion aufgrund von Elektrolysereaktionen o Verwendung von Leitungswasser Bildung von Wasserstoff Gestis 2015 extrem entz ndbares Gas untere Explosionsgrenze 4 0 Vol obere Explosionsgrenze 77 Vol Dichte 0 08409 kg m unter Normalbed Z ndtemp 560 C Wasserstoffblasen k nnen evtl verhindern dass sich die Zellen vollst ndig entladen o Ggf Zugabe von Kochsalz Natriumchlorid NaCl als Elektrolyt Bildung von Chlor aufgrund der Reaktion bei der Chloralkali Elektrolyse 2 NaCl
2. Akkus f r Faltrollst hle mit einer Leistung von ber 300 Wh d rfen nicht in die Kabine mitgenommen werden Bei der Lufthansa gibt es bzgl des Transportes von Lithium lonen Akkus im Hand gep ck folgende Anweisung Lufthansa 2015 Nicht im Frachtraum sondern nur in der Kabine d rfen folgende Gegenst nde transportiert werden Treibstoffzellsysteme und Ersatztreibstoffpatrone tragbare Sauerstoffkonzentratoren Sicherheitsz ndh lzer und Feuerzeuge sowie Ersatz Batterien Lithium Metall Lithium Ionen und elektronische Zigaretten Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 79 3 2 Lagerung von lithiumhaltigen Batterien Es sind gegenw rtig nur wenige Untersuchungen zur Brandbek mpfung in einem Lager das Lithium Metall Batterien und Lithium lonen Batterien als Halbfertig oder Fertigprodukte enth lt bekannt Ditch B de Vries J 2013 berichten ber Versuche in einem Hochregallager mit in Kartons verpackten Lithium Ionen Batterien des Industrieversicherer FM Tabelle 3 7 zeigt stichpunktartig die durchgef hrten Untersuchungen Tabelle 3 7 Versuche in einem Hochregallager mit in Kartons verpackten Lithium lonen Batterien Ditch B de Vries J 2013 Erste Versuchsserie Untersuchung der Z ndeigenschaften von Lithium lonen Batterien e 2 Regale mit jeweils 3 Ebenen L nge 2 4 m Breite 1 2 m H he 4 3 m De ckenh he 9 1 m e Verwendete Lit
3. Die GGVSEB Durchf hrungsrichtlinie RSEB 2013 enth lt eine Aufz hlung der ak tuellen Vertragsstaaten Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 70 Tabelle 3 4 Transport von Lithium lonen Batterien und Lithium Metall Batterien Sondervorschriften Verpackungsanweisungen und multilaterale Verein barungen ADR 2015 2014 Sondervor Inhalt Die zur Bef rderung aufgegebenen Zellen und Batterien unterliegen nicht den brigen Vorschriften des ADR wenn bestimmte Bedingungen z B bzgl de Lithiumgehalts bei Lithium Metall Batterien oder Energieinhalt bei Lithium lonen Batterien erf llt sind z B e Zelle mit Lithiummetall oder Lithiumlegierung mit h chs tens 1 g Lithium Zelle mit Lithium Ionen mit Nennenergie von h chstens 20 Wh Batterie h chstens 2 g Lithium Gesamtmenge Lithium lonen Batterie h chstens 100 Wh Innenverpackungen m ssen Zelle oder Batterie voll st ndig einschlie en Schutz gegen Kurzschluss Innenverpackungen m ssen in starken Au enverpa ckungen verpackt sein Anforderungen an Bau und Pr fvorschriften f r Zellen und Batterien wenn Sie den Vorschriften 2 2 9 1 7 ADR Volu me l entsprechen z B Nachweis der Tests nach UN Tests and Criteria 2013 Teil III Abschnitt 38 3 e Alle Zellen und Batterien sind mit einer Schutzeinrich tung gegen inneren berdruck zu versehen oder so ausgelegt sein dass ein Gewaltbruch unter normalen Bef rderungs
4. Elektrolyt organisch v llig wasserfrei Mischung von wasserfreien L sungsmitteln Auswahl Ethylencarbonat e fest EC C3H 4O e leicht l slich in Wasser e brennbar Flammpunkt 143 C Z ndtemp 447 450 Toxizit t und Wassergef hrdung o Verursacht schwere Augenreizung o schwach wassergef hrdend WGK 1 fl ssig Dichte 1 21 g cm 20 C leicht l slich in Wasser Propylencarbonat PC C4H6Os3 wenig fl chtig Flammpunkt 135 C Z ndtemperatur 430 C untere Explosionsgrenze 1 9 Vol obere Explosi onsgrenze keine Angabe relative Dichte des Dampf Luft Gemisches Dichte verh ltnis zu trockener Luft 20 C 1 013 bar 1 0 re lative Gasdichte Dichteverh ltnis zu trockener Luft bei gleicher Temperatur und gleichem Druck 3 52 Toxizit t und Wassergef hrdung o Verursacht schwere Augenreizung o schwach wassergef hrdend WGK 1 mit niedrigviskosen Alkylcarbonaten Estern Auswahl Dimethylcarbonat e fl ssig Dichte 1 06 g cm 20 C DMC C3H60 e leichtentz ndlich leicht fl chtig e leicht l slich in Wasser e Flammpunkt 16 7 C Z ndtemp 455 C e untere Expl grenze 4 22 Vol obere Expl grenze 12 87 Vol e relative Dichte des Dampf Luft Gemisches Dichte verh ltnis zu trockener Luft 20 C 1 013 bar 1 11 relative Gasdichte Dichteverh ltnis zu trockener Luft bei gleicher Temperatur und gleichem Druck 3 11 e Toxizit t und
5. Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 74 Tabelle 3 5 Multilaterale Vereinbarung M 228 des ADR ber die Bef rderung von Prototypen gro er Lithium Ionen Batterie Baugruppen UN 3480 BMVI M 228 2015 Multilaterale Vereinbarung M 228 nach Abschnitt 1 5 1 des ADR ber die Bef rderung von Prototypen gro er Lithium lonen Batterie Baugruppen UN 3480 1 Abweichend von den Bestimmungen der Sondervorschrift 310 in Kapitel 3 3 des ADR k nnenPrototypen gro er Lithium lonen Batterie Baugruppen aus der Vor produktion die nicht entsprechend des Handbuchs Pr fungen und Kriterien Un terabschnitt 38 3 gepr ft wurden und deren Bruttomasse gem dem nachfol genden Absatz 2 100 kg bersteigt in stabilen Verpackungen die nicht nach Kapitel 6 1 zugelassen wurden bef rdert werden wenn diese Verpackungen den Anforderungen des nachfolgenden Absatzes 3 entsprechen 2 Bauart der Batterie Baugruppe Die einzelnen Zellen oder Batteriemodule sind in eine robuste und isolierende Struktur eingebaut die sie mechanisch sch tzt und so in dieser Struktur befes tigt dass jede Bewegung verhindert wird Jedes Modul muss in einem Beh lter oder einer stabilen Au enh lle aus Metall oder Verbundmaterial gleichwertiger Stabilit t mit vollwandigen Seitenfl chen deren Festigkeit und Bauart f r die vorgesehene Nutzung geeignet ist und der Masse der eingef gten Elemente entsprich
6. Verkehrstr ger Organisation Regelwerk bereinkommen UN Economic Commission for Accord europ en relatif au Europe UNECE transport international des mar Stra enverkehr chandises Dangereuses par Route ADR Schienenverkehr Intergovernmental Organization for International Carriage by Rail OTIF Regulations concerning the In ternational Carriage of Danger ous Goods by Rail RID International Civil Aviation Organi sation ICAO Internationale Zivilluftfahrt Organisation ICAO Technical Instructions TI Luftverkehr International Air Transport Organi IATA Dangerous Good Regulati sation IATA ons DGR Pendant der IATA zu ICAO TI Internationale Flugtransport Vereinigung International Maritime Organization International Maritime Danger Seeverkehr IMO ous Goods IMDG Binnenschifffahrt UN Economic Commission for Europe UNECE Accord europ en relative au transport international des mar chandises Dangereuses par voices de Navigation interieures ADN Die zust ndige Beh rde f r den Transport in Deutschland ist die Bundesanstalt f r Materialforschung und pr fung BAM Bei dem Fachportal TES Technische Sicherheit Gefahrgut Umschlie ungen BAM TES 2015 findet man ein Informations und Serviceangebot zum Transport und Verpackung von Gefahrstoffen und Gefahrg tern Z B findet man hier die Empfehlungen f r die Bef rderung gef hrlicher
7. e Biologische Gef hrdung Besonderheiten in Ge Literaturverzeichnis 191 Bereichen e Eigenschaften von ortsfesten L schanlagen Sprink ler Wassernebel Inertgas Sauerstoffreduktion Halonersatzstoffe e Beurteilungskriterien f r den Einsatz von ortsfesten L schanlagen in mikrobiologischen und gentechni schen Bereichen Forschungsbericht Nr 149 der st ndigen Konferenz der Innenminister und senatoren der L nder Arbeits kreis V Ausschuss f r Feuerwehrangelegenheiten Katastrophenschutz und zivile Verteidigung Karlsruhe Forschungsstelle f r Brandschutztechnik 2010 http www ffb uni karlsruhe de 392 sowie Pr sentation Brandschutz in mikrobiologischen und gentechnischen Bereichen Einsatz von Wasser und Gasl schanla gen http www ffb kit edu download KIT_FFB_Kunkelmann _ _Genlabore_ Einsatz _von_Wasser _und_Gasloeschanlagen 26 pdf E Te rn nr re 63 Kunkelmann J nwendungsbereiche f r Wassernebel L schanlagen 2010 2 geeignete und wirtschaftlich sinnvolle Nutzungen und erforderliche L schwassermengen in Abh ngigkeit ei ner Brandgefahrenklasse Teil 2 e Brand und L schversuche mit Hochdruck Wassernebel im 25 m Brandraum ie Ausl severhalten von fotoelektronischen Rauch meldern und N ie Vergleich der L schwirkung von Nieder und Hoch druck Wassernebel Forschungsbericht Nr 144 der st ndigen Konfe
8. H2P0 F HF e HaPO3F H20 H3PO4 HF Tabelle 2 9 Eigenschaften von Fluorwasserstoff HF Gestis 2015 e Gas ist leichter als Luft unter Normalbedingungen 0 C 1013 mbar p 0 921 kg m Luft 1 29 kg m e farbloses Gas stechender Geruch sehr giftig tzend stark hygroskopisch e Arbeitsplatzgrenzwert AGW 1 ppm 0 83 mg HF m e leichte Beschwerden oberhalb 1 4 ppm 1 2 mg HF m e IDLH Wert immediately dangerous to life or health 30 ppm 25 mg m e Reaktion mit Wasser zu Fluorwasserstoffs ure oder Flusss ure e tzende und Reizwirkung auf Schleimh ute und Haut Gefahr schwerer Au gen und Lungensch digung St rungen von Stoffwechsel Herz Kreislauf und Nervensystem Sch digung der Knochen e Einzelfallberichte beschreiben schwere Intoxikationen nach Einwirkung von wasserfreiem HF auf ca 2 5 5 der Hautoberfl che Folgen waren Ver t zungen 2 3 Grades Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 33 Nach Kaiser J et al 2014 kann man die Fluorwasserstoff Freisetzung mit folgen dem theoretischen Daumenwert absch tzen ca 150 I gasf rmiger Fluorwasserstoff pro kW h Batterieenergie Nur eine HF Messung vor Ort kann hierbei die Gefahrenlage kl ren Tabelle 2 10 zeigt die Eigenschaften der ebenfalls frei werdenden Phosphors ure H3POQ Tabelle 2 10 Eigenschaften von Phosphors ure H3PO Gestis 201
9. Karlsruhe September 2015 FA Nr 220 1 2012 und 224 1 2013 ISSN 0170 0060 BERICHTSKENNBLATT Nummer des Titel des Berichtes ISSN Berichtes Untersuchung des Brandverhaltens von Lithium lonen und Lithium Metall 175 Batterien in verschiedenen Anwendun 0170 0060 gen und Ableitung einsatztaktischer Empfehlungen e Aufbau Eigenschaften und Einsatzgebiete Sicherheitstechnische u toxikologische Betrachtungen Gefahrgutrechtliche Bestimmungen Transport Lagerung Sammlung und Recycling Branddetektion und Brandbek mpfung Versuche an der FFB durchf hrende Institution j Karlsruher Institut f r Technologie KIT Forschungsstelle f r Brandschutztechnik Hertzstr 16 D 76187 Karlsruhe Nummer des Auftrages auftraggebende Institution FA Nr 220 1 2012 und 224 1 2013 St ndige Konferenz der Innenminister und senatoren der L n der Arbeitskreis V Ausschuss f r Feuerwehrangelegenheiten Autor Dipl Ing J rgen Kunkelmann Abschlussdatum September 2015 Katastrophenschutz und zivile Verteidigung Seitenzahl 211 Bilder 19 Tabellen 56 Literaturverweise 122 Kurzfassung Lithium Metall Batterien Lithium Prim rbatterien nichtwiederaufladbar und Lithium lonen Batterien Lithi um Sekund rbatterien Akkus wiederaufladbar werden aufgrund ihres hohen Energiespeicherverm gens zunehmend als Batterien bei unterschiedlichen Anwendungen f r elektrische Verbraucher eingesetzt _ Aufgrund spektakul rer Er
10. Batterien ist zu berpr fen bzgl e L schwirkung auf die brennende Batterie e Entz ndung benachbarter Brand last Brandszenarien Branddetektion Brandbek mpfung Pers nliche Schutzausr stung L schmittel und L schtechniken 155 5 4 L schmittel Umweltrelevante Gesichtspunkte Neben der Freisetzung toxischer Substanzen beim Versagen bzw Brand von lithi umhaltigen Batterien sind bei der Brandbek mpfung auch der Einsatz von L schmit teln in Bezug auf umweltrelevante Gesichtspunkte wie L schwasserr ckhaltung und die Bildung von Zersetzungsprodukten beim L schvorgang zu ber cksichtigen Nachfolgend wird ein Auszug aus Kunkelmann 2014 aufgef hrt der sich mit der Thematik Kontamination von L schwasser befasst Nach Rodewald und Rempe 2005 ist es besonders wichtig bei Brandeins tzen darauf zu achten wohin das verschmutzte und m glicherweise mit Chemikalien Mi neral len oder sonstigen Giften verunreinigte L schwasser flie t Bei Br nden wer den verbrannte oder unverbrannte Stoffe und Pyrolyseprodukte freigesetzt die mit dem L schwasser weggesp lt werden und das Oberfl chen oder Grundwasser sch digen bzw die Kl ranlagen berlasten Eine wichtige Aufgabe des Einsatzleiters beim Feuerwehreinsatz besteht darin den Abfluss des L schwassers zu kontrollie ren und ggf notwendige Schutzma nahmen zu ergreifen um das L schwasser auf zufangen und einer Entsorgung zuzuf hren Nach
11. Batterien und nicht die elektrische Sicherheit Nach den UN Richtlinien sind zur Pr fung von lithiumhaltigen Batterien folgende 8 Tests vorgesehen e Test 1 H hensimulation Lufttransport unter Unterdruckbedingungen e Test 2 Thermische Pr fung schnelle und extreme Temperatur nderungen e Test 3 Schwingung Schwingungen w hrend der Bef rderung e Test 4 Schlag Schl ge w hrend der Bef rderung e Test 5 u erer Kurzschluss e Test 6 Aufprall Quetschung mechanische Besch digung e Test 7 berladung e Test 8 Erzwungene Entladung Tiefentladung Zusammenfassung 175 Hierbei muss jede Batteriekomponente Zellen Module Batterie den Tests unter zogen werden Bereits relativ kleine nderungen am System verpflichten zu einem neuen vollst ndigen Durchlauf aller Tests Hierzu z hlen nicht nur Hardware nderungen sondern zuk nftig auch Software nderungen z B eingebautes Batte rie Monitoring und die Batteriemanagementsysteme Es gibt folgende M glichkeiten zur Entladung von Lithium lIonen Batterien e Entladen der Batterie ber mehrere Tage in einem Wasser Salzbad e Entladen der Batterie durch konventionellen ohmschen Lastwiderstand e Entladen der Batterie durch elektronische Lasten Bei einer zu schnellen Entladung einer Lithium Ionen Batterie durch z B elektroni sche Lasten besteht ggf die Gefahr dass die Batterie berhitzen kann und in einen unsicheren Zustand bergeht Das gr te Problem
12. e Sicherheitsstromversorgungen Notfallsysteme e Medizinische Ger te e Photovoltaik Speicher privater und kommerzieller Bereich Tabelle 1 1 zeigt den Vergleich der Energiedichte ausgew hlter Energiespeicher und Prim renergietr ger Tabelle 1 1 Energiedichte ausgew hlter Energiespeicher und Prim renergietr ger System Stoff Energiedichte Bemerkung Blei Akku ca 35 Wh kg Sekund rbatterie NiCd Akku ca 40 60 Wh kg Sekund rbatterie NiMH Akku ca 70 100 Wh kg Sekund rbatterie Lithium lonen Batterie ca 100 200 Wh kg Sekund rbatterie Batterie Lithium Mangandioxid ca 200 Wh kg Prim rbatterie Batterie Lithium Schwefel Akku ca 350 Wh kg Sekund rbatterie in der Ent wicklung bisher ohne prakti sche Bedeutung Lithium Thionylchlorid ca 500 650 Wh kg Prim rbatterie Lithium Luft Akku ca 450 1 000 Wh kg Sekund rbatterie in der Entwicklung bisher ohne praktische Bedeutung Aluminium Luft Batterie ca 1 300 Wh kg Prim rbatterie hohe Selbst entladung Wasserstoff ca 33 300 Wh kg Benzin Diesel ca 12 000 Wh kg Vorwort 3 Nach Berger 2012 umfasst der Markt f r Lithium Ionen Batterien f r PKW derzeit ber 100 Unternehmen weltweit Die Produktionskapazit t in diesem Markt wird 2015 voraussichtlich doppelt so gro sein wie die Nachfrage Bis 2015 f hren hohe Pro duktions berkapazit ten und
13. tung in der Lage auch rein elektromotorisch zu fahren einschlie lich Anfah ren und Beschleunigen e PHEYV Plug in Hybrid Electric Vehicle Plug in Hybride haben wesentlich gr Bere Batterien als Vollhybride rein elektrischer Fahrbetrieb zwischen 25 km und 150 km Reichweite o Parallel Plug in Hybrid z B Toyota Prius o Serielle Plug in Hybride Elektrofahrzeuge mit Range Extender Der An trieb erfolgt ausschlie lich ber einen Elektromotor der durch Batterien gespeist wird die w hrend der Fahrt durch einen kleinen Verbrennungs motor nachgeladen werden k nnen z B Opel Ampera e BEV Battery Electric Vehicle rein batterieelektrische Fahrzeuge Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 99 4 1 2 Durchf hrung von Arbeiten an Fahrzeugen mit Hochvoltsystemen Erforderliche Qualifikation Nach den Richtlinien der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung DGUV I 8686 2012 umfasst der Hochvolt Bereich HV in der Fahrzeugtechnik Spannungen gt 60 V und lt 1500 V bei Gleichspannung DC bzw gt 30 V und lt 1000 V bei Wechsel spannung AC F r Arbeiten an Fahrzeugen mit Hochvoltsystemen sind gem Tabelle 4 1 folgende Sicherheitsregeln zu beachten Tabelle 4 1 Sicherheitsregeln f r elektrotechnische Arbeiten an Hochvolt Systemen von Fahrzeugen DGUV I 8686 2012 e Mit elektrotechnischen Arbeiten darf erst begonnen werden wenn Schutzma nahmen ge
14. zierte Elektrofachkraft ber die zust ndige Leitstelle an zufordern um die konkrete Gef hrdung zu beurteilen und das weitere Vorgehen festzulegen 4 Chemische Gef hr e Aus dem HV Energiespeicher austretende Elektrolyte dung sind in der Regel reizend brennbar und potentiell t zend Hautkontakt und Einatmen der D mpfe sind un bedingt zu vermeiden e Es sind konventionelle Bindemittel zu verwenden 5 Thermische Ge e Eine Explosion von HV Energiespeichern ist aufgrund f hrdung Brand entsprechender Sicherheitstechnik grunds tzlich aus geschlossen e Die HV Energiespeicher als auch deren einzelne Zellen verf gen ber mechanische Sicherungseinrichtungen die z B bei einem brandbedingten Temperatur und Druckanstieg ffnen und somit zu einer gezielten Aus gasung und Druckentlastung f hren Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 105 e Beim Brand von Elektro Hybrid Fahrzeugen entsteht wie bei konventionellen Fahrzeugen auch aufgrund von brennenden Materialien z B Kunststoffen gesund heitssch dlicher Brandrauch e Wie auch bei verunfallten konventionellen Fahrzeugen ist das Restrisiko einer verz gerten Brandentstehung zu einem sp teren Zeitpunkt nach einem Unfall nicht aus zuschlie en dies gilt insbesondere bei besch digten HV Energiespeichern e Wasser ist als L schmittel zu bevorzugen da dieses auch k hlend auf den HV Speicher
15. 2 AUFBAU EIGENSCHAFTEN UND 2 1 2 1 1 2 1 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 3 2 3 2 3 1 2 3 2 2 3 3 2 3 4 2 3 5 SICHERHEITSTECHNISCHE BETRACHTUNG VON LITHIUMHALTIGEN BATTERIEN Lithium Metall Batterien Lithium Prim rbatterien Bauformen von Lithium Metall Batterien Stoffliche Zusammensetzung von Lithium Prim r Zellen und toxikologische Eigenschaften der Bestandteile Lithium lonen Batterien Lithium lonen Sekund rbatterien Akkus Bauformen von Lithium lonen Zellen und Batterien Energieinhalt von Lithium lonen Batterien in unterschiedlichen Anwendungen Stoffliche Zusammensetzung von Lithium lonen Zellen und toxikologische Eigenschaften der Bestandteile Sicherheitstechnische Betrachtungen von Lithium lonen Zellen und Batterien Versagen von Zellen und Batterien Chemische Reaktionen Schadstofffreisetzung toxikologische Betrachtungen Thermal Runaway Sicherheitstechnische Beurteilung Konstruktionskriterien Schutz und Uberwachungseinrichtungen Sicherheitstests f r Lithium lonen Batterien M glichkeiten der Entladung von lithiumhaltigen Batterien vor dem Transport Gef lschte Lithium lonen Batterien und Ladeger te TRANSPORT LAGERUNG SAMMLUNG UND RECYCLING VON LITHIUMHALTIGEN BATTERIEN Transportvorschriften Stra en Schienen Luft Seeverkehr Binnenschifffahrt Klassifizierung von Lithium Metall sowie Lithium lonen Zellen und Batterien ADR Richtlinien Transport von
16. 2 H20 2 NaOH Clo H2 Chlor Gestis 2015 brandf rdernd schwerer als Luft Dichte 3 2149 kg m8 giftig Reizwirkung auf Augen und Atemwege Gefahr schwerer Lungensch digung AGW 0 5 ppm 1 5 mg m8 wassergef hrdend WGK 2 o Alternativ Verwendung von Natriumsulfat Na3SO als Elektrolyt Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 61 Entladen der Batterie durch konventionellen ohmschen Lastwiderstand e Nur bei noch intakten und zug nglichen Batterien Batteriemodulen und An schlusssteckern m glich e Dauer der Entladung ber mehrere Stunden in Abh ngigkeit vom Energieinhalt der Batterie e Der Lastwiderstand kann sehr hei werden Entladen der Batterie durch elektronische Lasten e W hrend beim Belasten einer Stromquelle mit einem Festwiderstand immer nur ein bestimmter Laststrom bei einem bestimmten Widerstandswert eingestellt werden kann ist die Besonderheit der elektronischen Last dass der Laststrom in einem definierten Bereich einstellbar und elektronisch geregelt wird e Nur bei noch intakten und zug nglichen Batterien Batteriemodulen und An schlusssteckern m glich e Dauer der Entladung ber mehrere Stunden in Abh ngigkeit vom Energieinhalt der Batterie bei gegenw rtig verf gbaren handels blichen elektronischen Lasten e Die Ger te sind blicherweise ber L fter luftgek hlt Bei einer zu schnellen Entladung ein
17. Einleitung in die Kl ranlage m glich Brandszenarien Branddetektion Brandbek mpfung Pers nliche Schutzausr stung L schmittel und L schtechniken 146 Nach Egelhaaf M et al 2013 brannten bei allen drei Batterien nach Verl schen der Z nd und St tzfeuer die Batterien mit verminderter Intensit t eigenst ndig wei ter Trotz der Bildung stichflammen hnlicher Flammen an den berdruckventilen und dem Herausschleudern kleinerer Mengen fl ssiger Metalle blieb das Brandgesche hen auf einen relativ kleinen Radius von etwa zwei Metern beschr nkt Es kam zu keinen Explosionen Verglichen mit dem Abbrand von Benzin Diesel oder auch ei nem Fahrzeugbrandes waren die Rauchbildung und die W rmestrahlung w hrend des selbst ndigen Brennens sehr gering Die Temperaturen lagen tendenziell unter halb derer brennender Kraftstoffe Eine Brandausbreitung durch brennend wegflie Bende Betriebsstoffe ist bei Batterien nicht zu erwarten Im Brandfall ist der Einsatz von Wasser zur Brandbek mpfung m glich Allerdings ist mit einem deutlich gr eren L schwasserbedarf als zur Bek mpfung brennender konventionell angetriebener Fahrzeuge zu rechnen Egelhaaf M et al 2013 Dabei muss ber cksichtigt werden dass die im Versuchsaufbau erfolgte direkte K h lung der Akkus beim Einbau in einem Fahrzeug nicht m glich ist Dies f hrt zu einer weiteren Erh hung des Wasserbedarfs Egelhaaf M et al 2013 Der Einsatz geeigne
18. Elektrolyt und die Trennmembran Separator zur Anode negative Elektrode Entladen von Lithium lonen Batterien Lithium Ionen wandern von der Anode zur ck zur Kathode Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 15 2 2 2 Energieinhalt von Lithium lonen Batterien in unterschiedlichen Anwendungen Tabelle 2 5 zeigt die Spannung und die elektrische Energie f r eine Auswahl von Lithium lonen Batterien in unterschiedlichen Anwendungen Tabelle 2 5 Spannung und Energieinhalt von Lithium lonen Batterien in unterschied lichen Anwendungen Auswahl Camcorder 7 4V DC 2 55 Ah 0 02 kWh 20 Wh Elektrowerkzeuge 36 V DC 5 Ah 0 18 kWh 180 Wh E Bikes 36 V DC 17Ah 0 6 kWh 600 Wh Hybridelektrokraftfahrzeuge max 180 V DC 0 6 bis 2kWh Plug In Hybrid Fahrzeuge Steckdo max 400 V DC ca 5 bis 15 kWh senhybrid Elektrofahrzeuge Smart Fortwo Electric Drive Daim 17 6 kWh ler AG Stuttgart BMW i3 BMW AG M nchen 360 V DC 21 6 kWh Tesla Tesla Motors GmbH 375 V DC 60 85 kWh M nchen Cobus 2500e COBUS INDUST 400 V DC 150 kWh RIES GmbH Wiesbaden E Force One LKW Fehraltorf 400 V DC 240 KWh Schweiz MX30 Electric Truck BalQON Cor 540V DC 380 kWh poration Harbor City Station re Speicher f r private Photo l max ca 500 V 1 bis 10 kWh voltaikanlagen Aufbau Eigenschaften un
19. F r Altbatterien auch gebrauchte Lithiumbatterien bis zu einem St ck GEMEINSAMES D gewicht von max 500 g SYSTEM lt F r gr ere Mengen stehen nach Angaben von GRS 2015 Sammelf sser zur Ver f gung f r insgesamt 90 Kilogramm Batterien H he ca 610 mm hoch Durchmes ser ca 400 mm Gro e gebrauchte Lithiumbatterien Hochenergiebatterien z B E Bikes Laptops Akkuschrauber mit einem St ckgewicht gr er als 500 g sind separat in speziell ge kennzeichneten gelben Sammelboxen zu erfassen GRS 2015 Sammelbeh lter f r Lithium lonen Batterien aus Elektrofahrr dern gelbe Transport boxen und f sser sind nach GRS 2015 auf der Frontseite mit dem Aufkleber Nur f r Lithium lonen Batterien aus Elektrofahrr dern zu versehen damit die Sammelbox von Ger tebatterien optisch unterschieden werden kann Die Transport bedingungen z B des ADR sind zu beachten Die Sammelboxen m ssen trocken sowie vor Besch digungen und Witterungseinfl ssen gesch tzt werden Lithiumbat terien m ssen durch eine geeignete Verpackung z B Folie oder Originalverpa ckung und oder Isolierung der Pole z B mit Klebestreifen gegen Kurzschluss und Besch digungen gesichert werden F r besch digte Hochenergiebatterien gelten besondere Transportvorschriften siehe Abschnitt 3 1 1 und Abschnitt 3 4 U a stellt GRS geeignete Verpackungs und Transportmittel zur Verf gung Transport Lagerung Sammlung un
20. Lithium DIN EN ISO 11885 17200 l tzend Mangan DIN EN ISO 11885 72400 Akut toxisch bei einem Gehalt von mehr als 2000 mg kg Natrium DIN EN ISO 11885 400 tzend Nickel DIN EN ISO 11885 80700 giftig Phosphor DIN EN ISO 11885 14400 sehr giftig Zink DIN EN ISO 11885 453 umweltgef hrlich Versuche mit Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien an der FFB 167 Tabelle 6 6 Analyse von Brandr ckst nden eines Kurzschlussversuches einer Lithi um lonen Fahrzeugbatterie Anionen physikalisch chemische Parame ter FFB 2011 Substanz Methode Messwert Bemerkungen Der Fluoridwert von 157mg l 5 l sst bei entsprechenden Fluorid gel st DIN 38405 D4 157 mg l sauren pH Werten die Bil dung von Fluorwasserstoff vermuten pH Wert DIN 38404 C5 7 24 Temperatur zu pH DIN 38404 C4 22 0 C elektr LF 25 C DIN EN 27888 4820 pS cm Phosphat gesamt DIN EN 1189 55 5 mg l Sulfat DIN EN ISO 10304 23 1 mg l Tabelle 6 7 Analyse von Brandr ckst nden eines Kurzschlussversuches einer Lithi um lonen Fahrzeugbatterie Organische Screeninganalyse mit der Gaschromatograph Headspace Methode FFB 2011 Substanz Bemerkungen 1 2 Ethandiol gesundheitssch dlich Pyridin gesundheitssch dlich Carbons urediethylester 2 Methyl Pyridin gesundheitssch dlich 4 Hydroxy 4 Methyl 2 Pentanon reizend 3 MethyIPyridin gesundheitssch dlich
21. September 2010 st rzte der UPS Airlines Flug 6 eine Boeing 747 400 auf dem Weg vom Dubai International Airport zum Flughafen K ln Bonn in der N he des Flughafens Dubai ab wobei die zwei Besatzungsmitglieder ums Leben kamen GCAA 2010 Als prim re Absturzursache wurde ein Feuer in dem Bereich des La deraums festgestellt in dem sich Lithium lonen Batterien und Lithium Metall Batterien befanden Siehe Fotoaufnahmen S 91 95 im Uhnfallbericht GCAA 2010 Nach dem Flug einer Boeing 787 Dreamliner am 7 Januar 2013 von Narita Japan nach Boston USA entstand im Zielflughafen ein Brand aufgrund einer thermisch durchgehenden Lithium lonen Batterie Thermal Runaway Verwendung fand hier der sicherheitstechnisch kritische Batterietyp mit Lithiumcobaltdioxid LiCoO als Kathode Boeing 787 2013 1 Am 12 Juli 2013 kam auf dem London Heathrow Airport ebenfalls in einer Boeing B787 zum Brand einer nichtwiederaufladbaren Lithium Metall Batterie in einem ELT emergency locator transmitter in der Gep ckablage Dieser Brand konnte von den Einsatzkr ften mit einem Halon Handl scher nicht gel scht werden Erst nach Ent fernung einiger Deckenplatten war es m glich den Brand mit Spr hwasser erfolg reich zu bek mpfen Boeing 787 2013 2 Gem den UN Transportvorschriften f r gef hrliche G ter UN Model Regulations 2013 gt Orange Book werden seit dem 1 1 2009 alle Lithium lonen Zellen Batterien und Lithium
22. Tr Te er Tr Fe 422 ADN Europ isches bereinkommen vom 26 Mai 2000 2015 ber die internationale Bef rderung von gef hrlichen G tern auf Binnenwasserstra en i ADN Enth lt die Beigef gte Verordnung g ltig ab 1 Januar 2013 offizielle deutsche bersetzung http www bmvi de SharedDocs DE Anlage VerkehrUn dMobili M taet Gefahrgut adn_2013 pdf __blob publicationFile 743 BAM TES Fachportal TES Technische Sicherheit Gefahrgutum _ 2015 schlie ungen BAM Bundesanstalt f r Materialforschung und pr fung Fachbereich 3 1 Gefahrgutverpackungen Berlin 2015 http www tes bam de de regelwerke gefahrgutvorschri Literaturverzeichnis 188 und Kriterien Handbuch ber Pr fungen und Kriterien 2015 F nfte berarbeitete Ausgabe ST SG AC 10 11 Rev 5 Vereinigte Nationen New York und Genf 2009 Deutsche bersetzung 2015 berarbeitete und durch Amendment 1 und 2 sowie durch das Corrigendum 2012 erg nzte und korrigierte Fassung http www bam de de service publikationen publikation en_medien handbuch_befoerderung_gefaehrlicher_gu eter pdf BAM Bundesanstalt f r Materialforschung und pr fung Berlin 2015 66666 Tr Te er re 45 BAM Allgemein jAllgemeinverf gung zur Bef rderung von besch digten verf gung oder defekten Lithium Metall Zellen oder Lithium 2013 Metall Batterien der UN Nummer 3090 Lithium Met
23. ber den vom Geh use isolierten Deckel der Zelle gebildet Abbildung 1 Zylindrische Zelle Hardcase Prismatische Hardcase Zelle Hierbei handelt es sich meist wie auch bei den Rundzellen um gewickelte Zel len Im Gegensatz zu den Rundzellen werden die Zellwickel hierbei aber nicht um einen Dorn sondern flach gewickelt Der dabei entstandene Flachwickel wird an schlie end in ein prismatisches Geh use gepackt Die Elektroden werden typi scherweise vom Geh use isoliert ber den Deckel des Geh uses kontaktiert Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 13 Abbildung 2 Prismatische Zelle Hardcase Pouchzelle Diese wird wegen ihrer u erlichen hnlichkeit mit eingeschwei tem Kaffeepul ver auch Coffee Bag Zelle genannt Diese Zellform besitzt im Gegensatz zu den beiden anderen Zelltypen kein festes Geh use sondern nur eine mit Aluminium beschichtete Kunststofffolie als Umh llung Um trotzdem eine gewisse Stabilit t und gleichm ige Form zu gew hrleisten muss diese durch den Aufbau des Zellstapels gew hrleistet werden Dies kann durch die Verwendung von geschich teten Zellstapeln anstelle der sonst verwendeten Wickelungen erreicht werden Abbildung 3 Pouch Zelle Coffee Bag Zelle Softpack Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 14 Die Spannung einer einzelnen Zelle betr gt je nach Kathodenmat
24. ber die Einstufung wassergef hrdender Stoffe in Wassergef hrdungsklassen WGK VwVwS 1999 2005 sind wassergef hrdende Stoffe feste fl ssige und gasf rmige Stoffe die geeignet sind nachhaltig die physikalische chemische oder biologische Beschaf fenheit des Wassers nachteilig zu ver ndern VwVwS 1999 2005 Wassergef hrdende Stoffe werden entsprechend ihrer Gef hrlichkeit in eine der fol genden Wassergef hrdungsklassen eingestuft WGK 3 stark wassergef hrdend WGK 2 wassergef hrdend WGK 1 schwach wassergef hrdend Nicht wassergef hrdend sind Gemische wenn folgende Voraussetzungen erf llt sind a Der Gehalt an Komponenten der WGK 1 ist geringer als 3 Massenanteil b Der Gehalt an Komponenten der WGK 2 und 3 ist geringer als 0 2 Massenan teil c Es sind keine Komponenten der WGK 3 krebserzeugende Komponenten oder Komponenten unbekannter Identit t zugesetzt d Dem Gemisch sind keine Dispergatoren zugesetzt Auf Basis der Grundgesetz nderung zum 01 September 2006 und dem neuen Was serhaushaltsgesetz WHG vom 31 Juli 2009 erl sst die Bundesregierung zurzeit eine neue Verordnung ber Anlagen zum Umgang mit wassergef hrdenden Stoffen AwSV 2013 47 Die AwSV 2013 Entwurf vom 22 7 2013 wird bundesweit ein heitliche Anforderungen an Anlagen zum Umgang mit wassergef hrdenden Stoffen festlegen und die bisher g ltigen unterschiedlichen Anlagenverordnungen der einzel nen Bundesl nder abl
25. de Vries 2008 muss grunds tzlich ebenfalls davon ausgegangen werden dass von jeder Brandstelle kontaminiertes L schwasser abflie en kann Werden dem L schwasser Tenside zugesetzt und Netzwasser und oder Schaum verwen det so erh ht sich die Schadstofffracht im abflie enden L schwasser Zum einen resultiert dies aus der Aquatoxizit t der Schaummittel zum anderem k nnen Tenside die Auswaschung von Toxinen aus dem Brandgut erh hen Hierbei ist davon auszu gehen dass das L schwasser in Geb uden zur Kontamination der Bausubstanz und der Einrichtungsgegenst nde f hrt sowie in das Erdreich in die Vegetation und das Grundwasser gelangt Die Feuerwehreinsatzkr fte sind durch Schadstoffeintrag in die Feuerwehrschutzkleidung und auf ungesch tzte K rperpartien gef hrdet Bei der Verwendung von Schaummittel zur Brandbek mpfung ist darauf zu achten dass dieses nicht ins Trinkwasser gelangt Ein Gro teil der bestehender Gewerbebe triebe Speditionen und Wohngeb ude werden jedoch z Zt von den Auflagen zur L schwasserr ckhaltung nicht erfasst Brandszenarien Branddetektion Brandbek mpfung Pers nliche Schutzausr stung L schmittel und L schtechniken 156 An dieser Stelle sei auch auf die Einstufung wassergef hrdender Stoffe in Wasserge f hrdungsklassen hingewiesen die z B beim L scheinsatz durch die Feuerwehr eine bedeutende Rolle spielt Gem der allgemeinen Verwaltungsvorschrift zum Wasserhaushaltsgesetz
26. durchgef hrt Diese wurden mit Lithium Ionen Modulen best ckt und anschlie end mit Pyro Bubbles Hohlglasgranulat Hauptbestandteil Siliziumdioxid gef llt Als Batteriemo dule wurden ein Einzelmodul 13 Lithium lonen Zellen und ein Modulzusammen schluss aus 8 Einzelmodulen verwendet Zum Erreichen der Thermal Runaway Reaktion wurden die Batterien jeweils mit einer thermischen Energiequelle beauf schlagt Heizband mit 1 250 W bzw Heizplatte mit 1 300 W Bei den Versuchen wurden maximale Temperaturen zwischen 600 C und 700 C in den Transportboxen ermittelt Die Temperaturen an den Innenseiten der Beh lterw nde berschritten zu keinem Zeitpunkt die maximal zul ssige Au enwandtemperatur von 100 C Dieses wird auf die hohe W rmekapazit t und niedrige W rmeleitf higkeit der PyroBubbles zur ckgef hrt Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 98 4 Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium lonen Batterien und Lithium Metall Batterien 4 1 Fahrzeuge mit Hochvolt Systemen 4 1 1 Klassifizierung Nach Dudenh ffer 2010 werden Elektrofahrzeuge wir folgt klassifiziert e HEV Hybrid Electric Vehicle Hybridfahrzeuge Elektromotor en wirken ge meinsam mit dem Verbrennungsmotor auf den Antriebsstrang o Mildhybrid Der Elektroantriebsteil unterst tzt den Verbrennungsmotor zur Leistungssteigerung o Vollhybrid Vollhybridfahrzeuge sind aufgrund ihrer elektromotorischen Leis
27. hren Befinden sich brennbare Materialien in der N he von Batterien oder Ladeger ten kann sich schnell ein gr eres Feuer entwickeln wenn diese sich entz ndet oder stark erhitzt haben Um diese Gef hrdungen zu vermeiden oder zu verringern sind die folgenden Ma nahmen gem Tabelle 4 11 einzuhalten Tabelle 4 11 Hinweise f r das Laden von Pedelecs bzw E Bikes gem VdS 3471 2015 a Herstellerangaben sind unbedingt zu beachten b Es d rfen nur vom Batteriehersteller zugelassene Ladeger te verwendet werden c Vor jedem Laden und nach ungew hnlichen Ereignissen z B Unfall Sturz sind Ladeger t und Batterien auf sichtbare Besch digungen zu untersuchen z B ab geplatzte Teile korrodierte Kontakte oder aufgebl hte Batterien d Besch digte Batterien oder Ladeger te d rfen nicht weiter verwendet werden e Es wird empfohlen Batterien nicht unbeaufsichtigt z B in der Nacht zu laden Wenn dennoch Batterien unbeaufsichtigt geladen werden so wird das Laden in einer brandgesch tzten Umgebung oder berwacht von einer Brandmeldeanlage empfohlen f Batterien d rfen nur in dem Temperaturbereich geladen werden der vom Her steller zugelassen wurde g Batterien sind vor Frost zu sch tzen h Ladeger te d rfen im Allgemeinen nur im Trockenen verwendet werden z B Keller oder Garage eine Verwendung im Freien ist nur gestattet wenn die Lade ger te gegen Feuchtigkeit durch wasserdichte Boxen F cher o
28. o Klimakammer o Container o Brandgesch tzter Raum Dabei ist die maximal aus dem Pr fling freiwerdende Energie und Gasmenge zu be r cksichtigen Die Einhausung muss in der Lage sein diese freiwerdende Energie aufzunehmen oder weiterzuleiten Hierbei sind z B auch die Schmelztemperaturen der Materialien zur Beurteilung der Temperaturbest ndigkeit der Geh usematerialien z B einer Klimakammer zu beachten z B Aluminium 660 C Eisen Stahl ca 1 530 C Quarzsand 1 860 C Klimakammern sind in der Regel nicht in der Lage einen h heren Innendruck aus zuhalten Daher muss auf jeden Fall die M glichkeit eines Druckausgleichs z B Berstscheibe berdruckklappe Abluftstutzen geschaffen werden einschlie lich der sicheren Ableitung der entstehenden Gase Eine Entlastung ber die T r der Kam mer wird nicht empfohlen da ein vor der Kammer stehender Mensch verletzt werden kann Auf jeden Fall ist eine Fangeinrichtung anzubringen die verhindert dass die T r ganz aufschlagen kann Groi R Jossen A 2010 Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 58 Weitere Ma nahmen sind nach Groi R Jossen A 2010 e Zugangskontrolle o Nicht berechtigte Personen d rfen nicht in den Gefahrenbereich o Der Gefahrenbereich wird abgeriegelt solange eine Pr fung l uft o Permanent Inertisierung des Pr fraums Durch Inertisierung wird dem Pr f ling Sauerstoff entzogen Maxim
29. r verschiedene Transportbeh lter der Verpa ckungsgruppe hohe Gefahr zum Transport besch digter Lithium lonen Batterien UN 3480 und Lithium Metall Batterien UN 3090 Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 96 VG I Verpackung Beispiel 1 Aluminiumbox Kissen mit Vermicu lit F llung zum Auspolstern ZVEI IVG EPTA 2014 VG I Verpackung Beispiel 2 Edelstahlgeh use Filter und Isola tionssystem als zus tzliches Schutzsystem Nutzraum LxBxH 1220x670x300 mm Nutzlast 280 kg KE TEC 2014 Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 97 VG I Verpackung Beispiel 3 Stahlbeh lter Vermiculit als F ll material Beutel rechts neben dem Beh lter GRS 2015 Abbildung 13 Beispiele f r VG I Verpackungen Aluminium und Stahlbeh lter zum Transport besch digter Lithium Ionen Batterien UN 3480 und Lithium Metall Batterien UN 3090 Saupe A et al 2015 berichtet ber Realbrandversuche zum sicheren Transport von Lithium lIonen Modulen Bei den Versuchen wird u a das Kriterium aus den Transportvorschriften f r Batterien nach UN 3480 und UN 3481 ber cksichtigt dass eine berschreitung der Au enwandtemperatur eines Transportbeh lters von 100 C nicht zul ssig ist Es wurden Versuche mit zwei verschiedenen Transportbeh ltern LIONGUARD S Box X1mit 190 Inhalt M Box X2 mit 740 Inhalt
30. s e Dicke blich 20 25 um minimal gegenw rtig 15 um e Shutdown Separator o Separator aus Polyolefin dient als Sicherheit selement Wenn die Poren kontrolliert verschmelzen und sich hierdurch verschlie en f hrt das zum Ab schalten der Zelle Es kann keine weitere elektrochemische Reaktion in der Zelle statt finden Somit wird der Stromfluss durch die Zelle unterbrochen oder zumindest minimiert Die Stabilit t des Separators muss weiterhin gew hrleistet sein Bei h heren Temperaturen schrumpft oder schmilzt der Separator vollst ndig und es kann zum internen Kurzschluss mit entspre chender Energiefreisetzung und Brand kom men Neuentwicklung dreilagige Separatoren Mittellage aus PE 2 Au enlagen aus PP PE schmilzt und vollzieht Shutdown die beiden u eren Lagen aus PP sind bis zu h heren Temperaturen mechanisch stabil Vliesstoff Komposite Separatoren e keramische Beschichtungen eines Vliesstoffes z B Polyesterfasern f hren zu einer Erh hung der Form stabilit t Penetrationsbest ndigkeit und der Brandsi cherheit bei h heren Temperaturen e z B Aluminiumoxid Siliciumdioxid oder Zirkoniumdi oxid als Beschichtungsmaterial e z B SEPARION Evonik Industries AG Essen Po Iymerflies mit gesinterter Keramikbeschichtung Tem peraturbest ndigkeit bis 700 C Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 21
31. sen Au erdem wird die AwSV grunds tzlich die Einstufung von Stoffen Gemischen und Abf llen in WGK regeln Brandszenarien Branddetektion Brandbek mpfung Pers nliche Schutzausr stung L schmittel und L schtechniken 157 Nach ZVEI 2012 hat die REACH Verordnung Europ ische Chemikalienverord nung 1907 2006 EC die EU Richtlinie zu Sicherheitsdatenbl ttern 91 155 EU ab gel st Sowohl die nun g ltige REACH Verordnung als auch die nun nicht mehr g l tige Richtlinie fordern die Erstellung und Aktualisierung von Sicherheitsdatenbl ttern f r Stoffe und Zubereitungen F r Erzeugnisse Produkte wie Lithiumbatterien sind nach europ ischem Chemikalienrecht keine EU Sicherheitsdatenbl tter erforderlich Versuche mit Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien an der FFB 158 6 Versuche mit Lithium lonen Batterien und Lithium Metall Batterien an der FFB 6 1 1 Versuche mit Lithium lIonen Batterien und Lithium Metall Batterien An der Forschungsstelle f r Brandschutztechnik am KIT wurde ein Versuchsstand zur Untersuchung der Brand und Rauchausbreitung bei der thermischen Beanspru chung von kleinen Lithium lonen Batterien Zellen und Lithium Metall Batterien so wohl in normaler Luftatmosph re als auch in reduzierter Sauerstoffatmosph re sowie zur Untersuchung der L schwirksamkeit verschiedener L schmittel errichtet Die nachfolgende Bild und Textdokumentation in Tabelle 6 1 veranschaulicht den Ver
32. 3103 2012 38 41 51 54 55 60 62 64 68 68 70 74 78 79 86 87 88 Tabelle 3 11 Kriterien zur Diagnose von defekten Lithium lIonen Batterien ZVEI IVG EPTA 2014 Tabelle 4 1 Sicherheitsregeln f r elektrotechnische Arbeiten an Hochvolt Systemen von Fahrzeugen DGUV I 8686 2012 Tabelle 4 2 Notwendige Qualifikation in Abh ngigkeit der auszuf hrenden Arbeiten an Fahrzeugen mit Hochvoltsystemen f r Arbeiten in Entwicklung und Fertigung nach DGUV I 8686 2012 Tabelle 4 3 Hinweise Auswahl f r die Unfallhilfe und das Bergen von verunfallten Fahrzeugen und Komponenten mit Hochvolt HV Energiespeicher Antrieben VDA 2013 Tabelle 4 4 Erkennen von Elektrofahrzeugen beim Feuerwehreinsatz nach LFS BW Jo B ZSW D ring H 2011 Tabelle 4 5 Brandbek mpfung bei Elektrofahrzeugen nach LFS BW Jo B ZSW D ring H 2011 Tabelle 4 6 Gef hrdungsbeurteilung Brand von Fahrzeugen mit Elektroantrieb AGBF DFV 2014 Tabelle 4 7 Rettungs und L scharbeiten an PKW mit alternativer Antriebstechnik DGUV 205 022 2012 Tabelle 4 8 Ladem glichkeiten von Elektrostra enfahrzeugen nach VdS 3471 2015 Tabelle 4 9 Vor und Nachteile des kabellosen sowie kabelgebundenen Ladens in Bezug auf die Sicherheit Charge 2011 Tabelle 4 10 Hinweise des Infocenters der R V Versicherung zum Betrieb von E Bikes und Pedelecs R V 2015 Tabelle 4 11 H
33. Analyse von Brandr ckst nden eines Kurzschlussversuches einer Lithium lonen Fahrzeugbatterie Anionen physikalisch chemische Parameter FFB 2011 Analyse von Brandr ckst nden eines Kurzschlussversuches einer Lithium lonen Fahrzeugbatterie Organische Screeninganalyse mit der Gaschromatograph Headspace Methode FFB 2011 Analyse von Brandr ckst nden eines Kurzschlussversuches einer Lithium lonen Fahrzeugbatterie Dioxine und Furane FFB 2011 Bemerkung zu den vorliegenden Untersuchungen 160 161 165 166 167 167 168 Jede Nennung kommerzieller Produkte geschieht nur zu Informationszwecken Damit ist keine Empfehlung des genannten Produkts durch die Forschungs stelle f r Brandschutztechnik am Karlsruher Institut f r Technologie verbun den Die ausgewerteten in und ausl ndischen Untersuchungen geben den Stand punkt und die Meinung der jeweiligen Autoren wieder und stellen nicht not wendigerweise den Standpunkt des Verfassers dieses Forschungsberichtes dar Vorwort 1 Vorwort Lithium Metall Batterien Lithium Prim rbatterien und Lithium lonen Batterien Lithi um Sekund rbatterien Akkus werden aufgrund ihres hohen Energiespeicherverm gens zunehmend als Batterien bei unterschiedlichen Anwendungen f r elektrische Verbraucher eingesetzt Die nichtwiederaufladbaren Lithium Metall Batterien weisen eine hohe Zellspannung hohe spezifische Energie und Energiedichte bei gu
34. BW Jo B ZSW D ring H 2011 Wasser e geeignet e gute K hlwir kung Grunds tzlich Brand zun chst mit Wasser bek mpfen Vorteile e gesch digte Zellen deren Ge h use offen ist werden durch Wasser entladen e Br nde m ssen mit sehr gro en Mengen Wasser bek mpft wer den K hlung Vermeidung von Kettenreaktionen e Entstehung von Wasserstoff m glich Knallgasbildung Sand Metallbrand e kaum K hlwir e beim Entfernen der Abdeckung pulver oder hnliche kung kann durch die schlagartige Sau Substanzen e Sauerstoffver erstoffzufuhr zum noch hei en dr ngung durch Schwelherd eine starke Verpuf Abdecken fung auftreten Wasser mit e Erh hung des e Hierbei ist zu beachten dass nur L schmittelzus tzen W rme ber L schmittel ohne umwelt ganges an das sch dliche Inhaltsstoffe verwen L schmittel det werden d rfen e gute L schwir kung Beispiele Cold Metal oder F 500 LFS BW DEKRA WBZU 121 Wasser mit L sch mittelzusatz geeignet Hybridantrieb e Hauptrisiken sind hohe Spannun gen und Elektrolyte aus der Bat terie e Die Schutzabst nde nach DIN VDE 0132 Brandbek mpfung im Bereich elektrischer Anlagen sind einzuhalten bis das Fahr zeug freigeschaltet ist e Im Bereich der Batterie nur mit Schutzbrille Visier und Hand schuhen arbeiten Hautkontakt mit austretender Batteriefl ssig keit vermeiden e brennende Batterien nach M g lichk
35. G ter Handbuch ber Pr fungen und Kriterien BAM Pr fungen und Kriterien 2015 Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 65 Nach den UN Transportvorschriften f r gef hrliche G ter UN Model Regulations 2013 gt Orange Book werden seit dem 1 1 2009 alle Lithium lonen Zellen Batterien und Lithium Metall Batterien als Gefahrgut der Klasse 9 Verschiedene gef hrliche Stoffe und Gegenst nde eingestuft Abbildung 7 zeigt das Gefahrgutzeichen f r die Gefahrgutklasse 9 Verschiedene gef hrliche Stoffe und Gegenst nde Abbildung 7 Gefahrgut Transport von Lithium Metall Batterien und Lithium lonen Batterien Gefahrgutklasse 9 Verschiedene gef hrliche Stoffe und Gegenst nde UKBW 2013 Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 66 Eine Voraussetzung f r die Zulassung zum Transport von lithiumhaltigen Batterien ist der Nachweis der Tests nach UN Tests and Criteria 2013 Teil Ill Abschnitt 38 3 siehe auch BAM Pr fungen und Kriterien 2015 Auf diese Tests wird im Abschnitt 2 3 3 Sicherheitstests f r Lithium Batterien n her eingegangen N here Einzelheiten z B zu den Pflichten des e Auftraggebers e Absenders e Bef rderers e Empf ngers e Verladers e Verpackers e Bef llers f r den Transport findet man in der Verordnung ber die innerstaatliche und grenz berschreitende Be
36. Gasdruck innerhalb der Zelle z B durch begonnene berladung und steigende Temperatur wird der elektrische Kontakt zu einem der Pole un terbrochen Batteriemanagementsystem BMS berwachung der Zellzust nde und der Lade bzw Entladevorg nge Messung der Zellspannung Temperatur Batteriestrom gt Berechnung des Ladezustandes SOC State of Charge sowie der Alterung SOH State of Health im Vergleich zum Neuzu stand Beide Werte k nnen nicht direkt gemessen werden Die Berech nung erfolgt im Batteriemanagementsystem aus vorhandenen Mess werten wie z B Strom Spannungsdifferenten und Temperatur Beim Laden einer gro en Anzahl von Zellen gilt es das Risiko einer ber ladung einzelner Zellen zu vermeiden Die einzelnen Zellen weisen eine prinzipbedingte Streuung auf und k nnen unterschiedlich viel Restladung enthalten Das kann dazu f hren dass einzelne Zellen w hrend des Ladevorgan ges die maximale Spannung fr her erreichen als andere An bestimmten Zellen kann es zu einer berspannung oder zu einem fr hen Abbruch des Ladevorganges kommen Resultat ist ein Kapazi t tsverlust bedingt durch das nicht vollst ndige Laden aller Zellen Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 44 Die schw chste Zelle bestimmt das Verhalten des gesamten Batterie systems Nach BSW KIT et al 2014 sind notwendige sicherheitsrelevante Informationen vom Zel
37. Lithium lonen Batterien und Lithium Metall Batterien auf der Stra e 12 12 15 18 26 26 41 53 60 62 63 63 69 3 2 3 3 3 3 1 3 3 2 3 4 4 1 4 1 1 4 1 2 4 1 4 4 2 4 3 4 4 4 5 4 6 5 1 5 2 5 3 5 3 1 5 3 2 IATA DGR Richtlinien Transport von Lithium lonen Batterien und Lithium Metall Batterien im Luftverkehr 77 Lagerung von lithiumhaltigen Batterien 79 Sammlung und Recycling 89 Batterien nicht in Ger ten eingebaut 89 Elektroaltger te mit eingebauten Batterien 94 Bef rderung von besch digten Lithium Batterien 95 AUSGEW HLTE EINSATZGEBIETE VON LITHIUM IONEN BATTERIEN UND LITHIUM METALL BATTERIEN 98 Fahrzeuge mit Hochvolt Systemen 98 Klassifizierung 98 Durchf hrung von Arbeiten an Fahrzeugen mit Hochvoltsystemen Erforderliche Qualifikation 99 Unfallhilfe Bergen und Transport von besch digten Fahrzeugen mit Hochvolt Systemen 102 Ladestationen f r Elektrostra enfahrzeuge 115 Elektrofahrr der Pedelec E Bike 118 Schiffe RoRo und RoPax 123 Passagier und Frachtflugzeuge 125 Photovoltaik Speicher 129 Funkger te und H r Sprechgarnituren der Feuerwehr 138 BRANDSZENARIEN BRANDDETEKTION BRANDBEK MPFUNG PERS NLICHE SCHUTZAUSR STUNG L SCHMITTEL UND L SCHTECHNIKEN 139 M gliche Brandszenarien 139 Pers nliche Schutzausr stung Feuerwehr Dienstvorschrift 500 FwDV 500 und Arbeiten an HV Systemen 140 Branddetektion und Brandbek
38. Membran pe netrieren und zum Kurzschluss f hren Innerhalb von Sekunden entstehen hierdurch Temperaturspitzen von 200 bis 300 C Kaiser J et al 2015 verweist auf Untersuchungen des Zentrums f r Son nenenergie und Wasserstoffforschung ZSW Fleischhammer M et al 2015 wonach sich das Sicherheitsverhalten von Lithium lonen Zellen durch in Schnelltests forcierte Zellalterung verschlechtern kann auch ohne dass der Separator lokal gesch digt werden muss e berladung der Zelle O Eine Zelle oder Batterie wird mit h herem Strom geladen als vom Hersteller spezifiziert Die Temperaturabh ngigkeit des max Ladestromes ist zu be achten Werden nach M hli J 2012 Lithium lonen Zellen berladen oder hohen Temperaturen ausgesetzt bricht die Schichtstruktur der Metalloxide Katho de zusammen Bei diesem stark exothermen Vorgang wird elementarer Sauerstoff gebildet Die hohe W rmeenergie f hrt zu einer Verdampfung der organischen Elektrolytfl ssigkeit Wird der Flammpunkt dieser leichtbrennbaren D mpfe berschritten kommt es zum Brand der Zelle Da dies ein sich selbst verst rkender Prozess ist kann er zum thermischen Durchgehen f hren und sich das eingelagerte Lithium entz nden Metall brand Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 30 e berentladung Tiefentladung der Zelle O Bei Tiefentladung wird die Entladeschlussspannung unterschritten Entlades
39. Metall Batterien als Gefahrgut der Klasse 9 Verschiedene ge f hrliche Stoffe und Gegenst nde eingestuft 1 ELT dient Such und Rettungsdiensten zur Ortung rettungsbed rftiger Flugzeuge Vorwort 5 F r Feuerwehreinsatz und Rettungskr fte ist hierbei nicht nur e das Versagen fest eingebauter Batterien in Ger ten oder Verkehrsmitteln von In teresse sondern auch die Gefahr von Br nden im Zusammenhang e mit gr eren Ansammlungen derartiger Batterien beim Transport Stra e Schie ne Flugzeug Schiff e bei lagerm ig in Geb uden in gro en St ckzahlen in geladenem ungeladenem Zustand vorgehaltenen Batterien z B Batteriehersteller Ersatzteillager Fahr zeug und Ger tehersteller Werkst tten f r PKW und Elektrofahrr der etc e mit Br nden durch versagende Batterien sowie bei Brandeinwirkung auf Batterien in Wohngeb uden Hotels etc e mit Gef hrdungen und Versagen von Batterien aufgrund von z B berschwem mung von Kellerr umen insbesondere z B bei Photovoltaik Speichern und Elekt rofahrr dern Es liegen bislang nur relativ wenige ffentlich zug ngliche und verwertbare Er kenntnisse z B zum Brandverhalten zur Branddetektion zu vorbeugenden und an lagentechnischen Brandschutzma nahmen sowie zur Brandbek mpfung und Durch f hrung von Rettungsma nahmen von Personen durch Feuerwehr und Rettungs dienste bei lithiumhaltigen Batterien vor Von gro er Bedeutung sind auch die personenschutz und umwel
40. Oberfl che sodass der Elektrolyt durch Nebenreaktionen aufgezehrt wird Abge schiedenes Lithiummetall kann lange metallische Nadeln Dendrite ausbilden welche die Elektroden kurzschlie en was wiederum eine berhitzung und Ent z ndung des Elektrolyten zur Folge haben kann e Durch chemische Prozesse werden im Laufe der Lebensdauer auf dieser bereits vorhanden SEI weitere Deckschichten aufgebaut o Dies f hrt zur Abnahme der Kapazit t der Batterie da ein Teil der in L sung befindlichen Lithium Ionen im Elektrolyten in Verbindungen berf hrt werden die sich dann nicht mehr an den elektrochemischen Reaktionen beteiligen k n nen o Au erdem nimmt die Dicke der Schicht zu die Lithium Ionen im Elektrolyten durchwandern m ssen so dass es durch einen Anstieg des Stofftransportwi derstandes zu einem Anstieg des onmschen Widerstands kommt Beim Betrieb der Batterien sind nach BSW et al 2014 Korthauer R et al 2013 folgende weitere Vorg nge zu beachten e W hrend der Zyklisierung der Batterie kommt es zu Dimensions nderungen der Elektroden und einer Ver nderung ihrer Mikrostruktur Temperaturwechsel f hren zu weiteren mechanischen Belastungen Bemerkung Ein Zyklus ist wenn eine bestimmte Energiemenge in den Speicher geladen und auch wieder herausgeholt wurde Wird zum Beispiel ein gro er Ver braucher kurzzeitig eingeschaltet dann wird der Ladevorgang der Batterie unter Umst nden unterbrochen und die Batterie wir
41. Regel gesonderte gefahrgutrechtliche Bestimmungen einzuhalten Die Verantwortung bei der Bef rderung von Gefahrg tern liegt bei den Unterneh mern oder Inhabern eines Betriebes die gef hrliche G ter verpacken verladen ver senden entladen empfangen oder auspacken sowie den Herstellern von hierzu vor gesehenen Verpackungen Containern oder Fahrzeugen Der Versender von Lithiumbatterien bzw zellen muss sich vorab im Klaren sein durch welche Verkehrstr ger seine Sendung bef rdert werden wird z B wenn der Verkehrstr ger auf dem Transportweg gewechselt wird z B Stra e Flugzeug F r den Transport von Lithium lIonen Batterien und Lithium Metall Batterien gibt es z B nach den ADR Richtlinien f r die Stra e umfangreiche Sondervorschriften Ver packungsanweisungen und multilaterale Vereinbarungen f r neue gebrauchte be sch digte oder defekte Batterien auf die in der vorliegenden Arbeit n her eingegan gen wird Die Transportvorbereitungen und der Transport sind ausschlie lich von entspre chend geschulten Personen durchzuf hren bzw der Prozess muss durch entspre chende Experten oder qualifizierte Firmen begleitet werden Zusammenfassung 177 Die zust ndige Beh rde f r den Transport von lithiumhaltigen Batterien in Deutsch land ist die Bundesanstalt f r Materialforschung und pr fung BAM Fahrzeuge nach den UN Vorschriften UN 3166 und UN 3171 mit eingebauten ithi umhaltigen Batterien fallen u
42. Speichersystems verwendet und ber den Wechselrich ter des Speichersystems in das System des Geb udes eingespeist o Gleichstromleitungen sind in der Regel nicht freischaltbar und sollten daher so verlegt werden dass im Havariefall keine Gef hrdungen durch ber hrbare Spannungen hervorrufen k nnen e Einige Speichersysteme erhalten die Wechselstrom Versorgung im Inneren des Hauses auch bei Netzausfall Netzfreischaltung aufrecht e Speichersysteme und Zellen sind mittlerweile durch mehrere Sicherheits einrichtungen gesch tzt Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 135 e Durch Geh use und die enthaltenen organischen L sungsmittel tragen die Lithi um Ionen Batterien zur Brandlast bei e Sollte eine Zelle durch W rme berladung oder mechanische Besch digung zersetzen oder thermisch durchgehen sind folgende Punkte zu beachten O O Entstehen von Temperaturen an der Oberfl che bis 800 C Freisetzung von meist wei grauem Nebel Elektrolyt und andere Zellbe standteile Z ndf hig ggf Stichflammenbildung Elektrolyt enth lt Lithiumhexafluorophosphat LiPFe sehr wasserempfind lich Freisetzung von Fluorwasserstoff HF gt Flusss ure und Phosphors ure HsPO Ab 130 C beginnt die Zersetzung einer Lithium lonen Zelle gt hiervon ab weichende Aussagen siehe Abschnitt 2 3 1 in diesem Forschungsbericht M glichkeit der Zersetzung der anderen Zellen
43. Wasserstoffentstehung aufgrund von Elektrolyse wenn Solarspeicher ganz oder teilweise berflutet wird m glichst gute L ftung unmittelbar ins Freie Elektrische Gef hrdung Gleiche Vorgehensweise wie bei Photovoltaik Anlagen bzw Eins tzen im Niederspannungsbereich Wechselspannung bis 1 kV oder Gleichspannung bis 1 5 kV Beachtung der Sicherheitsabst nde zu spannungsf hrenden Teilen Mindestabst nde beim Mehrzweckstrahlrohr Spr hstrahl 1 m Vollstrahl 5 m Umluftunabh ngiger Atemschutz und geschlossene Brandbek mpfungsbe kleidung Feuerwehr berhose und berjacke auch nach Feuer aus und bei Aufr umarbeiten Niederschlagen des Brandrauches mit Wasser Spr hstrahl Zur Verhinderung der weiteren Zersetzung von Zellen m ssen die Zellen un mittelbar gek hlt werden Das ist mit gasf rmigen L schmitteln nicht ausrei chend m glich Kohlendioxid als L schmittel oder anderweitige Reduzierung der Sauerstoffkonzentration kann den eher unwahrscheinlichen Flammen brand unterdr cken Kathodenmaterial kann aufgrund des Sauerstoffgehaltes in den verwendeten Stoffen die Verbrennung auch ohne u eres Sauerstoff angebot unterhalten Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 136 o K hlung ber mehrere Stunden regelm ige Benetzung mit Wasser ist aus reichend o Bei zuvor sehr hohen Temperaturen und gro en Speichern ist ggf auch ber l ngeren Zeitrau
44. an die pers nliche Schutzausr stung und die Brandbek mpfungsma nahmen der Feuerwehreinsatzkr fte stellen e Br nde von f r L schma nahmen frei zug nglichen Batterien e Br nde von Batterien im Fahrzeug eingebaut und unzug nglich f r L schma nahmen e Br nde in Garagen Tiefgaragen Parksystemen e Br nde in Werkst tten KFZ Elektrofahrr der etc ggf in gro er Ansammlung e Br nde in L gern mit einer gro en Anzahl von Batterien e Br nde in Wohngeb uden Hotels e Br nde in Dachgeschossen gt Energiespeicher f r Photovoltaikanlagen e Br nde in Kellerr umen sowie berflutete Kellerr ume gt Energiespeicher f r Photovoltaikanlagen Elektrofahrr der Elektrowerkzeuge etc Es liegen bislang nur relativ wenige ffentlich zug ngliche und verwertbare Erkennt nisse z B zum Brandverhalten zur Branddetektion zu vorbeugenden Brandschutz ma nahmen sowie zur Brandbek mpfung und Durchf hrung von Rettungsma nah men von Personen durch Feuerwehr und Rettungsdienste bei lithiumhaltigen Batte rien vor Brandszenarien Branddetektion Brandbek mpfung Pers nliche Schutzausr stung L schmittel und L schtechniken 140 5 2 Pers nliche Schutzausr stung Feuerwehr Dienstvorschrift 500 FwDV 500 und Arbeiten an HV Systemen Entsprechend der Feuerwehr Dienstvorschrift 500 FwDV500 2012 m ssen Feu erwehreinsatzkr fte im Brandfall zum einen gegen das Brandereignis selbst und im Fall vor l
45. d rfte aber sein dass z B Auto batterien eine solche Entladung erlauben m ssen Das BMS d rfte bei den meisten Unf llen seine Schutzschalter innerhalb des Batteriegeh uses ffnen und ein exter nes Entladen dann gar nicht mehr erm glichen Eine Entladung w re dann evtl nur noch m glich wenn in die Batteriesteuerung eingegriffen wird Eine sehr komplexe Thematik ist der Transport von lithiumhaltigen Batterien Nach den UN Transportvorschriften f r gef hrliche G ter werden seit dem 1 1 2009 alle Lithium Ionen Zellen Batterien und Lithium Metall Batterien als Gefahrgut der Klasse 9 Verschiedene gef hrliche Stoffe und Gegenst nde eingestuft Lithium lonen Batterien und Lithium Metall Batterien werden hierbei wie folgt klassifi ziert Zusammenfassung 176 UN 3480 Lithium lonen Batterien incl Lithium lonen Polymer Batterien UNI Lithium Ionen Batterien incl Lithium Ionen Polymer Batterien In den Ger ten eingebaut UN 3481 Lithium lonen Batterien incl Lithium lonen Polymer Batterien den Ger ten beigef gt nicht eingebaut UN 3090 Lithium Metall Batterien incl Lithiumlegierung Batterien UNS Lithium Metall Batterien incl Lithiumlegierung Batterien in den Ger ten eingebaut UNS Lithium Metali Batterien incl Lithiumlegierung Batterien den Ger ten beigef gt nicht eingebaut F r jeden Verkehrstr ger Stra en Schienen Luft Seeverkehr Binnenschifffahrt sind in der
46. erschwert Folgende Brandmeldetechniken sind denkbar die Wirksamkeit ist allerdings im rea len Fall anhand von Versuchen zu berpr fen e Thermische Glasfassausl seelemente wie sie z B in Sprinklern eingesetzt werden sind nicht geeignet einen Schwelbrand im Lager fr hzeitig zu detektie ren Bei thermischen Ausl seelementen ist es erforderlich dass ein ausreichend gro er Temperaturanstieg verbunden mit einer entsprechenden Luft Brandgas str mung am Ausl seelement vorhanden ist Problematisch sind Br nde mit viel Rauch und geringer W rmeentwicklung Das Ausl severhalten wird beg nstigt wenn sich die Ausl seelemente in einer Staustr mung befinden Wenn Rauch nur nahe beim Element vorbeistr mt und dieses nicht einh llt ergibt sich eine erheb liche Ausl severz gerung mit der m glichen Folge dass der Brand so weit an w chst dass die L schanlage nicht mehr effektiv l schen kann Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 83 e Thermomelder sind aufgrund des Risikos ebenfalls wie Glasfassausl seelemen te f r den vorliegenden Einsatzfall f r die Detektion von Schwelbr nden ebenfalls zu langsam e Rauchansaugsystem RAS e Brandgasmelder Kohlenmonoxid Kohlendioxid oder spezifische Komponenten wie z B bestimmte L sungsmittel oder Fluorwasserstoff e FTIR Fourier Transformations Infrarotspektrometer Messtechnik e Gassensoren siehe auch Forschungsberichte der FFB zu Karl
47. hundert z hlenden PAK Einzelverbindungen 16 Substanzen in die Liste der Priority Pollutants Schadstoffe mit gr erer Priorit t aufgenommen Als Messtechnik kam Gaschromatographie mit Massenspektrometrie Kopplung GC MS Pr fr hrchen Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma ICP Atomabsorptionsspektrometrie AAS pH und Leitf higkeitsmessungen zum Einsatz Versuche mit Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien an der FFB 165 In Tabelle 6 4 Tabelle 6 5 Tabelle 6 6 Tabelle 6 7 und Tabelle 6 8 werden Ergeb nisse diese Analyse wiedergegeben Tabelle 6 4 Analyse von Brandr ckst nden eines Kurzschlussversuches einer Lithi um lonen Fahrzeugbatterie Polyzyklische aromatische Kohlenwasser stoffe PAK FFB 2011 Bemerkungen Messwert Gefahrstoffkennzeich Substanz Methode Iko P mg ro nung Wassergef hr e dung gesundheitssch dlich umweltge f hrlich Verdacht auf kanzero Naphthalin DIN EN 15527 4 63 gen stark wassergef hrdend WGK 3 Reizend schwach wasserge Acenaphthylen DIN EN 15527 0 36 f hrdend WGK 1 umweltgef hrlich wassergef hr Acenaphthen DIN EN 15527 0 85 dend WGK 2 umweltgef hrlich stark wasser Fluoren DIN EN 15527 2 88 p gef hrdend WGK 3 umweltgef hrlich stark wasser Phenanthren DIN EN 15527 2 75 gef hrdend WGK 3 reizend umweltgef hrlich was Anthracen DIN EN 15527 0 46 sergef hrdend W
48. insbesondere moderner Fahrzeuge grunds tzlich das Problem dass aufgrund der inzwischen verbauten Materialien erheblich erh hte Rauch und Energiemengen freigesetzt werden Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 112 e Geringe S uremengen und Schwermetalle welche bei Fahrzeugbr nden auftre ten k nnen werden durch das L schwasser stark verd nnt k nnen aber auch im Brandrauch enthalten sein e Umluftunabh ngiger Atemschutz ist stets zu tragen Schutzkleidung nach EN 469 bietet neben einem W rmeschutz zudem auch einen gewissen S ure schutz um eine Kontamination der Haut zu verhindern Nutzung von Parkgaragen e Nach derzeitigem Stand k nnen aus Sicht des Arbeitskreises Vorbeugender Brand und Gefahrenschutz Elektrofahrzeuge wie auch deren VDE zertifizierte Ladestationen in blichen Garagen ohne besondere Auflagen geduldet werden Sie stellen nach bisherigen Erkenntnissen im Vergleich zu konventionell ange triebenen Fahrzeugen kein wesentlich erh htes Gefahrenpotential dar Ausstellungsnutzung in Ausstellungs und Messehallen e Entsprechend der Einsch tzung der Garagennutzung k nnen Elektrofahrzeuge vorbehaltlich weiterer Erkenntnisse auch in Ausstellungs und Messehallen oh ne erh hte Anforderungen pr sentiert werden Auswirkungen auf L schanlagen und die Bauteilbemessung e Ob durch die wesentlich erh hte Energiefreisetzung L schanlagen noch ausrei che
49. lonen_Checkliste pdf Lithium Ion Batteries Hazard and Use Assessment Springer Verlag New York Heidelberg Dordrecht London 2011 Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Wasserhaus haltsgesetz ber die Einstufung wassergef hrdender Stoffe in Wassergef hrdungsklassen Verwaltungsvorschrift wassergef hrdende Stoffe VwVwS Bundesministerium f r Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit sowie Umweltbundesamt Ber lin 1999 GESTIS Stoffdatenbank Gefahrstoffinformationssys tem der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung http www dguv de ifa Gefahrstoffdatenbanken GESTI S Stoffdatenbank index jsp Sankt Augustin 2015 Elektromobilit t Absch tzung arbeitswissenschaftlich relevanter Ver nderungen Bundesanstalt f r Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin baua Dortmund Berlin Dresden 2012 Gefahrgut Bundesministerium f r Verkehr und digitale Infrastruk tur Berlin 2014 Bundesministerium f r Verkehr und digitale Infrastruk tur Berlin 2015 Recommendations on the Transport of Dangerous Goods Manual of Tests and Criteria Part Ill Section 38 Classification Procedures Test Methods and Criteria Relating to Class 9 38 3 Lithium metal and lithium ion batteries Fifth revised edition Amendment 1 und 2 United Na Literaturverzeichnis New York Geneva 2009 2013 http www unece org trans danger publi manual rev5 manrev5 files_e html http www un
50. ps CO 7 vr Phase C Indirekte Beflammung e Unmittelbar nach Abschluss der Phase B ist der Feuerschirm aus gelochten Schamottesteinen zwischen die bren nende Wanne und die Batterie zu schieben e Die Batterie ist diesen reduzierten Flammen weitere 60 Sekunden lang auszusetzen e alternativ statt Phase C Verl ngerung der Phase B um 60 s Phase D Beendigung der Pr fung e Die brennende mit dem Feuerschirm bedeckte Wanne ist wieder in ihre ur spr ngliche Lage Phase A zu brin gen e Brennt am Ende der Pr fung die Batte rie dann ist das Feuer nicht zu l schen e Beobachtungsdauer mindestens 3 Std Abbildung 18 Pr fung der Feuerbest ndigkeit von Lithium Ionen Fahrzeugbatterien nach ECE R 100 2013 Versuche mit Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien an der FFB 163 Abbildung 19 zeigt die Pr fung der Feuerbest ndigkeit von Lithium Ionen Fahrzeug batterien nach ECE R 100 2013 an der FFB hier Lithium lonen Batterie ber dem Benzin Poolfire in Phase B des Testverfahrens mit direkter Beflammung Aus Geheimhaltungsgr nden k nnen keine weiteren Angaben zu verwendeten Lithi um lonen Batterien und zu Versuchsergebnissen gemacht werden Abbildung 19 Beispiel Pr fung der Feuerbest ndigkeit von Lithium Ionen Fahr zeugbatterien nach ECE R 100 2013 an der FFB hier Lithium lonen Batterie ber dem Benzin Poolfire in Phase B Direkte Beflammung Ba
51. rderungen zwischen ADR Vertragsparteien die diese Vereinbarung unterzeichnet haben es sei denn die Vereinbarung wird vor diesem Zeitpunkt von mindestens einem der Unter zeichner widerrufen In diesem Fall gilt die Vereinbarung bis zum Ablauf der ge nannten Frist nur f r Bef rderungen zwischen ADR Vertragsparteien die die Vereinbarung unterzeichnet und nicht widerrufen haben auf deren Hoheitsgebie ten Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 77 3 1 2 IATA DGR Richtlinien Transport von Lithium lonen Batterien und Lithium Metall Batterien im Luftverkehr An dieser Stelle soll auf die ebenfalls sehr umfangreichen Transport und Verpa ckungsbestimmungen der IATA Dangerous Goods Regulations DGR f r den Transport von Lithium lonen und Lithium Metall Batterien im Luftverkehr hingewie sen werden siehe z B IATA 1 2015 IATA 2 2015 IATA 3 2015 IATA 4 2015 Im Unterschied z B zu den ADR Richtlinien f r die Stra e ADR 2015 gibt es hier z B komplizierte Zusatzbestimmungen bzw Abweichungen nicht nur bei den einzel nen Staaten sondern auch bei den verschiedenen Luftfahrtunternehmen Als Beispiel seien hier Bedingungen der Air France aufgef hrt IATA 5 2015 Lithium Metall Zellen und Batterien UN 3090 sind als Fracht auf reinen Air France Frachtflugzeugen VERBOTEN Dies gilt f r Teil I IA und IB der Verpackungsanwei sung 968 einschlie lich solch
52. schmittelr ckhaltung von gro er Bedeutung F r die Einsatzkr f te ist hierbei nicht nur das Versagen von lithiumhaltigen Batterien bei der Verwendung in Ger ten oder Fahrzeugen mit fest eingebauten Batterien von Interesse sondern auch die Gefahr von Br nden im Zu sammenhang mit gr eren Ansammlungen derartiger Batterien beim Transport Stra e Schiene Flug zeug Schiff lagerm ig in Geb uden Br nde durch versagende Batterien in Wohngeb uden Hotels etc Gef hrdungen und Versagen von Batterien aufgrund der berschwemmung von Kellerr umen z B bei Photovoltaik Speichern und Elektrofahrr dern Bei der Brandbek mpfung mit Wasser ist eine m gliche Wasserstoff bzw Knallgasbildung zu ber cksichtigen Eine weitere m gliche Brandgefahr ergibt sich beim Sammeln bei der Lagerung und beim Recycling von gebrauchten oder besch digten Batterien teilweise noch im geladenen Zustand und mit nicht isolierten Anschlusspolen Des Weiteren wird ber Versuche an der FFB zur Untersuchung der Brand und Rauchausbreitung und Schadstofffreisetzung bei lithiumhaltigen Batterien sowie Pr fung der Feuerwiderstandsf higkeit von Fahr zeugbatterien u a nach ECE R 100 berichtet Schlagw rter Lithium Ionen Batterien Lithium Metall Batterien Toxizit t Transport Lagerung Samm lung Recycling Brandbek mpfung Pr fung der Feuerwiderstandsf higkeit ECE R 100 INHALTSVERZEICHNIS ABBILDUNGSVERZEICHNIS TABELLENVERZEICHNIS 1 VORWORT
53. sse auf die Zelle z B Fehlbetrieb entstehen k n nen durch gute Batteriekonstruktion entsprechende Betriebsweise und Schutzele mente vermieden werden Probleme innerhalb von Zellen die durch mangelnde Her stellungs und oder Materialqualit t ggf zus tzlich bauartbedingt verursacht werden k nnen durch Sicherheitsmechanismen au erhalb der Zellen kaum bis gar nicht ein ged mmt werden Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 137 Neben hochwertigen und gut aufeinander abgestimmten Elektrodenmaterialien mit hohem Reinheitsgrad sind auch die Herstellungsmethode und Geh useart entschei dend um m glichst sichere Lithium lonenzellen zu fertigen Bei Tiefentladung ist das angestrebte Schutzziel die sichere und schnelle Abschal tung der Batterie nach dem Erreichen der Entladeschlussspannung und dass kein Wiedereinschalten nach Tiefentladung und ohne berpr fung der Zellspannungen m glich ist BSW KIT et al 2014 Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 138 4 6 Funkger te und H r Sprechgarnituren der Feuerwehr Von der Projektgruppe Digitalfunk der Berliner Feuerwehr BOS Berlin 2014 wur den zwei thermische Belastungstests an digitalen Handfunkger ten HRT Handmik rofon HBT und H r Sprechgarnitur f r Feuerwehrhelme HSG mit Lithium lonen Batterien in einem Brandhaus durchgef hrt Der Brand wurde durch eine Gasflamm
54. weiterer Erw rmung und Besch digung bzw Versagen o Optimale Betriebstemperatur 20 C bis 40 C In diesem Temperaturbereich besitzt die Lithium Ionen Batterie die h chs te Leistungsf higkeit bei gleichzeitig noch tolerierbaren Alterungsverhalten Bei h heren Lebensdaueranforderungen sollte sich die Auslegung der K hlung eher an der unteren Temperaturgrenze orientieren da die Zellal terung mit der Temperatur zunimmt Bei Minustemperaturen treten spezielle Alterungsmechanismen auf die zu einer irreversiblen Sch digung der Zellen f hren k nnen Hierbei kommt es beim Ladevorgang der Zelle zum Abscheiden von rei nem Lithium an der Anode Lithium Plating Dies f hrt zu einer Reduktion der Zellkapazit t im schlimmsten Fall kann es zu einem inneren Kurzschluss kommen wenn das abgeschiedene Li thium Dendrite bildet die sich von der Anode bis zur Kathode erstrecken gt Batteriek hlung bzw Batteriebeheizung ist erforderlich Die Reichweite von reinen Elektro Fahrzeugen kann sich im Winter um bis zu 50 reduzieren o lange Lagerung oder Transport zum Anwender m glichst bei geringer Temperatur Ladezustand von ca 30 ist ideal geringer irreversibler Kapazit tsverlust im teilgeladenen Zustand Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 50 Gen gend hoher Ladezustand um Selbstentladung f r mindestens 6 Mo nate abzufangen und Zellen somit vor Tiefentladung zu sch
55. 0 ECE Regulation No 100 Uniform provisions concern 2013 ing the approval of vehicles with regard to specific re quirements for the electric power train Revision 2 Annex 8E Fire resistance United Nations Genf 2013 http www unece org trans main wp29 wp29regs81 100 html 49l KMVSS Korea Motor Vehicle Safety Standards KMVSS Test M Procedure Annex 1 Part No 48 Traction Battery Safety Test Fire resistance Test Draft Amendment Plan to Revise in 2013 https www2 unece org wiki download attachments 47 84289 EVS 02 07e ppt api v2 Verordnung ber die innerstaatliche und 2015 grenz berschreitende Bef rderung gef hrlicher G ter auf der Stra e mit Eisenbahnen und auf Binnengew ssern Gefahrgutverordnung Stra e Eisenbahn und Binnenschifffahrt GGVSEB Ausfertigungsdatum 17 06 2009 Stand Neugefasst durch Bekanntmachung vom 30 M rz 2015 http www gesetze im internet de ggvseb BJNR138900009 html 51 ZVEI IVG EPTA Leitfaden f r den Transport von Lithium lonen 2014 Batterien f r Elektrowerkzeuge und elektrische Gar tenger te Umsetzung der Gefahrgut Regelungen EPTA The European Power Tool Association Zent ralverband Elektrotechnik und Elektronikindustrie e V ZVEI Br ssel Frankfurt 2014 http www zvei org Downloads Elektrowerkzeuge Leitf aden fuer den Transport von Lithium lonen Batterien pdf 52 a Ze Sicherer Umgang mit Lith
56. 0 und Lithium Metall Batterien UN 3090 GRS 2015 Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 90 INFO TELEFON 01806 80 50 30 WWW GRS BATTERIEN DE GEMEINSAMES N R CKNAHME SYSTEM d GEBRAUCHTE LITHIUMBATTERIEN TETEE SAMMELBOX Abbildung 9 Sammelbox des GRS ge brauchte nicht besch digte Lithium lonen Batterien UN 3480 und Lithium Metall Batterien UN 3090 Gesamtansicht Material Wellpappe GRS 2015 Abbildung 10 Sammelbox des GRS ge brauchte nicht besch digte Lithium lonen Batterien UN 3480 und Lithium Metall Batterien UN 3090 Ansicht von oben GRS 2015 Beschriftung Bitte nur entladene Batte rien einwerfen und bei Lithiumbatterien die Pole abkleben Abbildung 11 Sammelbox des GRS f r gebrauchte nicht besch digte Lithium lonen Batterien UN 3480 und Lithium Metall Batterien UN 3090 Seitenansicht links GRS 2015 Beschriftungen e Gebrauchte Lithiumbatterien UN3090 UN 3480 e maximales F llgewicht 30 kg e f llungsfreier Raum muss mit nicht leitendem Polstermaterial ausgef llt werden Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 91 Abbildung 12 Sammelbox des GRS ge brauchte nicht besch digte Lithium lonen Batterien UN 3480 und Lithium Metall Batterien UN 3090 Seitenansicht rechts GRS 2015 Beschriftung e
57. 022 2012 Tabelle 4 7 Rettungs und L scharbeiten an PKW mit alternativer Antriebstechnik DGUV 205 022 2012 e Informationsschrift bezieht sich auf Serienfahrzeuge e Bei Kleinserien oder individuell nachger steten Fahrzeugen kann sie nur als gro be Orientierungshilfe angesehen werden da es sich um Einzell sungen handelt die unter Umstanden nicht dem bekannten Standard der Automobilindustrie ent sprechen e Gefahren die generell an verunfallten brennenden Fahrzeugen bestehen sind ebenfalls zu beachten Siehe hierzu die allgemein g ltigen taktischen Standards zur Rettung von Personen aus PKW e Elektro Hybridfahrzeugen k nnen auch noch Stunden nach einem Unfall durch interne Reaktionen in Brand geraten Abschleppdienste und die Polizei sollten auf diese Gefahr hingewiesen werden e Besch digte Hochvolt Batterien bzw Teile davon gelten als Gefahrgut und d r fen daher nur von Fachkundigen verladen auf offenen Fahrzeugen transportiert und im Freien gelagert werden Erste Ma nahmen e Fahrzeug kann sich ger uschlos in Bewegung setzen daher ein Wegrollen ver hindern e Hochvolt Anlage au er Betrieb nehmen wenn m glich und gegen Wiederein schalten sichern siehe Rettungsdatenblatt Weiterf hrende Ma nahmen e orangefarbene Hochvoltkabel nicht durchtrennen und keine Manipulationen vor nehmen e freigelegte Hochvolt Batterien oder Teile davon k nnen Spannung f hren die Ausgew hlte Einsatzgeb
58. 150 o Vollstrahl 5 m e Mindestabst nde zum L schen mit Schaumstrahlrohr o Einsatz nur in spannungs freien Anlagenteilen e Mindestabst nde zum L schen mit Druckluftschaum C Kupplung lt 235 l min o Spr hstrahl 1m o Vollstrahl 5 m e L schpulver o Einsatz nur mit Zustimmung des Anlagenbetreibers o Mindestabstand 1m e Kohlendioxid o Anwendung bei unter Span nung stehenden Anlagen unbedenklich o Mindestabstand 1m CO ist schwerer als Luft o ab 5 Vol gesundheitsge f hrdend ab 8 Vol le bensbedrohlich Vorsicht bei Verwendung in engen schlecht bel fteten R umen O VDA 2013 Wasser geeignet e Wasser ist als L schmittel zu bevorzugen da dieses auch k h lend auf den HV Speicher wirkt e Es ist mit viel Wasser zu l schen bzw zu k hlen DGUV 205 022 2012 Wasser geeignet e Spannungen bis 1000 V Strahl rohrabst nde einhalten Wasser Spr hstrahl 1 m Vollstrahl 5 m e Hochvolt Batterie mit viel Wasser l schen und auch nach dem L schen noch ausreichend k hlen R ckz ndungsgefahr Lambotte S 2012 Wassernebel geeignet Untersuchung wurde mit einzelnen Handy Akkus durchgef hrt e starke K hlwirkung e erstickende Wirkung e wirksam zumindest bei Br nden von Kleinakkus in kleinen Men gen Brandszenarien Branddetektion Brandbek mpfung Pers nliche Schutzausr stung L schmittel und L schtechniken 151 LFS
59. 20 C und 40 C In diesem Tem peraturbereich besitzt die Lithium Ionen Batterie die h chste Leistungsf higkeit bei gleichzeitig noch tolerierbarem Alterungsverhalten Bei Minustemperaturen treten spezielle Alterungsmechanismen auf die zu einer irreversiblen Sch digung der Zel len f hren k nnen Die meisten handels blichen Lithium lonen Zellen zeigen Selbst erhitzung bei Temperaturen von ca 80 C bei 100 SOC State of Charge Ladezu stand Zusammenfassung 171 Dies f hrt zum Verdampfen von Elektrolyt Druckaufbau in der Zelle Zersetzungs prozessen Aufbl hen oder Ansprechen von Druckentlastungseinrichtungen und Ver sagen der Zellen mit ggf thermischem Durchgehen mit Brand Thermal Runaway Eine Lithium lonen Batterie kann im Versagensfall ca das 6 10 fache der elektrisch gespeicherten Energie in Form von thermischer Energie freisetzen Im Falle des Versagens von Lithium lonen Batterien entstehen neben der Bildung von Fluorwasserstoff und von Phosphors ure auch giftige und kanzerogene Stoffe Weiterhin kommt es je nach Zusammensetzung der Batterien zur Freisetzung von Schwermetallen in Form von Nickel und Cobaltoxiden Weiterhin besteht die M glichkeit dass beim thermischen Durchgehen von gro en Batterien eine betr chtliche Graphit Freisetzung durch Zerst rung der Anode erfolgt Hierbei ergibt sich insbesondere in R umen eine m gliche Gef hrdung durch eine Graphit Staubexplosion sowie eine Kontamination des
60. 5 e fl ssig farblos geruchlos stark hygroskopisch e schwerer als Wasser p 1 8741 kg m e reizende bis tzende Wirkung auf Augen Atemwege und Haut bei oraler Auf nahme Sch digungen im Magen Darm Trakt Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 34 Lambotte S 2012 gibt typische Zusammensetzungen f r verschiedene Lithium Energiespeicher an siehe Tabelle 2 11 Tabelle 2 11 Typische Zusammensetzungen f r verschiedene Lithium Energie speicher Lambotte S 2012 Lithium lonen Lithium lonen Batterie mit l m Prim rzelle Polymer Batterie Lithiumeisenphos phat LFP Lithiumcobaltdioxid 20 bis 50 LiCo02 Lithiumhexafluoro 1 bis lt 5 phosphat LiPFs Lithium 1 bis 3 Ethylencarbonat 1 bis lt 5 Ethylmethylcarbonat 1 bis lt 20 Org Elektrolyt 10 bis 20 3 bis 9 Mangandioxid 13 bis 40 MnO Ru Graphit 15 bis 35 1 bis lt 20 Polyvinylidenfluorid lt 8 PVDF Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 35 Lambotte S 2012 macht ebenfalls Angaben zur Absch tzung der Fluorwasser stoff Bildung in Abh ngigkeit von der Akkumasse siehe Tabelle 2 12 Tabelle 2 12 Absch tzung der mit Fluorwasserstoff HF belasteten Luft in Abh n gigkeit von der Akkumasse Lambotte S 2012 Belastete Luft IDLH Immediatel
61. 650 Zellen 12006 a Flammenbrandes Halon 1301 hat keinen K hleffekt und verhindert nicht die Elektrolyt freisetzung aus aufgeheizten Zel len Halon unwirksam bei Handfeuerl scher Brand von Lithi um Metall Boeing 787 Batterie 2013 2 Wasser wirksam bei Spr hwasser ber Wandhydrant Brand von Lithium Metall Batterie Wasser effektivstes e Brand selbst kann mit Wasser Brandbek mp zwar nicht gel scht werden je fungsmittel doch kann durch den K hleffekt W rmeabtransport verhindert werden dass benachbarte Batte Securius P K h riemodule durch Temperaturein ler N trag von au en in den Thermal 2013 Runaway gelangen und Fahreug komponenten in Brand geraten e Weiterhin kann hier der Einsatz vonHochdruckwassernebelanla gen sowie von Additiven zum L schwasser sinnvoll sein Wasser Sprinkler Denkbare oder Spr hflutanla Schutzma ge nahmen bei der VdS 3103 2012 Inertgas Lagerung L schanlage Sauerstoffreduzie rungsanlage Saupe A et al PyroBubbles Hohl keine Angabe zur e Herstellerangaben 2015 glasgranulat Haupt L schwirksamkeit L schmittel f r feste und fl ssige bestandteil Silizium dioxid brennbare Stoffe Brandklassen A B D F Korngr e 0 5 5 mm Tempe raturbest ndig bis ca 1 050 C wiederverwendbar e nach Thermal Runaway Reaktion in Transportbox wurde max zu l ssige Au enwandtemperatur von 100 C nicht berschritten Brandszen
62. A AEAEE EEEE AEE EEE ENESA UN 3481 Lithium lonen Batterien incl Lithium lonen Polymer Batterien In den Ger ten eingebaut N3481 Lithium lonen Batterien incl Lithium lonen Polymer Batterien den Ger ten beigef gt nicht eingebaut UN 3090 Lithium Metall Batterien incl Lithiumlegierung Batterien UN 3091 Lithium Metall Batterien incl Lithiumlegierung Batterien in den Ger ten eingebaut UN3099 Lithium Metall Batterien incl Lithiumlegierung Batterien den Ger ten beigef gt nicht eingebaut Fahrzeuge nach den UN Vorschriften UN 3166 und UN 3171 mit eingebauten lithiumhaltigen Batterien fallen unter Gefahrgut der Klasse 9 unterliegen jedoch nicht den Vorschriften des ADR f r die Stra e siehe Tabelle 3 3 Auf die ADR Richtlinien wird in Abschnitt 3 1 1 n her eingegangen Tabelle 3 3 Fahrzeuge nach UN 3166 und UN 3171 UN Model Regulations 2013 ADR 2015 2014 UN 3166 Fahrzeuge mit Antrieb durch entz ndbares Gas oder entz ndbare Fl ssigkeit incl Hybrid Fahrzeuge mit Lithium Ionen Batterien Z nd schl ssel mit Lithium Metall Batterien UN 3171 Batteriebetriebene Fahrzeuge oder batteriebetriebene Ger te e z B auch E Bike mit eingebautem Akku e aber nicht E Bike mit zus tzlich in einem Karton beigef gten Akku dann gilt UN 3481 nicht freigestellt nach ADR F r den Transport von Elektrofahrzeugen sei hier auf Abschnitt 4 1 3 Unfallhilfe Berg
63. Akkus pdf Tr a re LFS BW DEKRA WBZU rl Lehrmittel Haan Gruiten 1989 Einsatzhinweise f r Unf lle mit alternativ angetriebenen Kraftfahrzeugen Landesfeuerwehrschule Baden W rttemberg Bruch sal DEKRA Unfallforschung Weiterbildungszentrum Ulm WBZU http fs bw de Fachthemen Einsatztaktik fueh chkunde Elektrotechnik 1 Auflage Verlag Europ A nenne nnennnnnnnnnnnnn ann nnn nenne nnennnnnnnnnnnnnnnnnnnnne ne nnenndbannnnnnnnn nenne nenne nnnnnnnnnnnenennnnn nenne nenne nenne nnnnnnnnnn nenne ann nne nenne nnnnnnnnnnnnnnnn nenne nennen nnnnnnnnnnnnn nenne nenne nnennnnnnnnnnnnnnnnnnn nenne nenne nnnnnnnnnnnnnnnn nenne nennen VdS 3103 12012 Lithium Batterien VdS Richtlinie 3103 GDV Merkblatt zur Schadenverh tung K ln 2012 06 01 http vds de fileadmin vds_publikationen vds_3103_we b pdf Literaturverzeichnis VdS 2380 12014 Feuerl schanlagen mit nicht verfl ssigten Inertgasen Planung und Einbau VdS Richtlinie 2380 2014 06 04 K ln 2014 M VdS 3527 12014 VdS Richtlinien f r Inertisierungs und Sauerstoffredu zierungsanlagen Planung und Einbau VdS 3527 2007 01 01 K ln 2007 ef hrdungsbeurteilung Brand von Fahrzeugen mit Elektroantrieb Arbeitskreises Vorbeugender Brand und Gefahrenschutz der Arbeitsgemeinschaft der Lei ter der Berufsfeuerwehren in der Bundesrepublik Deutschland AGBF Bund un
64. B f r milit rische Anwendungen sowie in der Luftfahrt zugelassen Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 128 e Die Flamme einer einzelnen Zelle reicht aus um benachbarte Zellen zum Abbla sen von Elektrolyt und zur Entz ndung zu bringen Dieses setzt sich durch die Verpackungseinheit fort e Halon 1301 l scht den Elektrolyt Flammenbrand e Aufgrund der hohen Lufttemperatur blasen weitere Zellen ab entz nden sich je doch aufgrund des Halons 1301 nicht e Die Auskleidung des Frachtraumes ist in der Lage dem Brand von Zellen des Typs 18650 Zellen zu widerstehen e Das Abblasen von vier 18650 Zellen erh hte den Druck in einem 10m Druckbe h lter um mehr als 1 psi 0 069 bar 6 900 Pa Frachtr ume sind nur f r Druck differenzen von ca 1 psi ausgelegt Dies kann zum ffnen der Druckentlastungs ffnungen im Frachtraum und zur Verringerung der l schf higen Konzentration von Halon 1301 f hren Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 129 4 5 Photovoltaik Speicher Reeh A Thorns J 2014 berichten ber den Brand eines Photovoltaik Speichers am 24 8 2013 in Filderstadt Tabelle 4 12 geht auf einige Details zum Geb ude und Brandverlauf ein Tabelle 4 12 Brand eines Photovoltaik Speichers am 24 8 2013 in Filderstadt Reeh A Thorns J 2014 e Zweigeschossiges Wohngeb ude mit Dachboden und Keller e Brandalarmier
65. BRANDSCHUTZ FORSCHUNG DER BUNDESL NDER BERICHTE Untersuchung des Brandverhaltens von Lithium lonen und Lithium Metall Batterien in verschiedenen Anwendungen und Ableitung einsatz taktischer Empfehlungen Aufbau Eigenschaften und Einsatzgebiete Sicherheitstechnische u toxikologische Betrachtungen Gefahrgutrechtliche Bestimmungen Transport Lagerung Sammlung und Recycling Branddetektion und Brandbek mpfung Versuche an der FFB von Dipl Ing J rgen Kunkelmann Karlsruher Institut f r Technologie KIT Forschungsstelle f r Brandschutztechnik ST NDIGE KONFERENZ DER INNENMINISTER UND SENATOREN DER L NDER ARBEITSKREIS V AUSSCHUSS F R FEUERWEHR ANGELEGENHEITEN KATASTROPHENSCHUTZ UND ZIVILE VERTEIDIGUNG St ndige Konferenz der Innenminister und senatoren der L nder Ar beitskreis V Ausschuss f r Feuerwehrangelegenheiten Katastrophen schutz und zivile Verteidigung Forschungsbericht Nr 175 Untersuchung des Brandverhaltens von Lithium lonen und Lithium Metall Batterien in verschiedenen Anwendungen und Ableitung einsatz taktischer Empfehlungen Aufbau Eigenschaften und Einsatzgebiete Sicherheitstechnische u toxikologische Betrachtungen Gefahrgutrechtliche Bestimmungen Transport Lagerung Sammlung und Recycling Branddetektion und Brandbek mpfung Versuche an der FFB von Dipl Ing J rgen Kunkelmann Karlsruher Institut f r Technologie KIT Forschungsstelle f r Brandschutztechnik
66. GK 2 gesundheitssch dlich wasserge Fluoranthen DIN EN 15527 0 83 f hrdend WGK 2 reizend wassergef hrdend Pyren DIN EN 15527 0 77 WGK 2 giftig umweltgef hrlich stark Benzo a anthracen DIN EN 1552 0 54 wassergef hrdend WGK 3 Versuche mit Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien an der FFB 166 giftig umweltgef hrlich stark 10 Chrysen DIN EN 15527 2 57 x wassergef hrdend WGK 3 11 Benzo b fluoranthen giftig umweltgef hrlich stark DIN EN 15527 1 51 E 12 Benzo k fluoranthen wassergef hrdend WGK 3 giftig umweltgef hrlich stark 13 Benzo a pyren BaP DIN EN 15527 0 37 E wassergef hrdend WGK 3 kanzerogen keine Angabe zur 14 Indeno 1 2 3 cd pyren DIN EN 15527 0 34 a Wassergef hrdung giftig umweltgef hrlich stark 15 Dibenzo a h anthracen DIN EN 15527 0 13 K wassergef hrdend WGK 3 umweltgef hrlich stark wasser 16 Benzo g h i perylen DIN EN 15527 0 35 r gef hrdend WGK 3 Summe PAK EPA 16 DIN EN 15527 19 34 Tabelle 6 5 Analyse von Brandr ckst nden eines Kurzschlussversuches einer Lithi um lonen Fahrzeugbatterie Metallscreening FFB 2011 Messwert Substanz Methode Hai Bemerkungen masse Aluminium DIN EN ISO 11885 78600 Calcium DIN EN ISO 11885 3100 Cobalt DIN EN ISO 11885 80600 gesundheitssch dlich Kupfer DIN EN ISO 11885 42300 Eisen gesamt DIN EN ISO 11885 363
67. H 2011 gibt es eine Vielzahl unterschiedli cher Systeme und Unfallszenarien Die Empfehlungen k nnen nur eine Hilfestellung beim Erkunden und Vorgehen darstellen Bei einem verungl ckten Elektrofahrzeug kann man nicht mit Sicherheit sagen ob die Elektronik die Batterie sicher allpolig ab geschaltet hat Deshalb k nnten die Kabel und Bauteile der Leistungselektronik noch Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 108 unter Spannung stehen Die spannungsf hrenden Kabel sind orangefarben gekenn zeichnet jedoch ist deren genaue Verlegung im Fahrzeug nicht bekannt Die folgenden Hinweise beziehen sich auf die Standardsituationen Ladungsspezifi sche Gefahren z B Gefahrgut die unabh ngig vom Antriebssystem auftreten k n nen werden an dieser Stelle nicht ber cksichtigt m ssen aber vom zust ndigen Einsatzleiter beachtet werden Es gibt nach LFS BW Jo B ZSW D ring H 2011 folgende M glichkeiten ein Elektrofahrzeug beim Feuerwehreinsatz zu erkennen siehe Tabelle 4 4 bzw die Brandbek mpfung durchzuf hren siehe Tabelle 4 5 Tabelle 4 4 Erkennen von Elektrofahrzeugen beim Feuerwehreinsatz nach LFS BW Jo B ZSW D ring H 2011 e Wichtige Hinweise kann die Befragung von Beteiligten Personen z B dem Fah rer liefern e Auf Werbeaufkleber Ich bin ein Elektroauto oder die Typenkennzeichnung achten e Da reine Elektroautos keinen Verbren
68. III Abschnitt 38 3 UN Tests and Criteria 2013 BAM Pr fungen und Kriterien 2015 Tabelle 2 20 M glichkeiten der Entladung von Lithium lIonen Batterien Tabelle 2 21 Warnhinweis zu gef lschten Lithium lonen Batterien und Ladeger ten Canon 2014 Tabelle 3 1 Verkehrstr gerspezifische Regelwerke f r den Transport gef hrlicher G ter ADR 2015 RID 2015 ICAO 2015 IATA 1 2015 IMDG 2014 ADN 2013 Tabelle 3 2 UN Gefahrgutvorschriften f r Lithiumbatterien UN Model Regulations 2013 Tabelle 3 3 Fahrzeuge nach UN 3166 und UN 3171 UN Model Regulations 2013 ADR 2015 2014 Tabelle 3 4 Transport von Lithium lonen Batterien und Lithium Metall Batterien Sondervorschriften Verpackungsanweisungen und multilaterale Vereinbarungen ADR 2015 2014 Tabelle 3 5 Multilaterale Vereinbarung M 228 des ADR ber die Bef rderung von Prototypen gro er Lithium lonen Batterie Baugruppen UN 3480 BMVI M 228 2015 Tabelle 3 6 Transport von Lithium lonen Batterien im Gep ck Air France 2015 Tabelle 3 7 Versuche in einem Hochregallager mit in Kartons verpackten Lithium lonen Batterien Ditch B de Vries J 2013 Tabelle 3 8 Allgemeine Sicherheitsregeln beim Umgang mit Lithium Batterien VdS 3103 2012 Tabelle 3 9 Hinweise zur Lagerung von Lithium Batterien VdS 3103 2012 Tabelle 3 10 Hinweise zur Bereitstellung von Lithium Batterien in Produktions bereichen VdS
69. Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 110 Brandherd den zur Verbrennung notwendigen Sauerstoff o Mit dieser Methode wird allerdings kaum gek hlt die Reaktion zwischen dem Lithium und organischen Bestandteilen der Batterie wie z B dem Elektrolyten werden nicht unterbunden o Beim Entfernen der Abdeckung kann durch die schlagartige Sauerstoffzu fuhr zum noch hei en Schwelherd eine starke Verpuffung auftreten e L schen mit Wasser und L schmittelzus tzen o L schmittelzus tze erh hen den W rme bergang an das L schmittel Sol che Zus tze haben sich dahingehend bew hrt dass Lithium Ionen Batterien in relativ kurzer Zeit ohne zus tzliche Gef hrdung gel scht werden konnten o Hierbei ist zu beachten dass nur L schmittel ohne umweltsch dliche In haltsstoffe verwendet werden d rfen o Neuere Untersuchungen eines gro en Konzerns der Elektroindustrie haben ergeben dass Wasser Tensid Gemische wie beispielsweise Cold Metal oder eine 3 ige Mischung von F 500 in Wasser m glichst unter hohem Druck aufgebracht gute L scherfolge erzielen Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 111 In Tabelle 4 6 werden die wesentlichen Punkte zur Gef hrdungsbeurteilung zum Brand von Fahrzeugen mit Elektroantrieb des Arbeitskreises Vorbeugender Brand und Gefahrenschutz AK VB G der Arbeitsgemeinschaft der Leiter der Berufsfeuer wehren AGBF Bund und des Deutschen Feuer
70. Kathode elektrisch voneinander isoliert um interne Kurz schl sse zu vermeiden Gleichzeitig muss der Separator jedoch f r lo nen durchl ssig sein damit die elektrochemischen Reaktionen in der Zelle ablaufen k nnen o Die Poren m ssen klein genug sein um einen elektrischen Kontakt durch lose Elektrodenpartikel sowie das Dendritenwachstum baum oder strauchartige Kristallstrukturen in einer Lithium lonen Zelle erfolg reich zu unterbinden Die durchschnittlichen Porengr e liegt im Sub mikronbereich o Die Porengr enverteilung in Batterieseparatoren muss m glichst ho mogen sein um eine einheitliche Stromdichte und somit eine einheitli che Alterung der Zelle zu gew hrleisten e Geh use bzw Umh llungsfolie Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 7 2 1 Lithium Metall Batterien Lithium Prim rbatterien 2 1 1 Bauformen von Lithium Metall Batterien Lithium Metall Batterien werden u a in den handels blichen Gr en normaler Batte rien allerdings mit der h heren Spannung 3 6 V und h heren Batteriekapazit ten an geboten Auswahl siehe Tabelle 2 1 Tabelle 2 1 Auswahl handels blicher Ausf hrungen von Lithium Metall Batterien Mono D 3 6 V 13 000 mAh 19 000 mAh Baby C 3 6 V 7 700 mAh 9 000 mAh Mignon AA 3 6 V 2 200 mAh 2 600 mAh Micro AAA 1 5 V 1 250 mAh Block 9 V 1 200 mAh Knopfzellen CR2032 3 V 240 mAh Fotobatte
71. Nur entladene Batterien einwerfen e Pole abkleben e Betr chtliche Mengen an Batterien e Brennbarer Beh lter aus Wellpappe z B Sammelbox der Stiftung Gemeinsames R cknahmesystem Batterien GRS e Wo wird der Sammelbeh lter aufgestellt Brandlast in der Umgebung Elektro und Elektronikger te sind vermehrt mit leistungsstarken Hochenergiebatte rien als prim re Energiequelle oder St tzbatterie ausgestattet Die Verwendung von lithiumhaltigen Batterien erfordert h here Sicherheitsanforderungen bei der R ck nahme von Altger ten Die Batterien sind hierbei oft in den Ger ten fest eingebaut Lithium Batterien in Elektroaltger ten haben vor allem wenn sie besch digt sind ein hohes Brandrisiko Wenn eine dieser Fragen mit Ja beantwortet wird gelten die Verpackungs und Transportvorschriften f r defekte Batterien e Weisen Batteriezellen ein besch digtes oder stark verformtes Geh use auf e L uft Fl ssigkeit aus e Tritt sonderbarer Gasgeruch auf e Ergibt sich eine messbare Temperaturerh hung im ausgeschalteten Zustand mehr als handwarm e eschmolzene oder verformte Kunststoffteile e Gieschmolzene Anschlussleitungen e dentifiziert Batteriemanagementsystem falls vorhanden defekte Zellen Elektroaltger te mit lithiumhaltigen Batterien unterliegen dem Europ ischen berein kommen ber die internationale Bef rderung gef hrlicher G ter auf der Stra e ADR mit den entsprechenden Anweisungen f r Tra
72. Phenol giftig 5 Ethyl 2 Methyl Pyridin sehr giftig 2 Ethylhexanol reizend 4 Propyl Pyridin reizend Acetophenol gesundheitssch dlich Hexahydro 1 Methyl 2H Azepin 2 on Caprolactam gesundheitssch dlich Biphenyl reizend n Propyl Benzoat reizend 5 Amino 1 4 Dihydro Quinoxalin 2 3 dion 1 2 Benzoldicarbons ure Diisooctylester reizend Versuche mit Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien an der FFB 168 Tabelle 6 8 Analyse von Brandr ckst nden eines Kurzschlussversuches einer Lithi um lonen Fahrzeugbatterie Dioxine und Furane FFB 201 1 Gehaltin Toxizit tsfaktor Gehalt in ng kg Tr Nato CCMS ng TE kg TS Nato CCMS Dioxine 2 3 7 8 Tetrachlordibenzodioxin lt 2 1 lt 2 1 2 3 7 8 Pentachlordibenzodioxin lt 2 0 5 lt 11 1 2 3 4 7 8 Hexachlordibenzodioxin lt 2 0 1 lt 0 2 1 2 3 6 7 8 Hexachlordibenzodioxini lt 2 0 1 lt 0 2 1 2 3 7 8 9 Hexachlordibenzodioxin lt 2 0 01 lt 0 05 1 2 3 4 6 7 8 Heptachlordibenzodioxin lt 5 0 01 lt 0 05 Octachlordibenzodioxin lt 50 0 001 lt 0 050 Furane 2 3 7 8 Tetrachlordibenzofuran lt 2 0 1 lt 0 2 1 2 3 7 8 Pentachlordibenzofuran lt 2 0 05 lt 0 1 2 3 4 7 8 Pentachlordibenzofuran lt 2 0 5 lt 0 1 1 2 3 4 7 8 Hexachlordibenzofumn lt 2 0 1 lt 0 2 1 2 3 6 7 8 Hexachlordibenzofuran lt 2 0 1 lt 0 2 1 2 3 7 8 9 Hexachlordibenzofuran lt 2 0 1 lt 0 2 2 3 4 6 7 8 Hexachiordibenzof
73. Raumes mit leitf higem Gra phit Staub und Besch digung von Ger ten aufgrund von Kurzschl ssen Weiterhin kommt es ggf zum Ausschleudern von Zell und Batterieteilen wie z B Geh usema terial Stromableiter etc In berfluteten R umen wie z B Kellern ist bei Vorhandensein von Lithium lonen Batterien z B Energiespeicher f r Photovoltaikanlagen Elektrofahrr der Elekt rowerkzeuge mit Knallgasbildung zu rechnen Bei engen R umlichkeiten ist unter Umst nden auch beim L scheinsatz durch Kontakt von L schwasser mit offenen Zellen eine Wasserstoffbildung in Betracht zu ziehen Erfolgt die interne K hlung von z B gro en Fahrzeugbatterien mit einem K hlmittel auf Basis eines Glykol Wasser Gemisches besteht bei einem Defekt des K hlkreis laufes und Leckage von K hlmittel die Gefahr dass aufgrund der Kapillarwirkung das K hlmittel zwischen den Zellen aufsteigt und auch noch nach mehreren Tagen zu internen Kurzschl ssen und letztendlich zum thermischen Durchgehen der Batterie f hren kann Zusammenfassung 172 Die Reaktion eines Thermal Runaways kann von au en nicht unterbrochen werden und endet innerhalb kurzer Zeit mit einem Zellbrand der innerhalb von Sekunden bis wenigen Minuten zu einer vollst ndigen Zerst rung des Speichers f hren kann Wie Versuche an der Forschungsstelle f r Brandschutztechnik gezeigt haben kann in einem gro en Fahrzeugspeicher das heftige Abreagieren der Batteriemodule mit Bildung v
74. Wassergef hrdung o reizende Wirkungen belkeit Rausch Bewusst losigkeit Atemstillstand o schwach wassergef hrdend WGK 1 Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 22 Diethylcarbonat DEC C5H4003 fl ssig Dichte 0 97 g cm praktisch unl slich in Wasser leichtentz ndlich fl chtig Flammpunkt 25 C Z nd temperatur 445 C untere Expl grenze 1 4 Vol obere Expl grenze 11 7 Vol relative Dichte des Dampf Luft Gemisches Dichte verh ltnis zu trockener Luft 20 C 1 013 bar 1 03 relative Gasdichte Dichteverh ltnis zu trockener Luft bei gleicher Temperatur und gleichem Druck 4 07 Toxizit t und Wassergef hrdung o geringe Toxizit t o schwach wassergef hrdend WGK 1 Ethylmethylcarbonat EMC C4HsO fl ssig Dichte 1 01 g cm 20 C l slich in Wasser leichtentz ndlich fl chtig Flammpunkt 20 5 C Z ndtemperatur 443 C relative Gasdichte Dichteverh ltnis zu trockener Luft bei gleicher Temperatur und gleichem Druck 3 59 Toxizit t und Wassergef hrdung o reizend o schwach wassergef hrdend WGK 1 sowie Lithiumsalzen als Elektrolyten L sung eines Leitsalzes Auswahl Lithiumhexafluorophosphat LiPFe berwiegende Verwendung Toxizit t und Wassergef hrdung o verursacht schwere Ver tzungen der Haut und schwere Augensch den o stark wassergef hrdend WGK 3 Lithiumbis oxalato bo
75. Z ndquellen bei Lithium lIonen Batterien zun chst mit hoher Wahrscheinlichkeit mit einem Schwelbrand mit geringer Energiefreisetzung und Thermik auszugehen Be lastbare Aussagen zur Zeitschiene Dynamik der Aufheizung bis zum m glicherweise offenen Flammenbrand sind hierbei ein wesentliches Beurteilungskriterium zur Ab sch tzung der weiteren Brandausbreitung Zumindest in der Anfangsphase der Produktion ist mit einer hohen Anzahl von schadhaften Zellen zu rechnen Die Analyse von R ckst nden bei einem Kurzschlusstest bei einer Lithium lonen Batterie an der FFB durch ein akkreditiertes chemisches Labor an der FFB haben gezeigt siehe Abschnitt 6 1 3 dass beim Versagen der Batterien u a krebserre gende polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe PAK Fluorwasserstoff sowie Schwermetallablagerungen entstehen Dies wird durch die Aussage von Kaiser J et al 2015 best tigt Im Hinblick auf die gesundheitlich unbedenkliche Weiterverwen dung eines durch Brandgeschehen vermutlich auch geringen Ausma es kontami nierten Lagergeb udes ist daher besonderes Augenmerk zu legen Zum Schutz des Lagers sind z B Gasl schanlagen und Sauerstoffreduktionsanlagen im Hinblick darauf zu beurteilen da diese keine Schwelbr nde mit niedrigem Sauer stoff Luftbedarf sondern nur Flammenbr nde bek mpfen k nnen Hierbei ist zu un tersuchen wie sich die Unterdr ckung des Flammenbrandes von austretendem Elektrolyt auf die thermische Belastun
76. ale Energieabgabe wird dadurch im Feh lerfall auf die Reaktion des Lithiums und der positiven Elektrode begrenzt Der Elektrolyt und die negative Elektrode k nnen ohne Sauerstoff nicht verbrennen e Aktive Ma nahmen o Brandmeldesystem mit verschiedenen Sensoren Kohlenmonoxid Sensor Temperatursensor lonensensor optischer Sensor mit Kopplung zur Alar mierung von Pr fstandbetreiber oder Feuerwehr o Evakuierungsma nahmen o L scheinrichtung ggf automatisch Stickstoff oder Kohlendioxid sind aufgrund der geringen Tempera turabf hrung eher zur Sp lung der Kammer als zum L schen ge eignet Wasser hat sehr gute K hlwirkung problematisch Leitf higkeit und elektrische Sicherheit Bildung von Knallgas bei Verbindung mit Lithium in Verbindung mit Leitsalz ent steht hochgiftige Flusss ure Sand relativ inert hohe W rmekapazit t Reservoir ber dem Pr f ling kann im Brandfall auf dem Pr fling entleert werden Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 59 Abbildung 5 und Abbildung 6 zeigen Beispiele f r einen Batteriepr f und Lagerraum ia a Abbildung 5 Beispiel f r ei nen Lithium lonen Batterie Pr fraum mit Feuerwider stand F90 bzw REI 90 von innen und au en Denios 2015 Abbildung 6 Beispiel f r ei nen Lagerraum f r Lithium lonen Batterien mit Feuerwi derstand F90 bzw REI 90 von innen und au en Denios 2015
77. alen Plattform Elektromobilit t NPE DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE Frankfurt Berlin 2013 http www elektromobilitaet din de sixcms_upload med 1a 3310 NPE_AG_4_Technischer_Leitfaden_Ladeinfra ru sen struktur pdf 1109 W Charge Kontaktloses Laden von Elektrofahrzeugen W Charge 2011 FuE Programm F rderung von Forschung und Ent wicklung im Bereich der Elektromobilit t des Bundes ministeriums f r Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit BMU http www elektromobilitaet fraunhofer de content dam elektromobilitaet de documents fsem_ii abschlussberic ht w charge pdf Kassel 2011 Literaturverzeichnis 197 110 Keutel K etal Lithium Ionen Akkumulatoren Abbrandverhalten und 2014 Gasfreisetzung Vfdb Jahresfachtagung Dortmund 2014 Tr re 111 GRS Stiftung Gemeinsames R cknahmesystem Batterien 2015 GRS Hamburg 2015 http www grs batterien de grs batterien unser system html http www grs batterien de fileadmin fileadmin Downloads GRS_1 12 0071 01_Basisflyer_Sichere_Erfassung_105x210 pdf Tr ee ee ee er re 112 BattG Gesetz ber das Inverkehrbringen die R cknahme 2012 und die umweltvertr gliche Entsorgung von Batterien und Akkumulatoren Batteriegesetz BattG Ausfertigungsdatum 25 06 2009 Stand Zuletzt ge ndert 24 2 2012 http www gesetze im int
78. all Zellen oder Lithium Metall Batterien in Ausr stungen der UN Nummer 3091 sowie Lithium lonen Zellen o der Lithium lonen Batterien der UN Nummer 3480 Lithium Ionen Zellen oder Lithium lonen Batterien in Ausr stungen der UN Nummer 3481 auf der Stra e Allgemeinverf gung f r besch digte Lithiumbatterien BAM Bundesanstalt f r Materialforschung und pr fung Berlin 2013 Barnnnnenennenenennnnenennenenepenenenneneenneneennenenennenenennsnenennenenennenenennnnenennenenennenenennpoennenenenneneennnenennenenennenenennenenennenenennenenennenenenneneneneneneenenenenenenenenenenenenennenenenneneneneneneneneneneneneneneneneneneneneneennenennenenenenenenneneneeenenennenenen 46 UN Multilaterale Multilateral agreements List of Bilateral and Multilateral Vereinbarungen Agreements Procedures to be followed for the commu 2015 nication of multilateral agreements concluded in ac cordance with Section 1 5 1 of ADR UN Economic Commission for Europe Information Service Genf 2015 United Nations http www unece org trans danger multi multi htmi e 1471 RSEB Richtlinien zur Durchf hrung der Gefahrgutverordnung 2013 Stra e Eisenbahn und Binnenschifffahrt GGVSEB und weiterer gefahrgutrechtlicher Verordnungen Durchf hrungsrichtlinien Gefahrgut RSEB Bundesministerium f r Verkehr Bau und Stadtentwick lung Bonn 2013 Literaturverzeichnis 189 48 ECER 10
79. ann es zu einem schnellen thermischen Durchgehen der Zelle kommen Keutel K et al 2014 f hrte Brandversuche an Lithium Ionen Batterien vom Typ18650 mit vier verschiedenen Kathodenmaterialien durch e LiNICOAIO e LiFePO4 e LiMn gt O4 e LiNiMnCoO gt Es wurden bei den Untersuchungen sowohl einzelne Batterien als auch Pakete aus drei Batterien eingesetzt Hierbei wurden folgende Ladezust nde betrachtet e ungeladen wie vom Lieferanten geliefert e geladen einmal mit einem kommerziellen Ladeger t f r Lithium Ionen Batterien auf 100 SOC geladen Als W rmequellen wurden eine ebene Heizplatte ein mit Heizdraht beheizbarer Rohrzylinder oder die direkte Flammeneinwirkung mit einer Brandwanne mit 100 ml Isopropanol verwendet Es wurden u a sowohl Temperatur W rmefluss Str mungs als auch Gasmes sungen mit Fourier Transform Infrarot Spektrometer FTIR durchgef hrt und eine Abbrandwaage eingesetzt Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 40 Ergebnis der Untersuchungen war dass jede der vier Batterien ein unterschiedliches Versagensverhalten zeigte Ohne eine Analyse der restlich ermittelten Messwerte w hrend der Experimente ist eine abschlie ende Aussage der Autoren nicht m glich Insbesondere die Auswertung der gasanalytischen Ergebnisse sollte f r diese Aus wertung herangezogen werden Keutel K et al 2014 Aufbau Eigenschaften und s
80. aphit o Inhomogenit ten zwischen den Elektroden o Verunreinigungen des Elektrodenmaterials w hrend der Herstellung bzw an derer Fehler im Herstellungsprozess oder auch von unsachgem em Verbau ens der Lithium Ionen Zellen o Bei starken lokalen Dendriten Wachstum sog Dendriten Nestern k nnen sich Zellen auch mechanisch deutlich ver ndern Das zeigt sich z B in einer Di ckenzunahme oder Ausbuchtungen des Zellgeh uses o Beim Ladevorgang k nnen Dendrite durch den Separator wachsen und innere Kurzschl sse in der Zelle verursachen gt thermisches Durchgehen der Zelle Brand Explosion Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 49 Angaben zum optimalen Temperaturbereich Kapazit tsverlusten und Alterung f r die Anwendung und Lagerung von Lithium lIonen Batterien findet man bei Mikolajcz ak C et al 2011 Korthauer R et al 2013 Jossen A Weydanz W 2006 und Kaiser J et al 2015 e Betriebstemperaturen o Die meisten Lithium lonen Zellen sind nicht f r Betriebs und Lagertemperatu ren ber ca 60 C ausgelegt siehe auch Abschnitt 2 3 1 Nach Jossen A Weydanz W 2006 ist es gef hrlich ein Handy oder Laptop im Sommer auf der hei en Ablage im Auto vollgeladen in der Son ne liegen zu lassen da hier Temperaturen bis 80 C auftreten k nnen Noch problematischer ist die sofortige Verwendung bei diesen hohen Temperaturen und f hrt zu noch
81. arien Branddetektion Brandbek mpfung Pers nliche Schutzausr stung L schmittel und L schtechniken 153 AUVA 2014 Wasser wirksam jedoch nicht wirksam wenn Lithium Metall Batterie kleine berschaubare Br nde kann man mit reichlich Wasser l schen z B Laptop Fotoapparat Handy Sand Verwendung m glich e reagierende Lithium Batterien k nnen mit u erster Vorsicht in ein Sandbett auch Betonfl che berf hrt werden Im Ideal fall zumindest Gesichtsschutz und Handschutz ben tzen So fern m glich unbedingt in der N he befindliche brennbare Ma terialien entfernen e Das Wegfliegen brennender Bat terieteile kann zur raschen Brandausbreitung f hren Das Abdecken mit einer Brandschutz decke kann dagegen helfen VdS 2380 2014 Feuerl schanlagen mit nicht verfl ssig ten Inertgasen z B Stickstoff Ar gon Inergen siehe erg nzen de Bemerkun gen kein Einsatz bei e Chemikalien die Sauerstoff ab geben k nnen e Oxidationsmittel enthaltende Gemische e Chemikalien die sich selbst thermisch zersetzen k nnen e reaktionsfreudigen Metallen e festen Stoffe in denen Br nde schnell tief sitzend werden k n nen VdS 3527 2007 Inertisierungs und Sauerstoffreduzie rungsanlagen e Inertisierungs und Sauerstoffre duzierungsanlagen haben die Aufgabe durch Hinzugabe von Inertgasen CO Stickstoff Edel gase die Bildung exp
82. bedingungen verhindert wird Alle Zellen und Batterien m ssen mit einer wirksamen Vorrichtung zur Verhinderung u erer Kurzschl sse ausger stet sein Alle Batterien mit mehreren Zellen oder mit Zellen in Parallelschaltung sind mit wirksamen Einrichtungen auszur sten die einen gef hrlichen R ckstrom verhin dern z B Dioden Sicherungen usw Zellen und Batterien sind gem einem Qualit tssiche rungsprogramm hergestellt Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 71 Die Pr fvorschriften nach Abschnitt 38 3 gelten nicht f r Produktionsserien von h chstens 100 Zellen und Batterien und Prototypen wenn sich die Zellen und Batterien in einer Au enverpackung der Verpackungsgruppe hohe Gefahr befinden und jede Zelle und jede Batterie einzeln einer In nenverpackung und mit nicht brennbarem und nicht leitf hi gem Polstermaterial umgeben ist Batterien die nach dem 31 Dezember 2011 hergestellt werden m ssen auf dem Au engeh use mit der Nenne nergie in Wattstunden gekennzeichnet sein Fahrzeuge die nur durch Lithium Metall oder Lithium lonen Batterien angetrieben werden m ssen der Eintra gung UN 3171 Batteriebetriebenes Fahrzeug zugeordnet werden Bei der Bef rderung bis zur Zwischenverarbeitungsstelle unterliegen gebrauchte Lithiumzellen und batterien mit ei ner Bruttomasse von jeweils h chstens 500 g oder Lithium lonen Zellen mit h chstens 20 Wh Batterien mit h chs
83. belle zeigt den wesentlichen Inhalt die ser Richtlinie Tabelle 4 13 Einsatz an station ren Lithium Solarstromspeichern Merkblatt f r Einsatzkr fte BUW GDV et al 2014 e Immer st rker werden alternative Energien wie Solarstrom oder Windkraft ge nutzt Diese unterliegen jedoch r umlichen und zeitlichen Schwankungen e F r eine kontinuierliche Energieversorgung sind daher leistungsf hige und siche re elektrische Energie Speicher erforderlich e Neben den bekannten Blei S ure Akkumulatoren kommen zunehmend Lithium lonen Batterien zum Einsatz e Die Anbindung an die Hauselektronik erfolgt ber Wechselrichter e Solarspeicher werden mit integriertem und externem Wechselrichter angeboten e Solarspeicher sind nicht sofort als solche zu erkennen e Sie haben oftmals die Form von Schaltschr nken oder Elektroanschlussk sten e Wandmontage oder Standger te e Installationsort In der Regel im Keller oder anderer geeigneter Raum e In Geb uden mit Photovoltaik Anlagen kann zunehmend damit gerechnet wer den dass sich dort Speichersysteme befinden e Systeme o Wechselstromsysteme AC Systeme Gleichstrom der PV Anlage wird zu n chst in Wechselstrom umgewandelt und den Verbrauchern zur Verf gung gestellt bzw ins ffentliche Netz eingespeist Zum Laden des Speichers wird der Wechselstrom wieder in Gleichstrom umgewandelt o Gleichstromsysteme DC Systeme Gleichstrom aus der PV Anlage wird di rekt zum Laden des
84. ben zum Abschleppen sind der Betriebs anleitung des Fahrzeugherstellers zu entnehmen Vor dem Verladen sollte das HV System deaktiviert sein Hinweise dazu sind der Betriebsanleitung des Fahrzeugs bzw dem Rettungsdatenblatt zu entnehmen Bei der bergabe an Beh rdenvertreter Bergeunter nehmer wird empfohlen die erfolgten Feuerwehrma nahmen HV Deaktivierung mitzuteilen Insbesondere ist auf eine m gliche Gef hrdung durch besch digte HV Komponenten z B Stromschlag oder Brandrisiko durch Energiespeicher hinzuweisen Wird das Fahrzeug an Dritte bergeben wird empfoh len die eingeleiteten Ma nahmen mitzuteilen und sich dieses schriftlich best tigen zu lassen Beim Heben mit dem Kran Wagenheber oder Verladen wird empfohlen auf folgendes hinzuweisen o Bei Arbeiten mit der Seilwinde darauf achten dass keine HV Komponenten besch digt sind werden o Ein Fahrzeugtransport sollte grunds tzlich mit einem Plateaufahrzeug bzw gem Herstellervorgaben er folgen o Fahrzeuge mit besch digter Batterie sollten m g lichst zur n chstgelegenen geeigneten Fachwerk Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 107 statt bzw zu einem sicheren Verwahrort transpor tiert werden e Batteriebetriebene Fahrzeuge und Hybrid Fahrzeuge unterliegen im Abtransport nicht den Regeln des ADR e Unter Ber cksichtigung des Besch digungsgrades hat der Bergeunternehmer die Verke
85. bh ngig von der Pedalkraft oder der Trittfrequenz des Fahrers Es ist dem Fahrrad rechtlich gleichgestellt Fahrer ben tigen weder ein Versi cherungskennzeichen noch eine Zulassung oder einen F hrerschein F r sie besteht keine Helmpflicht oder Altersbeschr nkung Dies gilt auch f r Pedelecs mit Anfahrhilfe bis 6 km h e Schnelle Pedelecs S Klasse O Die schnellen Pedelecs auch Schweizer Klasse oder S Klasse genannt ge h ren nicht mehr zu den Fahrr dern sondern zu den Kleinkraftr dern Die R der funktionieren zwar wie ein Pedelec aber die Motorunterst tzung wird erst bei einer Geschwindigkeit von 45 km h abgeschaltet Derzeit liegt die maximal erlaubte Nenn Dauerleistung der Motoren bei 500 Watt Betriebserlaubnis beziehungsweise eine Einzelzulassung des Herstellers vom Kraftfahrtoundesamt KBA ist notwendig Das schnelle Elektrofahrrad braucht ein Versicherungskennzeichen Das Bundesverkehrsministerium BMVI sieht als bauartbedingte H chst geschwindigkeit die an die beim Mittreten erreicht wird also bis zu 45 km h Daraus folgt dass Fahrer mindestens 16 Jahre alt und in Besitz einer Fahrer laubnis der Klasse AM sein m ssen zudem m ssen sie einen geeigneten Schutzhelm tragen Unklar ist welche Art Helm als geeignet anzusehen ist Auf Radwegen darf man mit dem schnellen Pedelec auch dann nicht fahren wenn sie f r Mofas frei gegeben sind Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Me
86. ch den an den Lithium lIonen Batterien von Elektrofahrr dern auf Insbesondere in der unteren Preisklasse erfolgt zum Teil keine berwachung der Batterien durch ein Batteriemanagementsystem BMS Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 123 4 3 Schiffe RoRo und RoPax Nach Untersuchungsergebnissen von Securius P K hler N 2013 geht durch den Transport von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen BEV Battery Electric Ve hicle und HEV Hybrid Electric Vehicle auf RoRo und RoPax Schiffen eine er h hte Brandgefahr insbesondere dann aus wenn diese zum Aufladen der Batterien an das Bordnetz angeschlossen werden Es wird erwartet dass die berwiegende Zahl der Br nde auf das Anschlusskabel begrenzt bleibt und sich keine gef hrlichen Konsequenzen f r Passagiere Crew o der Schiff ergeben Um die Gefahr von Kabelbr nden m glichst gering zu halten empfehlen die an der Studie beteiligten Fachleute nur gepr fte bordeigene Kabel zu verwenden und die Kabel ausschlie lich von geschultem Bordpersonal verlegen und anschlie en zu lassen Securius P K hler N 2013 In den F llen in denen eine Lithium Ionen Batterie in Brand ger t ist zu beachten dass ein solcher Brand sehr hohe Temperaturen erreicht giftige Gase freisetzt und nicht l schbar ist Bevor eine Batterie in Brand ger t werden in den meisten F llen Gase austreten die mit speziellen Sensoren detektierbar s
87. cher Form in Prim rbatterien vorliegende Lithium bzgl dessen Stoffeigenschaften und der m g lichen chemischen Reaktionen eingegangen Gestis 2015 Keune H Augustin M 1972 Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 11 Tabelle 2 3 Stoffeigenschaften chemische Reaktionen und toxikologische Eigen schaften von Lithium Gestis 2015 Keune H Augustin M 1972 Stoffeigenschaften e weiches dehnbares brennbares Metall e Farbe wei bis silbrig gl nzend e Schmelzpunkt 180 54 C e Siedepunkt 1 347 C Gef hrliche chemische Reaktionen e als festes Metall Entz ndung an der Luft bei Erhitzung ber den Schmelzpunkt e in Pulver oder Staubform bereits bei Raumtemperatur selbstentz ndlich e bildet bei Kontakt mit Wasser entz ndbare Gase die sich spontan entz nden k nnen e w ssrige L sung reagiert stark alkalisch e Explosionsgefahr z B bei Kontakt mit Wasser Chlor Sauerstoff niederen Alkoho len Halogenkohlenwasserstoffen Kohlenmonoxid Wasser Schwefel Schmelze Schwefeldioxid Schwefels ure konzentriert e kann in gef hrlicher Weise z B reagieren mit Fluor S uren h heren Alkoholen Kohlendioxid Luft 180 C Stickstoff Wasserstoff Toxizit t und Wassergef hrdung e wassergef hrdend WGK 2 e verursacht schwere Ver tzungen der Haut und schwere Augensch den Auswahl chemischer Reaktionen von Lithium e Lithium verbren
88. chlussspannung wird als die Spannung definiert unterhalb der kei ne f r die jeweilige Anwendung nutzbare Energie mehr entnommen werden kann Die Entladeschlussspannung bezeichnet auch die Spannung bis zu der die Zellen entladen werden d rfen ohne Schaden zu nehmen Nach M hli J 2012 zersetzt sich bei Tiefentladung die Elektrolytfl s sigkeit und bildet dabei leicht brennbares Gas Aus dem Kupferblech das auf Anodenseite als Ableitermaterial genutzt wird gehen Kupfer lonen in L sung Wird solch eine tiefentladene Lithium lonen Zelle geladen kann die zuge f hrte Energiemenge durch das Fehlen von Elektrolytfl ssigkeit nicht mehr in chemische Energie gespeichert werden und die Ladeenergie wird in W rme umgesetzt Au erdem scheiden sich die gel sten Kupfer lonen als Kupfer Nadeln auf dem Graphit Anode ab Sie k nnen die Separatorfolie durchstechen und einen Kurzschluss herbeif hren M hli J 2012 berichtet ber berlade und Tiefentladeversuche am Fraunhofer Institut f r Chemische Technologie ICT in Pfinztal Sowohl im berladeversuch als auch im Tiefentladeversuch bl hten sich die verwendeten Lithium Ionen Polymerzellen Elektrolyt Gemisch aus Ethylencarbonat und Ethylmethylcarbonat aufgrund der Gasbildung auf Neben den erwarteten Gasen Kohlenmonoxid Kohlendioxid Methan Ethan und Ethen ergab sich berraschender Weise ein hoher Wasserstoffanteil berladefall ca 85 Tiefentladefall ca 42 Ei
89. chmittel und L schtechniken 141 C Gefahrstoffe k nnen sehr unterschiedliche gef hrliche Eigenschaften besitzen die h ufig auch bei einem einzigen Stoff in Kombination anzutreffen sind Von den Stof fen k nnen neben den Gefahren durch Inkorporation Kontamination und gef hrliche Einwirkung von au en au erdem Gefahren durch Entz ndung Brandausbreitung und Explosion sowie f r die Umwelt ausgehen Es ist deshalb bei chemischen Gefahrstoffen von ganz besonderer Bedeutung den Stoff zu Identifizieren und damit die spezifischen Gefahren abzusch tzen Nur so k nnen die notwendigen zum Teil sehr speziellen Abwehrma nahmen getroffen werden Damit gewinnen Informationssysteme und fachkundige Stellen bei C Gefahrstoffen eine besondere Bedeutung Von der Feuerwehreinsatzleitung ist im Falle eines Brandes zu beurteilen welche K rperschutzausr stung zu tragen ist e K rperschutz Form 1 Die Form 1 sch tzt ausschlie lich gegen eine Kontamina tion mit festen Stoffen und stellt einen eingeschr nkten Spritzschutz dar Sie ist weder fl ssigkeits noch gasdicht e K rperschutz Form 2 Die Form 2 sch tzt ausschlie lich gegen eine Kontamina tion mit festen und begrenzt auch mit fl ssigen Stoffen Sie stellt einen erweiter ten Kontaminationsschutz dar ist aber nur eingeschr nkt gasdicht Sie ist f r alle Einsatzsituationen zul ssig in denen nicht zus tzliche Gefahren das Tragen der Form 3 notwendig machen Es bestehen f r den T
90. chversuche an Lithium Ionen Traktionsbatterien 2013 Brandschutz Deutsche Feuerwehrzeitung 2 13 S 104 111 siehe auch http www dekra de de pressemitteilung p_p_lifecycle 0 amp p_p_id ArticleDisplay_WAR_ArticleDisplay amp _Articl eDisplay_WAR_ArticleDisplay_articlelD 24844066 86 Kunkelmann J Bewertung der L schmittel Wasser und Wasser mit 2014 Zus tzen f r den Feuerwehreinsatz bei besonderer Ber cksichtigung von Br nden in ausgebauten Dach geschossen Forschungsbericht Nr 169 der st ndigen Konferenz der Innenminister und senatoren der L nder Arbeits kreis V Ausschuss f r Feuerwehrangelegenheiten Katastrophenschutz und zivile Verteidigung Karlsruher Institut f r Technologie KIT Forschungsstelle f r Brandschutztechnik 2014 http www ffb uni karlsruhe de 392 php 87 Rodewald G Feuerl schmittel Rempe A 7 Auflage Verlag W Kohlhammer Stuttgart 2005 2005 88 de Vries H Brandbek mpfung mit Wasser und Schaum 2008 3 Auflage ecomed Sicherheit Landsberg 2008 7897 Battery niversity B 205 Types of Lithium ion 7 CA 2015 CADEX Richmond Canada 2015 http batteryuniversity com learn article types_of_lithiu Re a UN EN 90 Batteryuniversity batteryuniversity eu GmbH D 2015 Karlstein 2015 http www batteryuniversity eu Home DE_index_1000 html 91 M hli J Aufbau Funktions
91. d Batterien Nach Korthauer R et al 2013 liegt die Verantwortung bei der Bef rderung von Gefahrg tern bei den Unternehmern oder Inhabern eines Betriebes die gef hrliche G ter verpacken verladen versenden entladen empfangen oder auspacken sowie den Herstellern von hierzu vorgesehenen Verpackungen Containern oder Fahrzeugen Die Transportvorbereitungen und der Transport sind ausschlie lich von entspre chend geschulten Personen durchzuf hren bzw der Prozess muss durch entspre chende Experten oder qualifizierte Firmen begleitet werden Korthauer R et al 2013 F r jeden Verkehrstr ger sind in der Regel gesonderte gefahrgutrechtliche Bestimmungen einzuhalten Tabelle 3 1 zeigt die Organisationen die verkehrstr gerspezifische Gefahrgut Vorschriften und Regelwerke erarbeiten Korthauer R et al 2013 Die Grundlagen der Gefahrgutvorschriften werden in den UN Model Regulations 2013 von einer internationalen Kommission United Nations Economic Commission for Europe UNECE erarbeitet und festgelegt Auf dieser Basis erfolgt die Umsetzung in die spezifischen Belange der Verkehrstr ger Stra e Schiene Wasser Luft und in nationales Recht Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 64 Tabelle 3 1 Verkehrstr gerspezifische Regelwerke f r den Transport gef hrlicher G ter ADR 2015 RID 2015 ICAO 2015 IATA 1 2015 IMDG 2014 ADN 2013
92. d Recycling von lithiumhaltigen Batterien 92 Man erkennt hier unmittelbar die Problematik f r die m gliche Entstehung von Br nden bei der Sammlung bzw R cknahme von insbesondere lithiumhaltigen Batterien aufgrund folgender Unsicherheitsfaktoren e Gebrauchte Batterien haben ein erh htes Risikopotential e Batterien mit Defekt e Nur entladene Batterien einwerfen e Pole abkleben e Betr chtliche Mengen an Batterien e Brennbarer Beh lter aus Wellpappe e Wo wird der Sammelbeh lter ausgestellt Brandlast in der Umgebung Nach Korthauer R et al 2013 bestehen f r Kleinger tebatterien bereits seit Jah ren entsprechende Recyclinganlagen Grunds tzlich haben sich vor allem hydrome tallurgische und oder pyrometallurgische Verfahren durchgesetzt Dabei ist es wichtig zwischen dem eigentlichen Recycling und dem Refining zu unterscheiden Nicht alle Recyclingunternehmen f hren auch die Refiningschritte durch aus denen letztlich die Wertmaterialien in aufbereiteter Form f r die Industrieanwendungen zu r ckgewonnen werden Im Gegensatz zu Batterien aus portablen Anwendungen erfordern nach Korthauer R et al 2013 die erheblich gr eren Batterien aus Fahrzeugen mit vollelektri schem Antrieb oder Hybridantrieb aus prozesstechnischen Gr nden spezielle Vorbe reitungsschritte Neben der mechanischen Behandlung die aufgrund der Abmessun gen des Gewichtes 50 bis 450 kg und der Materialvielfalt notwendig ist m ss
93. d des DFV 2014 3 Sit zungsergebnis Oktober 2014 http www agbf de pdf 2014 3_Gefaehrdungsbeurteilung Brand Elektrofahrzeu ge pdf G rtz R Marx T 12014 Gefahren durch Lithium lonen Batterien FeuerTRUTZ Magazin 5 2014 S 32 35 Berger R 2012 Global Vehicle LiB Market Study Update Roland Berger Strategy Consultants Holding GmbH Detroit M nchen 2012 http www rolandberger de medien publikationen 2012 04 19 rbsc pub Webster H 2004 Flammability Assessment of Bulk Packed Nonre chargeable Lithium Primary Batteries in Transport Cat egory Aircraft Federal Aviation Administration William J Hughes Technical Center Airport and Aircraft Safety Research and Development Division Fire Safety Branch Atlantic City International Airport Department of Transporta tion Washington 2004 http www icao int safety DangerousGoods Working 20Group 200f 20the 20Whole IP 011Lithium 20B attery 20Fire 20Report pdf Literaturverzeichnis 184 15 Webster H Flammability Assessment of Bulk Packed Rechargea 2006 ble Lithium Ion Cells in Transport Category Aircraft Federal Aviation Administration William J Hughes Technical Center Airport and Aircraft Safety Research and Development Division Fire Safety Branch Atlantic City International Airport Department of Transporta ition Washington 2006 https www fire tc faa gov pdf 06 38 pd
94. d letztendlich zum thermischen Durchgehen der Batterie f hren kann Anonym 2015 In Tabelle 2 2 und Tabelle 2 6 wurde bereits bei der stofflichen Zusammensetzung von Lithium Metall Zellen und Lithium lonen Batterien die toxikologischen Eigen schaften der Bestandteile vor einem m glichen Versagen aufgef hrt Im Falle des Versagens von Lithium lIonen Batterien entstehen neben der Bildung von Fluorwasserstoff und von Phosphors ure auch giftige und kanzerogene Stoffe auf die im Sicherheitsdatenblatt hingewiesen werden muss Allerdings ist es m glich dass diese nicht entsprechend detailliert deklariert werden Weiterhin kann es zur Freisetzung von Schwermetallen in Form von Nickel und Cobaltoxiden kommen Kaiser J et al 2014 Kaiser J et al 2015 Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 32 In der Zusammenstellung in Tabelle 2 8 wird auf die Reaktionen und Eigenschaften des Leitsalzes Lithiumhexafluorophosphat LiPFs Korthauer R et al 2013 sowie von Fluorwasserstoff HF Gestis 2015 n her eingegangen Spuren von Wasser k nnen hierbei mit dem Leitsalz u a zu Fluorwasserstoff HF und Flusss ure reagieren siehe Tabelle 2 8 Tabelle 2 9 Tabelle 2 8 Chemische Reaktionen des Leitsalzes Lithiumhexafluorophosphat LiPFs mit Wasser Korthauer R et al 2013 e LiPFs gt LiF PF e PF5 H20 POF3 2HF e POF3 H20 HPO2F2 HF e HPO2F2 H20
95. d sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 16 Kommerzielle station re Batteriespei cher WEMAG AG Schwerin Batteriespeicher zur Stromnetzsta 5 MWh bilisierung Abbildung 4 Batteriespeicher zur Stromnetzstabilisierung WEMAG AG Schwerin BYD Zhangbei China Provinz Hebei Solar und Windenergie 36 MWh speicheranlage Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 17 Um ein Gef hl daf r zu bekommen welche Energien in Lithium lonen Batterien ge speichert sein k nnen sei auch auf die Aussage von Korthauer R et al 2013 bzgl der Stromst rke bei einem harten Kurzschluss im HV System bei heutigen Lithium lonen Batterien hingewiesen Hierbei k nnen sich innerhalb einer Zeitspanne im Bereich weniger Millisekunden Str me von 6 000 A und mehr aufbauen Nach Angabe von Anonym 2015 k nnen bei gro en Lithium Ionen Batterien und entsprechend kleinem Innenwiderstand Str me von 15 000 18 000 A beim harten Kurzschluss auftreten Bei gro formatigen Zellen liegen hierbei Innenwiderst nde von 1 Milliohm mQ und weniger vor Einige am Markt erh ltliche Zelltypen verf gen ber interne Sicher heitsmechanismen die in solchen F llen den Strompfad innerhalb einer Zelle irre versibel trennen Andere Zelltypen weisen solche Sicherheitsmechanismen evtl nicht auf Kaiser J et al 2015 Im Falle eines ha
96. d stattdessen entladen Diese Ent ladung wird dann im weiteren Tagesablauf wieder kompensiert das hei t neben dem gro en Tageszyklus wird der Speicher mit sehr vielen verschiedenen kleine ren Zyklen belastet Schmiegel A U 2014 e Die Zyklisierungseffizienz sinkt w hrend der mehrmaligen Lithium Aufl sung beim Entladen sowie der Lithium Ablage beim Ladevorgang derart drastisch so dass die 2 3 fache Menge an Lithium eingesetzt werden muss Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 48 e Zus tzlich scheidet sich Lithium zum Teil sowohl schaumf rmig als auch als Dendriten w hrend des Ladevorganges metallische nadelf rmige Lithium Abscheidungen ab die die von der Anode zur Kathode durch den Separator wachsen k nnen e Neben der vollst ndigen Selbstentladung der Zelle aufgrund von Kurzschluss kann im schlimmsten Fall eine innere thermische Kettenreaktion bis hin zum Brand oder eine Explosion ausgel st werden e Dendritenbildung kann durch u ere Ma nahmen und Schutzbeschaltung nicht unterbunden werden e Ziel beim Einsatz von metallischem Lithium als Anode ist es Ma nahmen zu tref fen die durch eine m glichst planare Lithiumabscheidung die Dendritenbildung vermeiden e Starkes Dendriten Wachstum ist die Folge von z B o Plating unerw nschter Effekt der Abscheidung von metallischem Lithium auf der Anode statt der Einlagerung der Lithium Ionen im Anodenmaterial z B Gr
97. delstahl Aluminiumlegierungen oder Kunststoffe und kohlen stofffaserverst rkte Kunststoffe o Schockabsorbersysteme e Berstscheiben Sicherheitsventile oder Sollbruchstelle in den Batterien zum kon trollierten Abf hren der brennbaren Gase o Bei zu hohen Temperaturen und oder intensiven Zersetzungsvorg ngen baut der Elektrolyt so viel Gasdruck in der Zelle auf dass die Zellverpa ckung bzw das Zellgeh use dem nicht mehr standh lt o Bei vollst ndig gekapselten Batteriegeh usen sollten nicht nur die Zellen sondern auch das Geh use eine Vorrichtung zur Vermeidung von zu ho hem berdruck aufweisen Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 43 e Verwendung von feuerbest ndigen technischen Textilien zur Einhausung von Einzelzellen e Verwendung von feuerbest ndigen Brandschutzschr nken bzw Brandschutz r umen Feuerwiderstand gegen Brandeinwirkung von innen und au en sowie die funktionale Sicherheit Korthauer R et al 2013 e berwachung durch Sensoren ggf berwachung bis auf Zellebene falls die Mo dul und Systemebene aus Sicherheitsgr nden nicht ausreicht O Einsatz von PTC Widerst nden oder PTC Thermistoren Positive Tempe rature Coefficient Bauteile dessen elektrischer Widerstand bei steigen der Temperatur gr er wird um den Lade oder Entladestrom zu begren zen Einsatz von CID Circuit Interrupt Device oder Current Interrupt Device Bei
98. dlichsten Batterien miteinander als Mixtur zu verarbeiten und erreicht daher vor allem nahe der Anla genauslastung derzeit 7000 Tonnen Jahr eine sehr hohe Wirtschaftlichkeit Kort hauer R et al 2013 Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 94 3 3 2 Elektroaltger te mit eingebauten Batterien Elektro und Elektronikger te sind vermehrt mit leistungsstarken lithiumhaltigen Hochenergiebatterien als prim re Energiequelle oder St tzbatterie ausgestattet De ren Verwendung erfordert h here Sicherheitsanforderungen bei der R cknahme von Altger ten Die Batterien sind hierbei oft in den Ger ten fest eingebaut Lithiumhaltige Batterien in Elektroaltger ten haben vor allem wenn sie besch digt sind ein hohes Brandtrisiko Elektroaltger te mit Lithium Batterien unterliegen dem Europ ischen bereinkom men ber die internationale Bef rderung gef hrlicher G ter auf der Stra e ADR mit den entsprechenden Anweisungen f r Transport und Verpackung Z B ist der Transport von Altger ten mit eingebauten Lithiumzellen oder Lithiumbat terien in loser Sch ttung oder Gitterboxen nicht zul ssig Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 95 3 4 Bef rderung von besch digten Lithium Batterien Einen Leitfaden f r den Transport von Lithium Ionen Batterien f r Elektrowerkzeuge und elektrische Gartenger te und die Umsetzung der Gefahrgut Regelungen f
99. e simuliert Zur Temperaturmessung wurden Temperturmessstreifen auf die Ger te geklebt Der zul ssige Temperaturbereich wurde von den Herstellern f r das HRT Ger t mit 20 C bis 50 C und f r die HBT HSG Ger te mit 20 C bis 60 C angege ben Im Brandraum betrug die max Temperatur an der Decke ca 240 C Die Ver suchsdauer betrug in Versuch 1 15 min in Versuch 2 12 min In den Versuchen ergaben sich Temperaturerh hungen am Akku der Handfunkger te auf ca 70 C bei einer Umgebungstemperatur von 210 C und am Handmikrofon bzw der H r Sprechgarnitur auf bis zu 110 C ebenfalls bei einer Umgebungstem peratur von 210 C Es wird allerdings erw hnt dass die Dauer der Exposition nicht der realen Einsatzsituation i d R nur wenige Minuten entspricht BOS Berlin 2014 Bei den Ger ten war keine Beeintr chtigung der Funktion feststellbar Beim Hand funkger t war unmittelbar nach dem Test der Akku nur handwarm Der Test wird nach 12 Monaten wiederholt um eine Langzeitwirkungen zu erkennen BOS Berlin 2014 Brandszenarien Branddetektion Brandbek mpfung Pers nliche Schutzausr stung L schmittel und L schtechniken 139 5 Brandszenarien Branddetektion Brandbek mpfung Pers nliche Schutzausr stung L schmittel und L sch techniken 5 1 M gliche Brandszenarien Nachfolgend werden einige m gliche Brandszenarien bei lithiumhaltigen Batterien aufgef hrt die unterschiedliche Anforderungen
100. e Schutzausr stung entsprechend anzupassen Weiterhin ist es wichtig dass die Besatzung dar ber informiert ist ob und wo entsprechende Fahr zeuge an Bord sind Eine eindeutige Kennzeichnung dieser Fahrzeuge f r die Dauer der berfahrt sollte in Betracht gezogen werden Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 125 4 4 Passagier und Frachtflugzeuge Webster H 2004 hat Untersuchungen zum Brandverhalten von Lithium Metall Batterien beim Transport in Passagier und Frachtflugzeugen mit den Batterietypen CR2 und PL123A als Einzelbatterien und in Verpackungseinheiten durchgef hrt Hierbei ging Webster H 2004 von folgendem Brandszenario aus Brand im Frachtraum Brandbek mpfung mit Halon 1301 L schanlage In einem Versuchsraum mit einem Volumen von 1 8 m wurden die Batterien mit Brennwannen der Durchmesser 13 3 cm und 27 3 cm mit 50 ml bzw 220 ml 1 Propanol f r eine Dauer von 3 Minuten thermisch beaufschlagt Hierbei wurden folgende Parameter untersucht e Einfluss der Gr e der Z ndquelle e Batterieanzahl e Brandausbreitung zwischen den Batterien e Auswirkung des Verpackungsmaterials Wellpappkartons einlagige Kartontrenn streifen Polyurethan Schaum Polster e Temperaturanstieg im Versuchsraum e Druckanstieg im Versuchsraum e L schwirkung von Halon 1301 Feuerl schanlagen e M gliche Besch digungen des Frachtflugzeuges Webster H 2004 kommt bei den Unters
101. e presse r_v_infocenter pressemel dungen 20130723 ebikes jsp Literaturverzeichnis 196 E Bikes und Pedelecs die Leichtigkeit des Radelns Ratgeber der R V Versicherung AG Wiesbaden 2015 https www ruv de de r_v_ratgeber fahrzeug_verkehr r eise_verkehr pedelec e bike jsp 103 VdS 3471 Ladestationen f r Elektrostra enfahrzeuge 2015 Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirt schaft e V GDV VdS Schadenverh tung GmbH K ln 2015 104 DIN VDE 0100 722 DIN VDE 0100 722 VDE 0100 722 2012 10 2012 Errichten von Niederspannungsanlagen Teil 7 722 Anforderungen f r Betriebsst tten R ume und Anlagen besonderer Art Stromversorgung von Elektrofahrzeugen VDE Verlag GmbH Berlin 2012 A057 DIN EN 61851 1 DIN EN 61851 1 2012 01 VDE 0122 1 2012 01 2012 Elektrische Ausr stung von Elektro Stra enfahrzeugen Konduktive Ladesysteme f r Elektrofahrzeuge Teil _ 1 Allgemeine Anforderungen Beuth Verlag GmbH Berlin 2012 106 DIN EN 61851 23 DIN EN 61851 23 2014 11 VDE 0122 2 3 2014 11 2014 Konduktive Ladesysteme f r Elektrofahrzeuge Teil 23 Gleichstromladestationen f r Elektrofahrzeuge Beuth Verlag GmbH Berlin 2014 107 BATSO Battery Safety Organization e V BATSO e V 2015 http www batso org Berlin 2015 08 DKE Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur 2013 Arbeitsgruppe 4 Normung Standardisierung und Zertifizierung der Nation
102. ebetriebsarten f r Elektrostra enfahrzeuge Weiterhin wird auf das Laden von Pedelecs und E Bikes eingegangen siehe auch Abschnitt 4 2 Es werden Hinweise zu den verschiedenen Ladem glichkeiten und den verschiede nen Umgebungen in denen Ladestationen betrieben werden gegeben F r Elektrostra enfahrzeuge gibt es nach Tabelle 4 8 VdS 3471 2015 folgende leitungsgebundenen Ladem glichkeiten Die M glichkeit des induktiven Ladens wird in dieser Richtlinie nicht behandelt Tabelle 4 8 Ladem glichkeiten von Elektrostra enfahrzeugen nach VdS 3471 2015 e Laden ber Haushaltssteckdosen oder CEE Steckdosen o Da bei diesem Vorgang dauerhaft hohe Ladestr me flie en k nnen ist bei diesen beiden Ladebetriebsarten auf die Vermeidung einer berlas tung bestehender Installationen zu achten o Ggf sind vorhandene Stromkreise z B mit einer Fehlerstrom Schutz einrichtung zu ert chtigen o Neue Stromkreise die f r das Laden von E Fahrzeugen vorgesehen sind m ssen nach DIN VDE 0100 722 2012 errichtet werden o Findet das Laden in geschlossenen R umen statt ist sofern vom Fahr zeughersteller vorgegeben f r eine ausreichende Be und Entl ftung zu sorgen e Laden ber Wechselstromeinrichtungen o Ladeeinrichtung nach DIN EN 61851 1 2012 erforderlich o Die Elektroinstallation ist nach DIN VDE 0100 722 2012 zu errichten o Findet das Laden in geschlossenen R umen statt ist sofern vom Fahr zeughe
103. ece org trans danger publi manual rev5 manrev5 amendments html a UN Model Regu lations 2013 2013 Recommendations on the Transport of Dangerous Goods Model Regulations Volume II Eighteenth revised edition United Nations New York Geneva 2013 http www unece org trans danger publi unrec rev18 1 8files_e html cord europ amp en relatif au transport international des marchandises Dangereuses par Route ADR g ltig ab 1 Januar 2013 Volume I und II New York Geneva 2012 http www unece org trans danger publi adr adr_e html http www unece org trans danger publi adr adr2013 1 3contentse html a ADR 2015 2014 ADR 2015 European Agreement Concerning the International Carriage of Dangerous Goods by Road Volume I Volume Il United Nations New York and Geneva 2014 http www unece org trans danger publi adr adr20 15 1 5contentse html E nenne nnennennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnne nenne nndbunnnnnnnnn nenne nee nenne nnenannnnnnnn nen nnn nenne nenne nnnnnnnnnnnnn nenne nenne nne nenne nnnnnnnnnn nenne nenne nnennennnnnnnnnnnnn nenne nenne nenne nnnnnnnnnnnnn nenne ne nnennennennnnnnnnnnnen nenne nennen Ridder K Holz h user J 2014 ecomed Sicherheit Heidelberg M nchen Landsberg Frechen Hamburg 2014 International Air Transport Association IATA Dan gerous Goods Regulations DGR 56th edition 2015 http www iata org publicati
104. egative Elekt rode k nnen ohne Sauerstoff nicht verbrennen Groi R Jossen Stickstoff l Koa eher zur Sp lung der Versuchs A Kohlendioxid geringe K hlwirkung kammer geeignet statt als 2010 L schmittel Wasser Sehr gute K hlwirkung problematisch Leitf higkeit elektrische Sicherheit e Bildung von Knallgas bei Kon takt mit Lithium e in Verbindung mit Leitsalz entsteht HF Quarzsand K hlwirkung aufgrund e relativ inert von W rmeentzug e hohe W rmekapazit t durch Schmelzen e Sandreservoir kann im Brand fall ber dem Pr fling entleert werden Brandszenarien Branddetektion Brandbek mpfung Pers nliche Schutzausr stung L schmittel und L schtechniken 149 Egelhaaf M et al 2013 Wasser geeignet Wasser mit Zusatz F500 geeignet Wasser mit Zusatz FIRESORB geeignet e L schversuche an frei zug ngli chen Lithium lonen Antriebsbatterien e Brandgeschehen blieb auf einen Radius von ca 2 m beschr nkt e L schwasser konnte nach La boruntersuchung in die Kl ranla ge direkt eingeleitet werden e geeignete Additive k nnen des L schwasserbedarf reduzieren und L scherfolg beschleunigen e Bei im Fahrzeug eingebauten Batterien ist die direkte K hlung nicht m glich AGBF DFV 2014 Wasser mit und ohne Netzmittelzusatz geeignet e Wasser ist als L schmittel die erste Wahl e Langfristiges K hlen der Batte rien
105. egel niedriger e Beim Thermal Runaway handelt es sich um eine selbst ver st rkende durchgehende exotherme chemische Reaktion die durch Fehler oder Besch digungen innerhalb einer Lithi um lonen Batterie ausgel st wird und zur berhitzung f hrt e Thermal Runaway Reaktionen k nnen innerhalb von Sekun den anlaufen Kaiser J et al 2015 e Die Reaktion beim Thermal Runaway kann von au en nicht unterbrochen werden endet innerhalb kurzer Zeit mit einem Zellbrand und kann innerhalb von Sekunden bis wenigen Mi nuten zu einer vollst ndigen Zerst rung des Speichers f h ren Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 28 e Schmelzen des Aluminium Stromableiters Kathode gt 660 C e Legierungsbildung des fl ssigen Aluminiums mit dem Kupfer Stromableiter Anode Manche Kupfer Aluminiumlegierungen haben Schmelzpunk te ab ca 550 C wodurch der Kupferableiter besch digt wird Der Schmelzpunkt von reinem Kupfer 1 080 C Nickel oder Stahl wird nicht erreicht e Freisetzung von Graphit mit m glicher Gef hrdung durch Staubexplosion insbesondere bei gro en Batterien in R u men sowie Besch digung von Ger ten aufgrund von Kurz schl ssen Die Thermal Runaway Reaktion ist abh ngig von Ladezustand am heftigsten bei 100 SOC bzw berladung aufgrund max elektr Energie Umgebungstemperatur Zellchemie Konstruktion der Zelle Zellgr e Elektro
106. ei LKW Spannung 540 V DC bis 5 MWh bei kom merziellen station ren Batteriespeichern zur Stromnetzstabilisierung WEMAG AG Schwerin und bis 36 MWh bei Solar und Windenergiespeicheranlagen China Aufgrund spektakul rer Ereignisse wurde die m gliche Problematik von Lithium lonen Batterien in der ffentlichkeit bekannt Das Versagen von haupts chlich Lithi um Ionen Batterien aber auch von Lithium Metall Batterien z B in Flugzeugen Fahrzeugen Notebooks Smartphones etc f hrte in den letzten Jahren zu gro en R ckrufaktionen Beispielsweise entstand ein Brand nach dem Flug einer Boeing 787 Dreamliner am 7 Januar 2013 von Narita Japan nach Boston USA im Zielflughafen aufgrund ei ner thermisch durchgehenden Lithium Ionen Batterie Thermal Runaway Verwen dung fand hier der sicherheitstechnisch kritische Batterietyp mit Lithiumcobaltdioxid als Kathode Als weiteres Beispiel sei der Vorfall am 12 Juli 2013 auf dem London Heathrow Air port ebenfalls in einer Boeing 787 genannt Hier kam es zum Brand einer nichtwie deraufladbaren Lithium Metall Batterie in einem ELT emergency locator transmitter in der Gep ckablage Dieser Brand konnte von den Einsatzkr ften mit einem Halon Handl scher nicht gel scht werden Erst nach Entfernung einiger Deckenplatten war es m glich den Brand mit Spr hwasser erfolgreich zu bek mpfen Zusammenfassung 170 Der Forschungsbericht gibt Auskunft ber den Aufbau der verschiedenen Bat
107. eignisse wurde die m gliche Problematik von lithiumhaltigen Batterien in der Of fentlichkeit bekannt Das Versagen von haupts chlich Lithium lonen Batterien aber auch von Lithium Metall Batterien z B in Flugzeugen Fahrzeugen Notebooks Smartphones etc f hrte in den letzten Jah ren zu gro en R ckrufaktionen Im Falle des Versagens von Lithium lonen Batterien entstehen neben der Bildung von Fluorwasserstoff und Phosphors ure auch giftige und kanzerogene Stoffe Weiterhin werden je nach Zusammensetzung der Batterien Schwermetalle in Form von Nickel und Cobaltoxiden sowie Graphit m gliche Gef hrdung durch Staubexplosion insbesondere bei gro en Batterien in R umen sowie Besch digung von Ger ten aufgrund von Kurzschl ssen freigesetzt Hier sei insbesondere auch auf die Gef hrdung von schlafenden Personen hingewiesen Beim Versagen freiwerdende schwere Elektrolytd mpfe k nnen sich vor der Entz ndung im Bodenbereich sammeln und quasi einen z ndf higen See bilden der zun chst nicht von optischen Rauch meldern an der Decke detektiert wird Das Aufladen von z B Smartphone oder E Bike Batterien im Wohn geb ude oder Hotelzimmer ber Nacht ist daher aus Sicherheitsgr nden zu berdenken F r Feuerwehreinsatz und Rettungskr fte sind die personenschutz und umweltrelevanten Erfordernisse an die pers nliche Schutzausr stung Gef hrdung durch Brand chemische Stoffe und elektrische Gef hr dung die Brandbek mpfung sowie die L
108. eis ist zu dokumen tieren Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 101 F r Arbeiten z B in Entwicklung und Fertigung ist folgende Qualifikation in Abh n gigkeit der auszuf hrenden Arbeiten an Fahrzeugen entsprechend Tabelle 4 2 erfor derlich Tabelle 4 2 Notwendige Qualifikation in Abh ngigkeit der auszuf hrenden Arbeiten an Fahrzeugen mit Hochvoltsystemen f r Arbeiten in Entwicklung und Fertigung nach DGUV I 8686 2012 Stufe 2 Spannungsfreiheit herstellen Elektrotechnische Arbeiten im span nungsfreien Zu stand Stufe 1 zum Beispiel Nichtelek Testfahrer trotechnische Karosseriearbeiten Arbeiten l Radwechsel Stufe 3 zum Beispiel Arbeiten unter Spannung Fehlersuche am HV System und Arbeiten Bauteile unter in der N he ber hrbarer Spannung wech unter Spannung stehender seln Teile zum Beispiel Freischalten Gegen Wiedereinschalten sichern Spannungsfreiheit feststellen Tausch von HV Komponenten Stecker ziehen Komponententausch z B DC DC Wandler elektrische Klimaanlage F r elektrotechnische Arbeiten an Serienfahrzeugen z B in Servicewerkst tten ist aufbauend auf dem Wissens und Erfahrungsstand z B von Kfz Mechaniker Kfz Elektriker oder Kfz Mechatroniker eine Qualifizierung f r Arbeiten an HV Systemen erforderlich Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lith
109. eit ausbrennen lassen e brennende Batterien abh ngig von der Art der Batterie mit Pul ver oder bei Li Ionen Batterie mit Wasser mit Zusatzmittel z B F 500 l schen G rtz R Marx T 2014 Wasser w ssrige L schmittel Schaum Gel wirksam e Wasser hat Vorteil des Nieder schlagens von HF aus den Rauchgasen e bei gro en Br nden muss L schwasser aufgefangen wer den Metallbrandpulver weder zweckm Big noch notwen dig e keine K hlwirkung e HF wird nicht gebunden gasf rmige sauer stoffverdr ngende L schmittel unterdr ckt den Brand des organi schen L sungs mittels e freigesetzte Energie wird redu ziert e keine K hlwirkung e Sauerstoff in der Zelle erm glicht auch ohne u eren Luftsauerstoff Teiloxidation des L sungsmiittels L schpulver ABC Aussage wie bei Aussage wie bei gasf rmigen Brandszenarien Branddetektion Brandbek mpfung Pers nliche Schutzausr stung L schmittel und L schtechniken 152 oder BC gasf rmigen L schmitteln L schmitteln Halon 1301 unwirksam bei Untersuchungen zum Brandverhal Webster H Brand von Lithi ten von Lithium Metall Batterien in 2004 um Metall Frachtflugzeugen Batterien CR2 und PL 123 A Batterien Halon 1301 Wirksam bei der Untersuchungen zum Brandverhal Unterdr ckung ten von Lithium Ionen Batterien in Webster H des Elektrolyt Frachtflugzeugen 18
110. eitfaden_Li lonen_Hausspeicher_11_2014 pdf 7197 Kaiser J etal Sicherheit von Lithium lonen Batterien als Energie 2014 speicher in Verbindung mit Photovoltaikanlagen Hin weise f r Feuerwehren im Einsatz Brandschutz Deutsche Feuerwehrzeitung 8 14 S 588 592 120 Kaiser J etal Betrieb station rer Kleinspeichersysteme auf der Basis 2015 ivon Lithiumzellen vfdb Zeitschrift 3 2015 S 111 116 Literaturverzeichnis 21 Kaiser J 2 12015 barmnenenenneaenenneneennenenepeneneenenenennenennnnenennenenennnnenenenenennenenennenenenenenenenenennen en 23 Mikolajczak C et al 2011 barsneneennenenennenenennenenenheneneeneneennenenenenenennenennenenenenenennenenennenenennenenenenenennen 11999 2005 bannannannnennennennennennnnnnnpannnnennnnnnennennennennennnnnennnnnnnnnn emmm meeneem memene emeena 125 GESTIS 2015 26 Enderlein H et al 12012 B7 BW 2015 28 M228 2015 e a 29 UN Tests and Cri teria 2009 2013 Multilaterale Vereinbarung M 228 nach Abschnitt 1 5 1 des ADR ber die Bef rderung von Prototypen gro er Lithium Ionen Batterie Baugruppen UN 3480 Pers nliche Anfrage des Autors zum Entladen von Li thium lIonen Fahrzeugspeichern KIT Karlsruhe 2015 Kurz Checkliste f r Li lonen Heimspeicher Karlsruher Institut f r Technologie KIT KIT 06 2014 01 http www kit edu downloads KIT_Li
111. ellen Zyklentiefe Entnommene Kapazit t pro Entladung ist Faktor f r die er reichbare Zyklenzahl Es sind keine Auffrischungszyklen mit Komplettent ladung n tig oder sinnvoll Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 51 Opp A 2013 sieht folgende Problematiken bei Lithium Ionen Batterien Ladeger ten und Ladeelektronik als Ursachen f r Brandsch den siehe Tabelle 2 17 Tabelle 2 17 M gliche Ursachen f r Brandsch den bei Lithium lIonen Batterien Opp A 2013 e Ladeger te ohne Ladelektronik ggf zu hohe Ladespannungen e Laden der Akkus ohne die notwendige Zellen oder Temperatur berwachung e Minderwertige Akkuzellen e Altersbedingt verschlissene Lithium lonen Batterien e Nach dem Entz nden und Explodieren der ersten Zelle werden durch die hohen Temperaturen in der Regel die umliegenden Zellen ebenfalls gez ndet e Tiefentladung von Zellen Dabei k nnen sich bei Lithium Ionen Batterien metal lische Br cken in der Zelle ausbilden die dann nach dem n chsten Ladevor gang einen Kurzschluss in der Zelle verursachen o Die daraus resultierende Brandgefahr ist f r die Anwender nicht ersicht lich o Abhilfe elektronische Anzeige des Tiefentladezustands und der daraus resultierenden Br ckenbildung und das eventuelle vollst ndige Au erbe triebnehmen solcher Akkus ber die inneren Schutzbeschaltungen e St ndige Beaufsichtigung des Ladevorganges nu
112. en 2014 UKBW infoAS Pr ventions CD Symbolbibliothek Pro fessional 6 1 Unfallkasse Baden W rttemberg Stuttgart Karlsruhe Jedermann Verlag GmbH Heidelberg 2013 Securius P K hler N 12013 Amereller N 12014 http www it recht kanzlei de lithiumbatterien E nenne nnennnnnnnnnnnnnnen nenne ne nnenndpansnnnnnnn nenne ne nnennn nenne nnenesn nenne nenne nenne nnennnnnnnennnnnnne nenne nnennennnnnnnnnnnnnnsn nenne nenne nnnnnnnnnnnnnnnn nenne nennen nnennnnnnnnnnnnn nenne ne nnennennnnnnnnnnnnnnnn nenne nennen Was f r Zellformen gibt es Deutsche ACCUmotive GmbH amp Co KG Kirchheim u Teck Nabern 2014 Internet http www accumotive com Deutsche ACCU motive M 2014 Deklaration von Lithium Batterien nach der 55 Edition der IATA DGR 2014 e a Chimica ein Wissensspeicher Band I Anorganische Chemie Organische Chemie VEB Deutscher Verlag f r Grundstoffindustrie Leipzig Brandschutz in Genlaboren Einsatz von Wasserne bel und Gasl schanlagen Teil 1 e Brand und Rauchausbreitung in Geb uden All Dudenh ffer F 12010 Keune H Augus tin M M 1972 Kunkelmann J 12010 Batteriespitzentechnologie f r automobile Anwendun gen und ihr Wertsch pfungspotential f r Europa Ifo Schnelldienst 11 2010 S 19 27 http www cesifo group de DocDL ifosd_2010_11_3 pdf gemeine Gef hrdungsdarstellung
113. en Shut down 3 SOC State of Charge Ladezustand Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 27 Separator schmilzt zus tzliche Erw rmung aufgrund von Kurz gt 150 C schluss e Thermal Runaway erfolgt innerhalb von Minuten Kathodenmaterial reagiert exotherm mit dem Elektrolyt 130 C 250 C e Zersetzung e Freisetzung von geringen Mengen an Sauerstoff e Druckanstieg in der Zelle durch Verdampfung und Zerset zung des Elektrolyts sowie Zersetzung von diversen Katho denmaterialien e Aufbl hen von Pouchzellen und prismatischen Zellen und evtl ffnung e Prismatische Zellen verf gen ggf ber Druckentlastungsein richtung e Zylindr Zellen zeigen nur geringes Aufbl hen allerdings er folgen bei u erer gen gend gro er Erw rmung eine Erwei chung des Geh usematerials und eine Ausbeulung der Zelle e Zylindr Zellen haben eine Entl ftungseinrichtung im Deckel Ausl sung bei einem Druck von ca 13 8 bar e Austretende Zersetzungsgase sind z ndf hig aller nicht selbstentz ndlich ausreichend Sauerstoff und Z ndquelle sind erforderlich Weiterer Anstieg der Temperatur Thermal Runaway gt 600 C e Einige Kathodenmaterialien zersetzen sich und ndern ihre Kristallstruktur hierbei Freisetzung von geringen Mengen an Sauerstoff e Anstieg der Zellinnentemperatur auf ber 600 C o Bei Lithiumeisenphosphat ist diese Temperatur in der R
114. en wegen der in den Batterien gespeicherten Rest Energien und in Verbindung mit dem jeweiligen mechanischen bzw elektrochemischen Zustand der Batterien zus tz 4 Hydrometallurgie Vorbereitung von Erzen zur Verh ttung durch kalte oder warme Trennverfahren Kalt oder Hei extraktion mittels Wasser https de wikipedia org wiki Metallurgie 2015 5 Pyrometallurgie Thermische Weiterbearbeitung von Erzen oder bereits gewonnenem Metall oxidierend unter Sauerstoffzufuhr erhitzt Abr sten oder reduzierend in sauerstofffreier Ofenatmosph re https de wikipedia org wiki Metallurgie 2015 Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 93 liche Ma nahmen erfolgen um Gef hrdungen bei der Lagerung dem Transport und der Handhabung auszuschlie en Nach Korthauer R et al 2013 werden die Batteriesysteme dabei zun chst in der Vor Behandlungsstufe bis auf die Zellebene zerlegt die Zellen bleiben hierbei un ge ffnet Die Zellen stellen die Schl sselmaterialfraktion dar die dann der Recyc linganlage zugef hrt werden Alle anderen Materialien werden als separierte soweit m glich sortenreine Materialfraktionen an die Metall und H ttenindustrie weiterge geben Kleinger tebatterien insbesondere Lithium Ionen Batterien aus Mobiltelefonen Lap tops MP3 Playern werden direkt das hei t ohne Vorbehandlung der Recyclingstufe zugef hrt Der Batterierecyclingprozess erlaubt es die unterschie
115. en sowie berflutete Kellerr ume gt Energiespeicher f r Photovoltaikanlagen Elektrofahrr der Elektrowerkzeuge etc Es liegen bislang nur relativ wenige ffentlich zug ngliche und verwertbare Erkennt nisse z B zum Brandverhalten zur Branddetektion zu vorbeugenden Brandschutz ma nahmen sowie zur Brandbek mpfung und Durchf hrung von Rettungsma nah men von Personen durch Feuerwehr und Rettungsdienste bei lithiumhaltigen Batte rien vor Von gro er Bedeutung sind auch die personenschutz und umweltrelevanten Erfor dernisse an die pers nliche Schutzausr stung der Einsatzkr fte sowie die L schmit telr ckhaltung bei der Brandbek mpfung Zusammenfassung 180 Entsprechend der Feuerwehr Dienstvorschrift 500 m ssen Feuerwehreinsatzkr fte im Brandfall zum einen gegen das Brandereignis selbst und zum anderen zus tzlich gegen in diesem Fall chemische Substanzen gesch tzt werden Weiterhin ergibt sich bei HV Systemen mit Lithium Ionen Batterien eine zus tzliche Gef hrdung durch elektrischen Schlag Kurzschl sse und St rlichtb gen Hier ist daher zus tzlich eine PSA wie z B Elektriker Schutzhandschuhe isolierende Schutzhelme mit St rlichtbogen Visier isolierende Werkzeuge Abdecktuch zum Ab decken spannungsf hrender Teile erforderlich Man erkennt hier unmittelbar die Verantwortung von Einsatzleitern der Feuerwehr z B bei einem Brand einer gr eren Menge von Lithium Ionen Batterien in einem geschloss
116. en und Transport von besch digten Fahrzeugen mit Hochvolt Systemen verwie sen in dem diese Thematik behandelt wird Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 69 3 1 1 ADR Richtlinien Transport von Lithium lonen Batterien und Lithi um Metall Batterien auf der Stra e Beispielhaft wird nachfolgend n her auf den Transport von Lithium lIonen Batterien und Lithium Metall Batterien auf der Stra e entsprechend dem Europ ischen ber einkommen ber die internationale Bef rderung gef hrlicher G ter ADR Accord europ amp en relatif au transport international des marchandises Dangereuses par Route eingegangen ADR 2015 2014 Die ADR Richtlinien gehen weitgehend konform mit den Model Regulations der UN Recommendations on the Transport of Dangerous Goods der Vereinten Nationen UN Model Regulations 2013 Die Richtlinien ADR 2013 waren nach ADR 2015 2014 durch eine 6 monatige bergangstrist bis zum 30 06 2015 g ltig Die aktuellen Richtlinien ADR 2015 sind ab 1 1 2015 g ltig ADR 2015 2014 Tabelle 3 4 zeigt die wesentlichen Sondervorschriften Verpackungsvorschriften und multilateralen Vereinbarungen f r lithiumhaltige Batterien nach ADR 2015 2014 Der wesentliche Inhalt dieser Vorschriften wird auszugsweise in der Tabelle kurz dargestellt Multilaterale Vereinbarungen regeln Besonderheiten bei Gefahrguttransporten zwi schen den Vertragsstaaten des ADR ADR 2015 2014
117. enem Raum wie einem Lager oder einer Werkstatt die geeignete K rper schutzform in Abh ngigkeit von der Gef hrdung durch W rme toxische und tzende Substanzen sowie durch elektrische Gef hrdung auszuw hlen Weiterhin sei auf die spezielle Problematik der Detektion von versagenden lithium haltigen Batterien sowohl vor dem Brandstadium als auch bei Brandentstehung mit Freisetzung von Stoffen und Zersetzungsprodukten hingewiesen die schwerer als Luft z B Elektrolytd mpfe oder leichter als Luft sind z B Kohlenmonoxid Fluor wasserstoff Hier sei insbesondere auch auf die Gef hrdung von schlafenden Personen hinge wiesen Beim Versagen freiwerdende schwere Elektrolytd mpfe k nnen sich vor der Entz ndung im Bodenbereich sammeln und quasi einen z ndf higen See bilden der zun chst nicht von optischen Rauchmeldern an der Decke detektiert wird Das Auf laden von z B Smartphone oder E Bike Batterien im Wohngeb ude oder Hotelzim mer ber Nacht ist daher aus Sicherheitsgr nden zu berdenken In den vorliegenden Untersuchungen wurde eine Recherche zu Brandbek mp fungsma nahmen mit dem Einsatz von verschiedenen L schmitteln und L schme thoden Wasser L schgase Sand etc bei Lithium lIonen Batterien und Lithium Metall Batterien durchgef hrt Zusammenfassung 181 Wie die Literaturuntersuchungen gezeigt haben ist im Brandfall der Einsatz von Wasser geeignet zur Brandbek mpfung durch die Feuerwehreinsatzkr fte unt
118. enennnneennenenenpeneenneneenneneennenenennenenennenenennenenennenenennenenennenenennenenennoennenenennenenenneneneneneneneneneenenenenenenennenenenenenenenenenenenenenenenenenenenenenenenenenenennenenenenenenenenenenenennenenennenenenenenenenenenenenenenenenenenenenenennenenen Boeing 787 12013 1 12013 2 http de wikipedia org wiki Boeing_787 sowie Possible Solutions for the Battery Problem on the Boe ing 787 http batteryuniversity com learn article possible_soluti ons_for_the_battery_problem_on_the_boeing_787 port on the serious incident to Boeing B787 8 ET AOP London Heathrow Airport 12 July 2013 Air Accidents Investigation Branch Aircraft Accident Report 2 2015 Department for Transport Air Accidents Investigation Branch Hampshire 2015 a KIT CompetenceE 12014 Gr ter deutscher Solar Speicher Park Karlsruher Institut f r Technologie KIT Competence E SolarWatt Kostal Solar Electric Karlsruhe 2014 a nanannnanannnnnnnnnnnnn nenn anna nnnnnnnennnnnnnnnnnnn E hannnnnennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnannnnnnnennnnnnnnnnnnnene Denios 12015 DENIOS direct GmbH Bad Oeynhausen 2015 http www denios de technik sicherheitsraeume technikcontainer li ionen batteriepruefraeume und lagerung Tr er Tre KE TEC GmbH Weixler R Betzigau 2014 http www ke tec com E nennen nenne nnennnnnnnnnnnnnnnnnnnnne nenne nndpunnnernnnn nenne nenne nnennnn
119. er die mit Genehmigung der zust ndigen Beh rde nach Sonderbestimmung A88 oder A99 versandt werden Dieses Verbot gilt nicht f r Lithium Metall Zellen und Batterien UN 3090 versandt in bereinstimmung mit Teil Il der VA 968 abgedeckt durch die Bestimmungen f r gef hrliche G ter die durch Passagie re und Besatzungsmitglieder bef rdert werden siehe Tabelle 2 3 A bergeben als Air France Dienstfracht COMAT Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 78 F r den Transport von Lithium Batterien und Lithium lonen Batterien im Gep ck fin det man bei Air France z B folgende Angaben in Tabelle 3 6 Air France 2015 Tabelle 3 6 Transport von Lithium lonen Batterien im Gep ck Air France 2015 Leistung R Aufgegebenes Wh Beispiel Konfiguration Handgep ck Gep ck Elektronische Im Ger t befindliche lt 100 Wh Gebrauchsg ter mit kleinen Batterien Akkus Lithiumbatterien oder Akkus Audio Player Taschenrechner Kameras Ersatzbatterien Ersatzakkus Fotoapparate Handys Laptops Tablets kleine tragbare Elektrowerkzeuge u Elektronische Ger te f r Im Ger t befindliche Akkus gt 100 Wh den professionellen und Gebrauch mit Lithium lt 160 Wh Akkus mittlerer Leistungsf higkeit Videokameras gro e tragbare Elektrowerkzeuge u Gro e Batterien f r Industrieger te Fahrzeuge Mobilit tshilfen u Ersatzakkus
120. er Be achtung bestimmter Randbedingungen z B Mindestabst nde beim L schen gem DIN VDE 0132 und evtl Bildung von Wasserstoff bzw Knallgas Dabei muss ber cksichtigt werden dass eine direkte K hlung eingebauter Batterien z B in einem Fahrzeug nicht m glich ist Dies f hrt ggf zu einer Erh hung des Was serbedarfs Der Einsatz geeigneter Additive kann hier helfen den Wasserbedarf zu reduzieren und den L scherfolg zu beschleunigen Bei der Brandbek mpfung ist darauf zu achten wohin das kontaminierte L schwas ser flie t Bei Br nden werden verbrannte oder unverbrannte Stoffe und Pyrolyse produkte freigesetzt die mit dem L schwasser weggesp lt werden und das Oberfl chen oder Grundwasser sch digen bzw die Kl ranlagen berlasten Eine wichtige Aufgabe des Einsatzleiters beim Feuerwehreinsatz besteht darin den Abfluss des L schwassers zu kontrollieren und ggf notwendige Schutzma nahmen zu ergreifen um das L schwasser aufzufangen und einer Entsorgung zuzuf hren In der vorliegenden Arbeit wird weiterhin auf Versuche der Forschungsstelle f r Brandschutztechnik mit Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien einge gangen Hierbei wurde ein Versuchsstand zur Untersuchung der Brand und Rauch ausbreitung bei der thermischen Beanspruchung von kleinen Lithium lonen Batterien Zellen und Lithium Metall Batterien sowohl in normaler Luftatmosph re als auch in reduzierter Sauerstoffatmosph re sowie zur Unt
121. er Lithium Ionen Batterie z B durch elektroni sche Lasten besteht ggf die Gefahr dass die Batterie berhitzen kann und unsicher wird Das gr te Problem d rfte aber sein dass z B Autobatterien eine solche Ent ladung erlauben m ssen Das BMS d rfte bei den meisten Unf llen seine Schutz schalter innerhalb des Batteriegeh uses ffnen und ein externes Entladen dann gar nicht mehr erm glichen Eine Entladung w re dann evtl nur noch m glich wenn in die Batteriesteuerung eingriffen wird Kaiser J 2 2015 Man erkennt hierbei unmittelbar die Problematik f r Feuerwehreinsatz und Rettungskr fte beim Einsatz an verunfallten Fahrzeugen mit Lithium lonen Batterien Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 62 2 3 5 Gef lschte Lithium Ionen Batterien und Ladeger te Canon 2014 f hrt auf seiner Internet Seite einen Warnhinweis zu gef lschten Li thium Ionen Batterien und Ladeger ten auf siehe Tabelle 2 21 Gef lschte Lithium Ionen Akkus und Akku Ladeger te werden oft im Internet ange boten In vielen F llen sind die Produkte nicht mit den entsprechen Sicherheits elementen gem den geltenden Qualit tsstandards der Original Hersteller ausge r stet Aus diesem Grund kann es beim Gebrauch bzw Laden zu verschiedenen Problemen kommen Tabelle 2 21 Warnhinweis zu gef lschten Lithium lonen Batterien und Ladeger ten Canon 2014 Die Warnung betri
122. erden Kaiser J et al 2015 Die bei vielen Zelltypen vorliegende Obergrenze der Temperatur von 60 C kann z B bei st rkerer Sonneneinstrahlung auf Dachb den in Verbindung mit der Abw rme anderer berschritten werden Hierbei ist der Einsatz einer ausfallsicheren K hlung des Speichers zu berdenken Kaiser J et al 2015 Aufgrund des Einsatzes solcher Speichersysteme in engen geschlossenen Keller r umen und Dachgeschossen sind im Vergleich zu Elektrofahrzeugen auf der Stra e niedrigere Hazard Level nach EUCAR von maximal 2 No leakage no venting no fire no flame anzustreben Kaiser J et al 2015 Nach Kaiser J et al 2015 stellt die Verwendung station rer Speichersysteme ber eine Dauer von 10 bis 20 oder sogar mehr Jahren hohe Anforderungen an s mtliche Systemkomponenten Die elektronischen berwachungs und Steuer funktionen m ssen zu jedem Zeitpunkt zuverl ssig funktionieren Kaiser J et al 2015 Ein Batteriemanagementsystem BMS ist unbedingt erforderlich um den Ladezu stand Str me Spannungen und Temperaturen jeder einzelnen Zelle selten oder blicherweise nur an einigen kritischen Messpunkten im System zu ermitteln und zu pr fen Es stellt sicher dass bei alternden Zellen und auseinander driftender Zellka pazit ten und Innenwiederst nden der Speicher in Summe immer noch optimal ge nutzt werden kann Bei Auftreten von St rungen oder sicherheitsrelevanten Fehlern im Batteri
123. ere Knopfzellen mit niedrigen Anforderungen an Zyklen stabilit t und Schnellladef higkeit e Problematisch Bildung von Lithium Dentriden e Toxizit t und Wassergef hrdung o wassergef hrdend WGK 2 o verursacht schwere Ver tzungen der Haut und schwere Augensch den Lithium Interkalationsverbindung e Lithium Ionen werden reversibel in eine feste Wirts Li1 Ce matrix Graphit fr her amorpher Kohlenstoff einge lagert o theoretisch kann ein Lithiumatom pro C6 Formeleinheit des Kohlenstoffs eingelagert wer den o Graphit dehnt sich bei diesem Vorgang um 10 seines Volumens aus W hrend der Auslage rung der Lithium Ionen erlangt das Graphit sein urspr ngliches Volumen zur ck e Graphit ist sicherer als metallisches Lithium allerdings besteht die Gefahr dass sich besonders bei hohen Str men ebenfalls dendritische Lithiumpartikel bilden Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 19 die zum internen Kurzschluss und thermischen Zer setzung der Zelle f hren k nnen gute Zyklenstabilit t Toxizit t und Wassergef hrdung o in fester Form unbedenklich o als Feinstaub und Nano Partikel bedenklich Lithium Titanat Li4TisO12 extrem hohe Zyklenzahlen keine Volumen nderung zwischen der lithiierten und unlithiierten Ausf hrung h here Sicherheit gegen ber berladung Tiefentla dung mechanische Besch digung oder Kurzschluss geringere Ene
124. erial zwischen 3 4 V und 4 V Jossen A Weydanz W 2006 Die einzelnen Zellen werden elektrisch in Zellmodulen zusammengefasst Mehrere Zellmodule werden dann in Geh usen unterschiedlicher Formen zu gr e ren Batterien z B f r Elektrowerkzeuge Elektrofahrzeuge zusammengeschaltet Wie Lithium lonen Batterien in einem Fahrzeug integriert werden k nnen kann man z B den Videos auf Youtube zur BMW i3 Produktion BMW 13 2013 entnehmen Tabelle 2 4 enth lt Angaben zur technischen Stromrichtung und dem Laden und Ent laden von Lithium lIonen Batterien Tabelle 2 4 Technische Stromrichtung und Richtung der Elektronenbewegung Springer G 1989 Laden und Entladen von Lithium Ionen Batterien Jossen A Weydanz W 2006 Festlegung historisch bedingt Technische Stromrichtung Die Richtung des Stromes in dem Teil des Stromkreises der au erhalb der Stromquelle liegt u erer Stromkreis Verbraucher geht vom Pluspol Kathode zum Minuspol Anode Richtung der Elektronenbewegung Im Verbraucher bewegen sich die freien Elektronen vom Minuspol zum Pluspol Anode und Kathode entsprechen bei Batterien und Akkumulatoren unabh ngig von der Richtung des tats chlich flie enden Stroms immer dem Fall der Entladung Die Anode ist also die negative Elektrode die Kathode die positive Elektrode Laden von Lithium lIonen Batterien Lithium Ionen wandern von der Kathode positive Elektrode durch den lo nenleiter
125. erie 10 kWh 1kWh 1250 1501 1 kWh 36 MJ Fahrzeug Batterie 200 kWh 20 kWh 12500 300 20 kWh 720 MJ Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 37 Bemerkung Die gespeicherte Energie in Wattstunden Wh kann durch Division durch die Spannung in Volt in die Einheit Ah umgerechnet werden Beispiel Batterie 10 Wh und 7 2 Volt gt 10 Wh 7 2 V ca 1 4 Ah bzw 1 400 mAh Zur Veranschaulichung dieser Energiemengen in Tabelle 2 13 berechnen Groi R Jossen A 2010 die Schmelzenergien verschiedener Stoffe siehe Tabelle 2 14 Tabelle 2 14 Schmelzenergieinhalt verschiedener Lithium Ionen Zellen und Batterien Groi R Jossen A 2010 Pr fling Eisen Aluminium Quarzsand 18650 Zelle 2 2 Ah 380 g 390 g 100g Powertool Pack aus 20 g 6 6 kg 6 7 kg 1 8 kg St ck 18650 Zellen Coffee Bag Zelle 40 Ah 6kg 6 2 kg 1 6 kg Hybrid Batterie 1 kWh 38 kg 39 kg 10 2 kg Fahrzeug Batterie 20kWh 76 kg 78kg 21kg Tabelle 2 15 zeigt die Energieinhalte unterschiedlicher Komponenten von Lithium lonen Zellen ohne Ber cksichtigung des Kathodenmaterials pro Ah Zellkapazit t Groi R Jossen A 2010 Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 38 Tabelle 2 15 Energieinhalte unterschiedlicher Komponenten von Lithium lonen Zellen ohne Ber cksichtigung des Kathodenmaterial
126. ernet de bundesrecht battg gesamt pdf E Tr Ta ee 113 RAPEX Rapid Alert System for dangerous non food products 2015 http www baua de de Produktsicherheit Produktinform ationen RAPEX html M http ec europa eu consumers safety rapex alerts main index cfm event main listNotifications 14 Baua Liste der Produktr ckrufe und Produktwarnungen 2015 Warnungen und R ckrufe von Produkten im Geltungs bereich des Produktsicherheitsgesetzes Bundesanstalt f r Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin BAuA Dortmund 2015 http www baua de de Produktsicherheit Produktinform ationen Produktrueckrufliste html e a 115 Lufthansa Handgep ck bei Lufthansa 2015 Frankfurt Main 2015 http www lufthansa com de de Handgepaeck A16 Air France Mitnahme von Lithiumbatterien und Lithium Akkus 2015 Paris Frankfurt am Main 2015 http www airfrance fr common image pdf de Bagages _batterie_lithium_de pdf i 1417 Anonym Amtlich anerkannter Pr fingenieur f r Lithium Ionen 2015 Batterien pers nliches Gespr ch mit dem Autor dieses Forschungsberichtes Karlsruhe 2015 Literaturverzeichnis 198 RENATE n1Y RERERSNERNER SEEN M 120 A T 1214 Perasa aa E 7122 2013 S OAE OE VEREINE E S ESAE Schmiegel A U 2014 pv magazine Deutschland Solarpraxis AG Berlin TAS E TENIEN ASIEN REN Fleischhammer M Interactio
127. ersuchung der L schwirksamkeit verschiedener L schmittel errichtet Des Weiteren werden an der Forschungsstelle f r Brandschutztechnik seit einigen Jahren Versuche an Lithium lIonen Batterien f r Elektrofahrzeuge zur Pr fung der Feuerwiderstandsf higkeit u a nach ECE R 100 durchgef hrt Literaturverzeichnis 182 8 Literaturverzeichnis Jossen A Weydanz W Moderne Akkumulatoren richtig einsetzen Inge Reichardt Verlag Untermeitingen 2006 Handbuch Lithium Ionen Batterien Springer Verlag Berlin Heidelberg 2013 ee ee Te ee Jossen A Phan T B Svoboda V A Groi R Jossen A 201 0 Tiefentladung von Batterien Ursachen Mechanis men Lebensdauereinfluss Zentrum f r Sonnen energie und Wasserstoff Forschung Baden W rttemberg Ulm Jahr http www mikrocontroller net attachment 34643 Tiefe ntladung pdf 14 Groi R Jossen Sicherheitsaspekte beim Testen von Lithium Ionen Batterien Entwicklerforum Batterien und Ladekonzept M nchen 2010 http www basytec de Literatur 2010_Sicherheit_Teste M n pdf LFS BW Jo B ZSW D ring H 2011 Einsatzhinweise f r Elektrofahrzeuge Landesfeuerwehrschule Baden W rttemberg Zentrum f r Sonnenenergie und Wasserstoff Forschung Baden W rttemberg ZSW Bruchsal Ulm 2011 http Ifs bw de Fachthemen Einsatztaktik fuehrung Sonstiges Documents Lithiumlonen
128. esene Personen d rfen eigenverantwortlich keine Arbei ten an elektrischen Anlagen und Betriebsmitteln ausf hren Sie d rfen nur die Ar beiten ausf hren f r die sie eine fachgerechte Einweisung erhalten haben Bei diesen Arbeiten m ssen sie die vermittelten Ma nahmen und Verhaltensregeln anwenden Elektrotechnische Arbeiten d rfen grunds tzlich nur unter Leitung und Aufsicht einer Elektrofachkraft durchgef hrt werden e Zu den Unternehmerpflichten z hlen beispielsweise o Gef hrdungsbeurteilung erstellen und Schutzma nahmen festlegen o Sicherstellen dass nur ausreichend qualifizierte Mitarbeiter Arbeiten an HV Systemen von Fahrzeugen durchf hren o Erstellen von Arbeitsanweisungen beim Umgang mit HV Systemen o Organisation des elektrotechnischen Fachbereiches o Festlegen des Aufgaben und Kompetenzbereiches der Mitarbeiter je nach Art der durchzuf hrenden T tigkeiten e Bestimmte Unternehmerpflichten k nnen auf betriebliche Vorgesetzte bertragen werden Dies kann durch Einzelauftrag oder arbeitsplatzbezogen z B durch Stel lenbeschreibung erfolgen e Die Qualifizierung z B f r Arbeiten in Entwicklung und Fertigung Inhalte und zeit licher Umfang ist gef hrdungsorientiert in Abh ngigkeit von den durchzuf hren den Arbeiten in drei Abstufungen festgelegt Die Qualifizierung ist mit einem Nachweis der erworbenen F higkeiten und Kenntnisse durch eine theoretische und praktische Pr fung abzuschlie en Der Leistungsnachw
129. esystem kann das BMS die Batterie vom brigen System trennen Kaiser J et al 2015 Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 132 M ssen Komponenten ersetzt werden stellt sich bei den erw hnten Lebensdauern die Frage nach der Kompatibilit t der Hardware Erstens sollten nur Originalteile oder vom Hersteller zertifizierte von Drittanbietern zugelassen werden Zweitens besteht die Gefahr dass Hardwarehersteller vom Markt verschwinden oder die Produktion einzelner Bauteile ersatzlos einstellen und kein Ersatz geliefert werden kann Stan dardisierung von Hardware kann in diesem Fall helfen ist aber zum heutigen Zeit punkt noch nicht erkennbar Kaiser J et al 2015 Kaiser J et al 72015 geht auch auf die Thematik Isolation ein Das Au engeh use muss stets spannunggsfrei sein Sollte es zu einer Flutung des Speichers aufgrund eines Rohrbruchs wegen Hochwassers oder auch L schwasser kommen sind ent sprechende Vorkehrungen zu treffen Bei Eindringen von Wasser besteht die Gefahr des Kurzschlusses der Tiefentladung und ggf Knallgasbildung Das Gesamtsystem muss einen sicheren Betrieb auch bei Ausfall von mehr als einer Komponente garantieren k nnen Kaiser J et al 2015 Nach Kaiser J et al 2015 w re auch zu berdenken zumindest gr ere Batterie speichersysteme aus Sicherheitsgr nden als elektrischen Anlagen in eigenen Be triebsr umen mit entsprechenden Ke
130. ezifisch schwe ren Bestandteile besondere Anforderungen an die L ftungstechnik Bei spezifisch schweren Gasen muss im Bodenbereich des Lagers mit Zuluft von oben und bei spezifisch leichten Gasen muss im Dachbereich mit Zuluft von unten abgesaugt werden Die Abluft Zuluft muss umschaltbar sein Problematisch ist dass nicht am Entstehungsort direkt abgesaugt werden kann son dern ggf nur im Boden oder im Dachbereich Hierdurch werden die Schadstoffe un g nstigsten Falls durch das gesamte Lager mit entsprechenden Ablagerungen und Kontaminationen gesaugt Durch eine entsprechende Bildung von Brandabschnitten kann dieses Risiko verrin gert werden Wie bereits erw hnt ist zumindest in der Anfangsphase der Produktion mit einer gro en Anzahl von defekten Zellen zu rechnen Werden diese Zellen nicht hinrei chend schnell zur Ungewissheit ber die Dynamik des Schadensablaufes siehe oben aus dem Lager entfernt ist mit einer gro fl chigen Kontamination des Lagers mit entsprechenden Betriebsausfallzeiten zu rechnen Nur eine schnelle Entfernung von schadhaften und ggf brennenden Zellen aus dem Regal in gesicherte Bereiche kann eine Kontamination der brigen Lagerbest nde verringern Der Transport von brennenden Zellen mit den Lagerbedienger ten in gesicherte Be reiche f hrt ggf zu einer weiteren Verwirbelung und Verteilung korrosiver und toxi scher Produkte im Lager Hierbei ist auch ganz entscheidend wie viele Zellen a
131. f 16 Lambotte S Neue Brandgefahr im Betrieb Lithiumbatterien und 2012 akkumulatoren Technische Sicherheit Bd 2 Nr 9 2012 S 10 13 17 B W GDV et al Einsatz an station ren Lithium Solarstromspeichern 2014 Merkblatt f r Einsatzkr fte Bergische Universit t Wuppertal Fachgebiet Sicher heitstechnik Abwehrender Brandschutz Bundesver band Solarwirtschaft e V BSW Solar Deutsche Ge sellschaft f r Sonnenenergie e V DGS Deutscher Feuerwehrverband e V DFV Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung Fachbereich Feuerwehren Hilfe leistungen Brandschutz DGUV Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e V GDV Verei nigung zur F rderung des Deutschen Brandschutzes e V Referat 5 vfdb 1 Auflage 2014 http www solarwirtschaft de fileadmin media pdf BSW _Merkbl_A5_2014 ohnePasser pdf 18 BSW KIT et al Sicherheitsleitfaden Li Ionen Hausspeicher Bundes 2014 verband Solarwirtschaft BSW Bundesverband Ener giespeicher StoREgio Energiespeichersysteme e V Deutsche Gesellschaft f r Sonnenenergie ZVEH TUV Rheinland VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e V CETECOM ICT Services GmbH Karlsruher Institut f r Technologie KIT und ZVEI Zentralverband Elektrotechnik und Elektronik industrie e V Stand Version 1 0 Ausgabe 11 2014 http www competence e kit edu img Sicherheitsl
132. f rderung gef hrlicher G ter auf der Stra e mit Eisenbahnen und auf Binnengew ssern Gefahrgutverordnung Stra e Eisenbahn und Binnen schifffahrt GGVSEB 2015 Der Versender von Lithiumbatterien bzw zellen muss sich vorab im Klaren sein durch welche Verkehrstr ger seine Sendung bef rdert werden wird Amereller 2014 Nach Amereller 2014 besteht z B auch beim rein innerdeutschen Briefversand mit der Deutschen Post AG die M glichkeit dass die Sendung nicht nur auf der Stra e sondern auch in der Luft bef rdert wird Die Deutsche Post AG betreibt nach kurzer Auszeit wieder ein Nachluftpostnetz um eine Briefzustellung regelm ig am n chs ten Werktag nach Aufgabe gew hrleisten zu k nnen Dabei werden Briefsendungen Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 67 jeweils nachts ab 24 Uhr von mehreren zentralen Flugh fen aus per Flugzeug quer durch Deutschland transportiert so dass vom Versender zus tzlich zu den Vorschrif ten des ADR ADR 2015 2014 auch die Vorgaben nach IATA DGR 8 IATA 1 2015 bzw ICAO TI ICAO 2015 zu beachten sind Hierbei muss der Versender dann sicherstellen dass er in gefahrgutrechtlicher Hinsicht sowohl die Anforderun gen f r den Verkehrstr ger Stra e als auch f r den Verkehrstr ger Luft ausreichend erf llt Amereller 2014 Nach Amereller 2014 droht bei einem Versto gegen gefahrgutrechtliche Vor schriften des Verkehrs und Transp
133. fft die folgenden Canon Produktgruppen e Digitalkameras Digitale Spiegelreflexkameras e Digitalcamcorder Wir m chten unsere Kunden nochmals eindringlich darauf hinweisen dass ge f lschte Lithium lonen Akkus und Akku Ladeger te f r Canon Digitalkameras digi tale Spiegelreflexkameras und Digitalcamcorder im Markt vor allem in Internet Auktionen angeboten werden In vielen F llen sind die Produkte nicht mit den entsprechenden Sicherheits elementen gem den geltenden Qualit tsstandards ausger stet Aus diesem Grund kann es beim Gebrauch bzw Laden zu verschiedenen Problemen kommen zum Beispiel e Produkt Fehlfunktion e Ungew hnlich hohe W rmeentwicklung Bersten und Auslaufen der Batteriefl ssigkeit Explosion oder Feuer e Verletzungen z B Verbrennungen oder Erblinden Canon r t seinen Kunden ausdr cklich vom Erwerb im Gesch ft oder online bzw Gebrauch gef lschter Produkte ab Canon haftet nicht f r Fehlfunktionen oder Unf lle die durch den Gebrauch von nicht originalen einschlie lich gef lschter Produkte Canon Lithium lonen Akkus und Akku Ladeger ten entstehen Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 63 Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithi umhaltigen Batterien 3 1 Transportvorschriften Stra en Schienen Luft Seeverkehr Bin nenschifffahrt Klassifizierung von Lithium Metall sowie Lithium Ionen Zellen un
134. g benachbarter Zellen bzw Batterien oder Ent z ndung benachbarter Brandlast auswirkt Der Einsatz des L schmittel Wassers ggf unter Verwendung von Zus tzen ist nach Angaben von Herstellern von Lithium lonen Batterien geeignet siehe Tabelle 5 2 Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 82 Zum Schutz eines Lagers ist ein Schutz durch Deckenspr hd sen Deckenspr hk p fe oder Deckensprinkler aufgrund der vorgesehenen Ladungstr ger mit relativ dichter Anordnung nur bedingt m glich da diese keine ausreichende Wasserbeauf schlagung in den verdeckten Bereichen im Lager gew hrleisten Bei einer L schanlage m ssen m glichst kleine L schsektionen gebildet werden die eine zielgenaue Brandbek mpfung zur Verringerung von Wassersch den erm gli chen Nach derzeitiger Einsch tzung k nnen f r detailliertere Aussagen hierzu nur Versu che im Realma stab weiterhelfen um belastbare Aussagen zur L scheffektivit t und erforderlichen L schwasserr ckhaltung machen zu k nnen Aufgrund des vorgenannten Sachverhalts ist eine genaue rtliche Detektion des Brandes im Lager erforderlich um eine zielgenaue Vorortbrandbek mpfung z B durch eine schnelle Werkfeuerwehr zur Steuerung einer halbstation ren L schanla ge in der Anfangsphase oder automatisch einleiten zu k nnen Die zielgenaue Branddetektion wird durch die Ventilationsbedingungen im Lager z B auch das Fahren von Regalbedienger ten
135. gang mit sukzessiver Steigerung der Stromst rke mit jedem Ladezyklus dar Korthauer R et al 2013 An dieser Stelle soll auf eine weitere Besonderheit bei Lithium Ionen Batterien hin gewiesen werden Nach Korthauer R et al 72013 reagiert beim erstmaligen Laden des Akkus das Graphit mit dem Elektrolyt und bildet dabei auf der Graphit Oberfl che eine best ndige Schutzschicht welches als SEI Filmbildung Solid Electrolyte Interface bezeichnet wird Diese Schutzschicht ist gekennzeichnet durch folgende Vorg nge und Eigenschaften Korthauer R et al 2013 e Durch die SEI Filmbildung wird Lithium verbraucht das dann nicht mehr f r die Zyklisierung zur Verf gung steht e Diese Schicht sch tzt das Aktivmaterial vor dem direkten Kontakt mit dem Elektro Iyten K me dieser in direkten Kontakt mit dem Aktivmaterial w rden sich Teile des Elektrolyten zersetzen e Die SEI Schicht sollte eigentlich weitere Nebenreaktionen verhindern Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 47 Dennoch finden ber die gesamte Lebensdauer des Akkus solche Nebenreaktio nen statt was deren sowohl zyklische als auch kalendarische Lebensdauer ver k rzt e Bereits ein geringf giger Design oder Ladefehler kann die Abscheidung von me tallischem Lithium auf der Elektrodenoberfl che zur Folge haben e Geringe Mengen von metallischem Lithium steigern die Reaktivit t der Graphit
136. gen elektrischen Schlag Kurzschl sse und St rlichtb gen durchge f hrt sind e Bei Arbeiten an HV Systemen m ssen folgende Regeln angewendet werden Regel 1 Freischalten e Z ndung ausschalten e Service Wartungsstecker abziehen bzw Batterie Hauptschalter ausschalten e Sicherungen ziehen e Stecker f r Interlock Pilot berwachungskreis ziehen e Verbindung zum station ren Netz z B Ladestecker trennen Regel 2 Gegen Wiedereinschalten sichern e Z ndschl ssel abziehen und gegen unbefugten Zugriff gesichert aufbewah ren e Service Wartungsstecker gegen unbefugten Zugriff gesichert aufbewahren bzw Batterie Hauptschalter z B durch abschlie bare Abdeckkappe oder Schloss gegen Wiedereinschalten sichern e Weitere betriebsinterne Festlegungen und Vorgaben des Herstellers beach ten Regel 3 Spannunggsfreiheit feststellen e Selbst bei abgeschalteter HV Spannung k nnen noch Restladungen z B Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 100 Zwischenkreisspannung vorhanden sein Verantwortung e Die erste und oberste Pflicht zur Unfallverh tung im Betrieb liegt immer beim Un ternehmer e Der Unternehmer hat daf r zu sorgen dass elektrische Anlagen und Betriebsmit tel nur von einer Elektrofachkraft oder unter Leitung und Aufsicht einer Elektro fachkraft den elektrotechnischen Regeln entsprechend errichtet ge ndert und in stand gehalten werden e Elektrotechnisch unterwi
137. gesch tzt sind oder es der Hersteller ausdr cklich zugelassen hat i Ein W rmestau durch das Laden von Batterien in zu kleinen Boxen bzw F chern oder durch abgedeckte Batterien oder Ladeger te ist zu vermeiden j Um eine berlastung zu vermeiden d rfen Ladeger te nicht an Mehrfachsteck Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 122 dosen betrieben werden k Ladeger te und Batterien d rfen nicht in der N he von und nicht auf brennbaren Materialien betrieben werden l Batterien d rfen nicht in der N he brennbarer Materialien gelagert werden m Werden Pedelecs f r einen l ngeren Zeitraum nicht benutzt z B im Winter ist zur Vermeidung einer Tiefentladung f r eine Erhaltungsladung bzw St tzladung der Batterie zu sorgen n Bei dem Transport des Pedelecs auf dem Auto kann bei entsprechender Witte rungslage das Risiko bestehen das aufgrund der hohen Geschwindigkeit Feuch tigkeit in die Batterie eindringt deshalb sollten die Batterien entfernt werden und gesch tzt vor z B Kurzschluss Feuchtigkeit St en transportiert werden Her stellerempfehlung beachten o Es wird empfohlen nur zertifizierte Batterien zu verwenden z B nach dem BATSO Standard BATSO 2015 p Batterien und Ladeger te d rfen nicht zweckentfremdet verwendet werden Nach Auskunft von Anonym 2015 im pers nlichen Gespr ch mit dem Autor dieses Forschungsberichtes treten immer mehr S
138. h stromladeeinrichtungen empfohlen e Nach DIN VDE 0100 722 2012 wird eine berspannungsschutzeinrichtung im versorgenden Stromkreis empfohlen Beim induktiven Laden DKE 2013 dessen Marktreife f r die n chsten Jahre er wartet wird ist das induktive oder kabellose Laden Beim induktiven Laden erfolgt die Energie bertragung ber einen Luftspalt zwischen zwei sich gegen berliegenden Spulen Es wird daher keine Kabelverbindung ben tigt um die Verbindung des Fahr zeugs mit der Ladeinfrastruktur herzustellen Dadurch kann beim induktiven Laden der Ladevorgang nahezu ohne Einwirkung des Nutzers automatisch erfolgen Der Luftspalt kann 150 mm und mehr betragen Bei der Ladestation von Elektrofahrzeu Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 117 gen ist die Prim rspule in der Stellfl che integriert Die Sekund rspule befindet sich an der Unterseite des Fahrzeugbodens Idealerweise wird das Fahrzeug so positio niert dass sich die beiden Spulen direkt gegen ber stehen Das gesamte Ladesys tem besteht aus dem station ren Teil der mit dem Stromnetz verbunden ist und dem mobilen Teil im Fahrzeug das mit der zu ladenden Batterie verbunden ist Die bei den Teile der Ladestation sind daher mechanisch getrennt und arbeiten physikalisch nur ber das Magnetfeld zwischen den Spulen und kommunizieren beispielsweise ber eine WLAN Verbindung miteinander N here Details zum Induk
139. h ltnis zu trockener Luft 20 C 1 013 bar 1 0 relative Gasdichte Dichteverh ltnis zu trockener Luft bei gleicher Temperatur und gleichem Druck 3 52 e Toxizit t und Wassergef hrdung o Verursacht schwere Augenreizung o schwach wassergef hrdend WGK 1 Lithium Trifluoromethansulfonat CF3SO Li e fest Toxizit t und Wassergef hrdung o tzend Thionylchlorid SOCI fl ssig Dichte 1 64 g cm 20 C relative Gasdichte im Verh ltnis zu trockener Luft 4 11 Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 10 relative Dichte des Dampf Luft Gemisches 20 C Normaldruck 1 40 nicht brennbar e Oxidationsmittel e zersetzt sich in Wasser mit heftiger Reaktion e zerf llt beim Erhitzen und bei Belichtung e Toxizit t und Wassergef hrdung o giftig o D mpfe wirken schon bei gro er Verd nnung er stickend Positive Elektrode Kathode unterschiedliche Oxidationsmittel und Stoffe z B Mangandioxid MnO e fest e brandf rdernd oxidierender Stoff e unl slich in Wasser e Toxizit t und Wassergef hrdung o gesundheitssch dlich o lokale Reizwirkung im Atemtrakt Graphit e fest e brennbar e Toxizit t und Wassergef hrdung o In fester Form unbedenklich o Als Feinstaub und Nano Partikel bedenklich o keine Wassergef hrdung In der Zusammenstellung in Tabelle 2 3 wird detaillierter auf das in metallis
140. h dann wenn eine oder mehrere Zellen die vom Herstel ler vorgegebenen sicheren Betriebsfenster verlassen haben und nicht deakti viert werden k nnen Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 42 Nach BSW KIT et al 2014 geh rt die Auswahl der Lithium lonen Zellen die zu Batteriesystemen verbaut werden zu den wichtigsten Kriterien bei der Komponen tenwahl des Batterieherstellers e Zellbesch digungen und Br nde die durch u ere Einfl sse auf die Zelle z B Fehlbetrieb entstehen k nnen durch gute Batteriekonstruktion entsprechende Betriebsweise und Schutzelemente vermieden werden e Probleme innerhalb von Zellen die durch mangelnde Herstellungs und oder Ma terialqualit t ggf zus tzlich bauartbedingt verursacht werden k nnen durch Si cherheitsmechanismen au erhalb der Zellen kaum bis gar nicht einged mmt werden e Neben hochwertigen und gut aufeinander abgestimmten Elektrodenmaterialien mit hohem Reinheitsgrad sind auch die Herstellungsmethode und Geh useart entscheidend um m glichst sichere Lithium lonen Zellen zu fertigen Korthauer R et al 2013 geht ebenfalls n her auf Konstruktionskriterien und die sicherheitstechnische Beurteilung ein Einen entscheidenden Einfluss auf die Sicher heit haben die mechanischen Eigenschaften der Batterie wie e Konstruktion des Systems z B Geh use o Uhnterschiedlich brennbare Geh usematerialien Stahlblech E
141. haltende Sofortma nahmen einleiten Die Einsatzkr fte sind auf die zus tzlichen Gefahren hinzuweisen Tabelle 4 5 Brandbek mpfung bei Elektrofahrzeugen nach LFS BW Jo B ZSW D ring H 2011 L schen mit Wasser o Grunds tzlich den Brand zun chst mit Wasser bek mpfen Das L schen mit Wasser hat den gro en Vorteil dass alle gesch digten Zellen deren Geh use offen ist endg ltig durch den Kontakt mit Was ser langsam entladen werden Da Br nde m ssen immer mit sehr gro en Mengen Wasser gel scht werden werden Zellen deren Geh use nicht besch digt ist gut gek hlt und k nnen ggf vor einer Sch digung Explosion bewahrt werden Vermeidung der Kettenreaktion Die Entstehung von Wasserstoff ist zu beachten Wasserstoff kann unter Umst nden mit der Umgebungsluft z ndf hige Gemische bilden und schlagartig abbrennen Wasserstoff Luft Mischungen sind in einem sehr weiten Mischungsver h ltnis z ndf hig 4 bis 77 Vol H in Luft Gestis 2015 und ben ti gen eine sehr niedrige Z ndenergie so dass bereits geringe elektrosta tische Entladungen als Z ndquelle ausreichen Abdecken mit Sand Metallbrandpulver oder hnlichen Substanzen o F hren L schversuche nicht zum gew nschten Erfolg kann alternativ auf Sand oder Metallbrandpulver zur ckgegriffen werden o Das Abdecken mit Sand oder einem Metallbrandpulverl scher entzieht dem Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium
142. he Betriebsr ume Verordnung des Ministeriums f r Verkehr und Infrastruktur ber elektrische Betriebsr ume EltVO Baden W rttemberg EItVO 2012 verwie sen werden Elektrische Betriebsr ume m ssen st ndig so be und entl ftet werden dass die beim Betrieb der Transformatoren und Stromerzeugungsaggregate entstehende Ver lustw rme bei Batterien die Gase wirksam abgef hrt werden Auch hierbei ist die Abf hrung von Stoffen die leichter bzw schwerer als Luft sind zu gew hrleisten Brandszenarien Branddetektion Brandbek mpfung Pers nliche Schutzausr stung L schmittel und L schtechniken 144 5 3 2 Brandbek mpfung Zun chst soll auf L schversuche an Lithium lonen Antriebsbatterien der DEKRA Un fallforschung Egelhaaf M et al 2013 hingewiesen werden die gemeinsam mit der Daimler AG und der Deutschen ACCUmotive GmbH amp CO KG durchgef hrt wurden Tabelle 5 1 enth lt Details zu den durchgef hrten Versuchen Tabelle 5 1 L schversuche an Lithium lIonen Antriebsbatterien Egelhaaf M et al 2013 Versuch 1 L schmittel Wasser Versuchsablauf Lithium lonen Batterie 17 6 kWh 175 kg Geh use aus Karosserieblech SOC 95 entsprechend der Einbaulage im Fahrzeug in speziell gefertigten Gestellen gelagert und ber einer Brennwanne positioniert St tzfeuer Brennwanne mit 45 I n Heptan Brenndauer ca 11 min max 750 C an der Unterseite der Batterie Windeinfluss f hrt z
143. hium Ionen Batterien Rundzellen Typ 18650 Kathode Lithium cobaltoxid Elektrowerkzeug Batteriepacks Kathode Lithium Nickel Mangan cobaltoxid und Polymerzellen Pouch Zellen Kathode Lithiumcobaltoxid e Lagerbest ckung Wellpappe Kartons mit Batteriebest ckung auf Holzpaletten jeweils nur links und rechts des Spaltes zwischen den Regalen ber der Z nd quelle restliche Best ckung Kartons mit nicht brennbarem Inhalt e Z ndquelle Propangasringbrenner Position Zwischen den Regalen in H he Palette der 2 Ebene e Girenztemperatur im Innern der Lagerg ter ab der Versagen ein Versagen der Batterien angenommen wird 180 C Oxidationstemperatur des Elektrolyten und Thermal Runaway e Maximaler konvektiver W rmestrom ca 3 5 MW e Ergebnis Die Lithium lonen Batterien waren nach ca 5 Minuten am Brand geschehen beteiligt Die brandbestimmenden Faktoren waren die Verpa ckung und die Kunststoffteile der Batterien Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 80 Zweite Versuchsserie Untersuchung der Z ndeigenschaften im Lager ohne Lithium lonen Batterien e Regallager L nge 4 9 m Breite 2 3 m H he 4 6 m Deckenh he 9 1 m und 7 6 m e Brandlast bestand nur aus Wellpappkartons mit nicht expandiertem Kunststoff ohne Lithium lonen Batterien e Z ndquelle 2 FM Standard Z nder Zylinderf rmig gewickelte 76 mm 76 mm und mit Benzin 118 ml getr nkte Baumwolle in Plast
144. hiumhaltigen Batterien 87 Tabelle 3 9 enth lt Hinweise zur Lagerung von Lithium Batterien gem VdS 3103 2012 Tabelle 3 9 Hinweise zur Lagerung von Lithium Batterien VdS 3103 2012 Lithium Batterien geringer Leistung Batterien lt 1 kg z B Computer Kleinelektroger te Kleinwerkzeuge Lagerung bei gr eren zusammenh ngenden Lagermengen Volumina ber 7 m oder mehr als 6 Euro Paletten gelten die Hinweise f r Lithium Batterien mittlerer Leistung Lithium Batterien mittlerer Leistung gt 1 kg aber unter 60 V Batteriespannung z B Fahrr der mit elektrischem Hilfsantrieb gr ere Gartenger te diverse Klein fahrzeuge Zellen f r die Fertigung von Batterien hoher Leistung Lagerung e in feuerbest ndig bzw r umlich abgetrennten R umen oder Bereichen z B Ge fahrstofflager container e Mischlagerungen sind nicht zul ssig e L agerbereich ist durch eine geeignete Brandmeldeanlage mit Aufschaltung auf eine st ndig besetzte Stelle zu berwachen e Bei Vorhandensein von Feuerl schanlagen sind die Angaben in Bezug auf ge eignete L schmittel in den jeweiligen Sicherheitsdatenbl ttern zu ber cksichti gen Bei gr eren Lagermengen belegte Fl che gt 60 m und oder Lagerh hen gt 3m gelten die Hinweise f r Lithium Batterien hoher Leistung Lithium Batterien hoher Leistung ab 60 V Batteriespannung z B Elektromobilit t netzunabh ngige Gro ger te Lagerung Denkbare Ma nah
145. hrend des Fahrens mit dem Elektrofahrzeug Betrieb w hrend des Ladens der Batterie im Elektrofahrzeug im Stand Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 45 Sicherheit w hrend der Wartungsarbeiten in der Werkstatt Sicherheit nach einem Unfall des Elektrofahrzeuges o Arbeiten sind nur von einer Elektrofachkraft f r HV Systeme in Kraftfahr zeugen zul ssig e Gefahr durch elektrischen Strom elektrische Sicherheit o Bildung von Kurzschl ssen und Lichtb gen Stromst rken ber 50 mA sind lebensgef hrlich Springer G 1989 o berhitzung und thermisches Durchgehen o siehe auch Angaben bei Gefahr durch elektrische Spannung e Gefahr durch austretende Stoffe chemische Sicherheit o Lithium lonen Zellen sind gasdicht verschlossen so dass im regul ren Be trieb keine Inhaltsstoffe austreten k nnen o Wird das Geh use mechanisch besch digt Fertigungsfehler Crash un sachgem e Behandlung oder durch berdruck in der Zelle aufgrund von berhitzung k nnen giftige und brennbare Stoffe gasf rmig oder in fl ssi ger Form austreten e Gefahr durch Feuer und oder Explosion o Die in Lithium lonen Batterien eingesetzten Materialien sind zum Teil brennbar und leicht entz ndbar BSW KIT et al 2014 Korthauer R et al 2013 Jossen A Phan T B Svoboda V befassen sich ebenfalls mit der Betrachtung der Sicherheit von Li thium lonen Batte
146. hrssicherheit des Transportes sicherzustellen Eine m gliche Gef hrdung durch besch digte HV Komponenten z B Stromschlag oder Brandrisiko durch Energiespeicher ist zu beach ten Nach Angaben in den Einsatzhinweisen f r Elektrofahrzeuge der Landesfeuer wehrschule Baden W rttemberg und des Zentrums f r Sonnenenergie und Wasser stoff Forschung Baden W rttemberg LFS BW Jo B ZSW D ring H 2011 sind die Batterien in Elektro und Hybridfahrzeugen isoliert von Karosserieteilen ein gebaut Bei Besch digung der Isolation z B Crash kann die Isolation durchbrochen werden und Fahrzeugteile unter Spannung stehen Beim Kurzschluss der Batterie bzw der stromf hrenden Kabel und Bauteile kann es zur Ausbildung von Lichtb gen kommen Hierdurch kann es zum Brand der Batterie oder des Fahrzeugs kommen Um diese Gefahr zu verhindern erfolgt in den Fahrzeugen z B beim Crash in der Regel eine allpolige Abschaltung der Batterie und damit eine Freischaltung des Fahrzeuges und der Kabel von elektrischer Spannung Bei einem verungl ckten Elektrofahrzeug wei man nie genau ob die Elektronik die Batterie sicher allpolig abgeschaltet hat Deshalb k nnten die Kabel und Bauteile der Leistungselektronik noch unter Spannung stehen Die spannungsf hrenden Kabel sind orangefarben gekennzeichnet jedoch ist deren genaue Verlegung im Fahrzeug nicht bekannt LFS BW Jo B ZSW D ring H 2011 Nach LFS BW Jo B ZSW D ring
147. icherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 41 2 3 2 Sicherheitstechnische Beurteilung Konstruktionskriterien Schutz und berwachungseinrichtungen In Tabelle 2 16 wird der Begriff Batterie bzw Batteriesystem n her erl utert BSW KIT et al 2014 Tabelle 2 16 Batterie bzw Batteriesystem BSW KIT et al 2014 Definition Batterie bzw Batteriesystem e Vollst ndig eigensichere Einheit aus miteinander verschalteten Zellen und Schutzeinrichtungen e Eigensichere Batterien und Batteriesysteme Im Fehlerfall kann kein unsicherer Zustand auftreten e Ein unsicherer Zustand liegt dann vor wenn Gefahren z B mechanisch che misch thermisch elektrisch f r Personen bestehen k nnen o Unsicherer Zustand Fehler die sowohl von au en z B Kurzschluss extern als auch durch Fehler im System bei bestimmungsgem er oder vorhersagbarer Verwendung z B interner Kurzschluss Ausfall einer Elektronik komponente Defekt des Separators Dendriten Bildung Durch bohrung mit leitendem Objekt verursacht werden k nnen e Zur sicheren Einhaltung der Betriebsfenster Vorgaben des Herstellers zu Spannung Temperatur Strom Lagerbedingungen kann es daher erforderlich sein dass Temperatur und Spannung jeder einzelnen Zelle in einer Batterie berwacht werden e Bei jedem Fehler der zum Verlust der Eigensicherheit f hrt darf das System nicht mehr weiter betrieben werden e Ein Fehler besteht auc
148. iete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 114 Batteriefl ssigkeit kann tzend bzw entz ndlich sein daher nicht ungesch tzt ber hren Hochvolt Batterien k nnen durch ein K ltemittel bzw K hlmittel gek hlt sein das im Besch digungsfall austreten kann Es ist nicht ausgeschlossen dass verunfallte Fahrzeuge mit Hochvolt Batterien auch sp ter noch durch interne Reaktion in Brand geraten k nnen Polizei und Abschleppdienst auf diese Gefahr hinweisen Sonderfall PKW im Wasser Auch bei Wassereintritt in die Hochvolt Batterien besteht keine elektrische Ge f hrdung Ein Wassereintritt in die Batterie kann eine Elektrolyse zur Folge haben Hochvolt Anlage au er Betrieb nehmen wenn m glich Brennender Elektroantrieb Achtung Spannungen bis 1000V Strahlrohrabst nde einhalten z B Wasser Spr hstrahl 1 m Vollstrahl 5 m Hochvolt Batterie mit viel Wasser l schen und auch nach dem L schen noch ausreichend k hlen R ckz ndungsgefahr Es ist nicht ausgeschlossen dass Hochvolt Batterien die nicht unmittelbar vom Brand betroffen waren auch sp ter noch durch interne Reaktionen in Brand ge raten Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 115 4 1 4 Ladestationen f r Elektrostra enfahrzeuge Die Richtlinie VdS 3471 2015 Ladestationen f r Elektrostra enfahrzeuge gibt einen berblick ber die verschiedenen leitungsgebundenen Lad
149. ignifikanter Sch digung der Batterie Keine ungesicherte direkte Parallelschaltung von Zellen ohne Current Interrupt Device CID in jeder Zelle Aktive Stromregelung als Funktion von Zellspannung und Zelltemperatur Metallisches geschlossenes Batteriegeh use alternativ geschlossener Metallbatterieschrank Transport Tests nach UN38 3 f r das Batteriesystem bzw f r ein Batteriemodul Gesamtpunktzahl Wenn die Gesamtpunktzahl kleiner ist als 110 sollte das System detaillierter gepr ft werden Die oben aufgef hrten technischen Merkmale geben nur eine erste grobe Indikation zur Bewer tung der sicherheitsrelevanten Baugruppen Die Sicherheit wird dar ber hinaus durch die Be triebsweise den Aufstellungsort und die Installation beeinflusst und ist in jedem Fall separat zu pr fen Zus tzlich m ssen die geltenden internationalen Normen und Richtlinien IEC DIN EN UN erf llt sein Empfehlenswert ist ebenfalls die Zertifizierung gem Entwurf DIN EN 62619 Karlsruhe KIT 06 201 4 01 KIT Universit t des Landes Baden W rttemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz Gemeinschaft Abbildung 14 Kurz Checkliste f r Lithium lIonen Heimspeicher KIT 2014 Kaiser J et al 2015 Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 134 BUW GDV et al 2014 haben ein Merkblatt f r den Einsatz an station ren Lithium Solarstromspeichern erstellt Die folgende Ta
150. ikt te Propanbrenner e Sprinkler Nennausl setemperatur Schmelzlot 74 C e 1 Vers K Faktor 360 0 46 m unterhalb der Decke 1 7 bar 477 min je Sprink ler Wasserbeaufschlagung 51 mm min e 2 Vers K Faktor 454 0 36 m unterhalb der Decke 5 2 bar 454 l min je Sprink ler Wasserbeaufschlagung 49 mm min e Ausl sung der Sprinkler und Brandausbreitung o 1 Vers 2 Sprinkler nach 1 48 min bzw 2 01 min Brandausbreitung konnte gestoppt werden Schadensausma um die Z ndquelle sowie Temperatur in den Kartons berschritten jedoch die Grenzwerte gt 538 C f r 5 min in den Kartons hier Batteriebrand nach 1 Testreihe o 2 Vers 4 Sprinkler nach 1 38 min bis 1 41 min Brandausbreitung kleiner als bei 1 Vers jedoch permanent Flammen Grenztemperatur in Kartons eben falls berschritten gt 538 C f r 5 min in den Kartons e Ergebnis Ohne Versuche mit richtigen Lithium lonen Batterien kann der wirksame Schutz durch die Sprinkleranlage nicht bewertet werden Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 81 Nachfolgend werden einige Problematiken und Fragestellungen im Zusammenhang mit der Lagerung von lithiumhaltigen Batterien aufgef hrt In einem Lager mit Lithium lonen Batterien ist nach Angaben eines Herstellers von Lithium lonen Batterien im pers nlichen Gespr ch mit dem Autor dieses For schungsberichtes im Brandfall ohne Fremdeinwirkung von au en durch eingebrachte
151. ildung Unmittelbar nach dem Einsatz des BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion wurden Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 36 L schversuche mit Wassernebel aus einer Wasserspr hflasche durchgef hrt Der Spr hsto l schte die Flammen vollst ndig vermutlich durch die starke K hlwirkung bei Wassernebel und oder erstickende Wirkung des Wasserdampfes Zumindest Br nde von Kleinakkus in kleinen Mengen k nnen sehr wirkungsvoll mit Wasser be k mpft werden Nach dem L schen str mten weiterhin D mpfe aus dem Akku Diese entz ndeten sich jedoch trotz weiterer Unterfeuerung nicht Groi R Jossen A 2010 machen Angaben zur freiwerdenden Energie und Gasmenge bei Lithium lonen Batterien Tabelle 2 13 Die Gasmenge kann dabei kurzzeitig durch Temperatureffekte auf etwa das Vierfache Volumen expandieren Dabei sollte sowohl die mittlere Gasfreisetzung als auch der Maximalwert Peak Gas bei Explosion einer Zelle Bersten des Geh uses ber cksichtigt werden Tabelle 2 13 Energieinhalte und freigesetzte Gasmengen beim Versagen von Lithi um Ionen Batterien Groi R Jossen A 2010 Pr fling Elektr Ges Gas Ges Energie Peak Gas Energie menge 18650 Zelle 2 2 Ah 100 Wh 8 7Wh 111 44 360 kJ Powertool Pack aus 1 740 Wh 174Wh 2201 44 20 Stk 18650 6 264 kJ Coffee Bag Zelle 1 600 Wh 160 Wh 2001 40 Ah 5 760 kJ Hybrid Batt
152. ind Derartige Sensoren werden bisher jedoch nicht auf Schiffen eingesetzt Um die Ausbreitung eines Batte riebrandes wirksam zu verhindern ist es erforderlich die Umgebung des Brandes wirkungsvoll zu k hlen Hierf r sind gro e Wassermengen erforderlich Securius P K hler N 2013 In Brandl schversuchen der Feuerwehr stellte sich Wasser als das effektivstes Brandbek mpfungsmittel heraus Der Brand selbst kann mit Wasser zwar nicht ge l scht werden jedoch kann durch den K hleffekt W rmeabtransport verhindert werden dass benachbarte Batteriemodule durch Temperatureintrag von au en in den Thermal Runaway gelangen und Fahrzeugkomponenten in Brand geraten Wei terhin kann hier der Einsatz von Hochdruckwassernebelanlagen sowie von Additiven zum L schwasser sinnvoll sein Securius P K hler N 2013 RoRo sind Schiffe die bewegliche G ter im Roll on Roll off Verfahren transportieren Die Ladung wird hierbei auf das Schiff gefahren 7 RoPax F hren sind RoRo Schiffe mit Passagierkabinen Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 124 Bel allen Br nden besteht nach Securius P K hler N 2013 f r die Erkundungs und Rettungsmannschaften eine besondere Gefahr in den Fahrzeugdecks Daher ist es aus Sicht der an der Studie beteiligten Fachleute wichtig die Besatzungen ber die von einzelnen Fahrzeugtypen ausgehenden Gefahren aufzukl ren Ausbildung und die pers nlich
153. indet man z B bei ZVEI IVG EPTA 2014 In Tabelle 3 11 findet man auch Kriterien zur Diagnose von Lithium lIonen Batterien Tabelle 3 11 Kriterien zur Diagnose von defekten Lithium lonen Batterien ZVEI IVG EPTA 2014 Wenn eine dieser Fragen mit Ja beantwortet wird gelten die Verpackungs und Transportvorschriften f r defekte Batterien e Weisen Batteriezellen ein besch digtes oder stark verformtes Geh use auf e L uft Fl ssigkeit aus e Tritt sonderbarer Gasgeruch auf e Ergibt sich eine messbare Temperaturerh hung im ausgeschalteten Zustand mehr als handwarm e Geschmolzene oder verformte Kunststoffteile e Gieschmolzene Anschlussleitungen e Identifiziert Batteriemanagementsystem falls vorhanden defekte Zellen Nach Kaiser J et al 72014 d rfen Lithium Ionen Batteriesysteme die unter Ver dacht stehen defekt oder besch digt zu sein auf keinen Fall transportiert werden Gef hrdungen wie beispielsweise Gasbildung innerhalb des Batteriegeh uses sind von au en oft nicht zu erkennen Nach M glichkeit sollte ein besch digtes Batterie system von einem fachkundigen Experten langsam entladen und f r mehrere Tage stehen gelassen und beobachtet werden Am besten wendet man sich an den Her steller des Batteriesystems Der Transport teildefekter Batteriesysteme gestaltet sich schwierig und muss verschiedenen Aspekten des Gefahrgutrechts Rechnung tragen Abbildung 13 zeigt drei Beispiele f
154. inweise f r das Laden von Pedelecs bzw E Bikes gem VdS 3471 2015 Tabelle 4 12 Brand eines Photovoltaik Speichers am 24 8 2013 in Filderstadt Reeh A Thorns J 2014 Tabelle 4 13 Einsatz an station ren Lithium Solarstromspeichern Merkblatt f r Einsatzkr fte BUW GDV et al 2014 Tabelle 5 1 L schversuche an Lithium lIonen Antriebsbatterien Egelhaaf M et al 2013 Tabelle 5 2 Brandbek mpfungsma nahmen und Einsatz von L schmitteln bei Lithium lonen Batterien und Lithium Metall Batterien Zusammenstellung von verschiedenen Autoren Tabelle 6 1 Versuchsaufbau zur Durchf hrung von Versuchen mit Lithium lonen Batterien und Lithium Metall Batterien FFB 95 99 101 103 108 109 111 113 115 117 120 121 129 134 144 148 159 Tabelle 6 2 Tabelle 6 3 Tabelle 6 4 Tabelle 6 5 Tabelle 6 6 Tabelle 6 7 Tabelle 6 8 Beispiel eines Versuches mit Lithium lonen Batterie Zylindrische Zelle Typ 18650 in normaler Luftatmosph re FFB Beispiel eines Versuches mit Lithium Metall Batterie Fotobatterie Typ CR 123A in normaler Luftatmosph re FFB Analyse von Brandr ckst nden eines Kurzschlussversuches einer Lithium Ionen Fahrzeugbatterie Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe PAK FFB 2011 Analyse von Brandr ckst nden eines Kurzschlussversuches einer Lithium Ionen Fahrzeugbatterie Metallscreening FFB 2011
155. ische Fehler in der Pr feinrichtung e Hardware oder Softwarefehler in den Batteriepr fger ten k nnen zu uner laubten Betriebsparametern f hren e Menschliche Fehler e Pr fsysteme bzw Pr fabl ufe sind frei programmierbar Pr fparameter k n nen falsch eingegeben werden und zum Durchgehen der Zelle f hren e Zell und Modulfehler Zellfehler sind quasi nicht durch u ere Messungen vorab detektierbar e Tritt ein Zellfehler auf und bewirkt z B einen Kurzschluss so ist ein Durchge hen der Zelle und ein Brand mit gro er Wahrscheinlichkeit nicht mehr zu vermeiden Nach Groi R Jossen A 2010 ist die schwierigste Aufgabe bei der Konzeption eines Sicherheitskonzepts die Balance zwischen Kosten und Nutzen der getroffenen Sicherheitsma nahmen festzulegen Personensch den sind in jedem Fall zu ver meiden Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 57 Hierbei sind folgende Ma nahmen zur Vermeidung von Ereignissen zu treffen Groi R Jossen A 2010 e Passive Ma nahmen o nur geschultes Personal o geeigneter Arbeitsplatz o nicht unter Zeitdruck o geeignete isolierte Werkzeuge o eindeutige Kennzeichnung von Anschl ssen o feste Anschl sse o sorgf ltige Programmierung und Vorab Simulation der Pr fabl ufe und Pr fprogramme Ma nahmen zur Schadensbegrenzung sind z B o R umliche Trennung o Kapselung des Pr flings o Kleine Kiste z B Geldkassette
156. ist wichtig um R ckz ndun gen zu vermeiden e Aufgrund der elektrischen Gefah ren ist die DIN VDE 0132 2012 2014 einzuhalten E DIN VDE 0132 2014 Wasser Schaum Druckluftschaum L schpulver Kohlendioxid siehe erg nzen de Bemerkun gen Elektro und Hybridfahrzeuge e Br nde k nnen mit Wasser ge l scht werden e Selbstentz ndung der Batterie ist nach Besch digung auch zeitver setzt m glich Batterieanlage e Spannung bleibt in der gesamten von der Batterieanlage versorg ten elektrischen Anlage bestehen e Gef hrdung durch Lichtbogen oder Kurzschluss oder beim Ab schalten e Abschalten in der Regel nicht m glich e Sind elektrische Anlagen bereits berflutet d rfen diese Bereiche nur nach festgestellter Span nungsfreiheit betreten werden e Zul ssige Ann herung in Nieder spannungsanlagen beim Erkun den und Retten Wechselspan nung AC bis1000 V Gleich spannung DC bis 1500 V 1m e L schmittel sind unter Beachtung ihrer Eignung und evtl Einsatz beschr nkungen auszuw hlen e Mindestabst nde zum L schen mit C Strahlrohr bei Wasser o Spr hstrahl 1m o Vollstrahl 5 m o Brandbek mpfung im Be reich elektrischer Anlagen m glichst mit Spr hstrahl e Mindestabst nde zum L schen mit B Strahlrohr bei Wasser o Spr hstrahl 1m Brandszenarien Branddetektion Brandbek mpfung Pers nliche Schutzausr stung L schmittel und L schtechniken
157. ithiumhaltigen Batterien gegen chemische Substanzen C Einsatz gesch tzt werden F r die Vorbereitung und Durchf hrung von Feuerwehreins tzen sollen zur Beratung oder Mitwirkung sachverst ndige Stellen und fachkundige Personen herangezogen werden die aufgrund ihrer besonderen Fachkenntnisse Ausr stungen Einrichtun gen oder sonstiger Mittel in der Lage sind den Feuerwehreinsatz zu unterst tzen Die Notwendigkeit der Verwendung von Schutzanz gen resultiert aus den nachfol gend dargestellten Gefahrengruppen FwDV500 2012 Gefahrengruppe l Bereiche in denen die Einsatzkr fte ohne Sonderausr stung t tig werden d rfen Zur Vermeidung einer Inkorporation soll jedoch Atemschutz getragen werden Allge meine Verhaltensregeln f r den Einsatz in Industrieanlagen oder Laboratorien sind zu beachten Gefahrengruppe Il Bereiche In denen die Einsatzkr fte nur mit Sonderausr stung und unter besonderer berwachung und Dekontamination Hygiene t tig werden d rfen Gefahrengruppe Ill Bereiche in denen Einsatzkr fte nur mit Sonderausr stung und unter besonderer berwachung und Dekontamination Hygiene t tig werden d rfen und deren Eigenart die Anwesenheit einer fachkundigen Person siehe Teil Il notwendig macht die w h rend des Einsatzes die entstehende Gef hrdung und die anzuwendenden Schutz ma nahmen beurteilen kann Brandszenarien Branddetektion Brandbek mpfung Pers nliche Schutzausr stung L s
158. ium Metall Batterien 102 4 1 3 Unfallhilfe Bergen und Transport von besch digten Fahrzeugen mit Hochvolt Systemen An dieser Stelle wird nochmals auf die in Abschnitt 3 1 aufgef hrte Tabelle 3 3 bzgl der Klassifizierung der Fahrzeuge nach UN 3166 und UN 3171 verwiesen wonach Fahrzeuge mit Lithium lonen Batterien zwar unter Gefahrgut der Klasse 9 fallen je doch nicht den Vorschriften des ADR f r die Stra e unterliegen Der Verband der Automobilindustrie e V VDA 2013 hat zusammen mit dem Ver band der Internationalen Kraftfahrzeughersteller e V VDIK Hinweise f r die Unfall hilfe und das Bergen von verunfallten Fahrzeugen und Komponenten mit Hochvolt HV Energiespeicher Antrieben herausgegeben Zielgruppe sind Experten der polizeilichen und nicht polizeilichen Gefahrenabwehr Polizei der L nder und des Bundes Beh rden Feuerwehren THW Rettungskr fte Bergungs und Abschleppdienste und Not rzte Die Ausf hrungen beschr nken sich auf Fahrzeuge und Komponenten der Einstufung Personenkraftwagen und leichte Nutzfahrzeuge bis 3 5 t Nachr stl sungen und Umbauten von nicht durch den Fahr zeughersteller freigegebenen Anbietern finden keine Ber cksichtigung da durch die Vielf ltigkeit von Ausf hrung und Beschaffenheit dieser Systeme und Komponenten keine sichere Handlungsempfehlung abgeleitet werden kann die der benannten Zielgruppe als Unterst tzung dienen k nnte VDA 2013 In den Hinweisen finden sich Angaben
159. iumbatterien 2012 Leitfaden zur Erstellung von produktspezifischen Merkbl ttern ZVEI Merkblatt Nr 2 Zentralverband Elektrotechnik und Elektronikindustrie e V ZVEI Frankfurt Mai 2012 Barnnnnenennenenennenenennenenenpenenenneneennenenennenenennenenennenenennenenennenenennenenennenenennenenennpoennenenennnnenennenenenenenenenenennenenennenenenenenenenenenneneneenenenenenenennenenenenenenenenennenenennenenenenenennenenennenenenenenennenenenenenennenenennenenenenenenenenennenenennenenene 53 Niegel H J E Mobilit t Transport von Lithium Batterien 2010 Verband der Automobilindustrie e V VDA Berlin 2010 http archiv iaa de 2010 fileadmin user_upload 2010 d eutsch downloads fv vortraege 06 6 Niegel_Daimler pdf E Literaturverzeichnis Systemen Verband der Automobilindustrie e V VDA Berlin 2013 https www vda de de publikationen publikationen_do wnloads detail php id 1200 Studie zum Brandschutz bei der Bef rderung von Fahrzeugen mit Elektroaggregaten oder mit Elektroan trieb auf RoRo und RoPax Schiffen Bundesministerium f r Verkehr Bau und Stadtentwick lung BMVBS Germanischer Lloyd SE Bericht Nr 2013 003 Version 2013 12 05 http www bmvi de SharedDocs DE Anlage VerkehrUn dMobilitaet Wasser brandschutz roro schiffen pdf __blob publicationFile Versand von Lithiumbatterien Versand von Gefahrgut IT Recht Kanzlei M nch
160. klung oder einem gef hrlichen Aussto giftiger t zender oder entz ndbarer Gase oder D mpfe neigen o Transport nur unter festgelegten Bedingungen der zust ndigen Beh rde in Deutschland BAM o Sondervorschrift wurde bisher schon umgesetzt in der multilateralen Vereinbarung M 259 Neue Sondervorschrift mit Bedingungen f r den Transport gebrauchter nicht defekter Lithiumbatterien in Verbindung mit der neuen Verpackungsanweisung P909 Kennzeichnung LITHIUMBATTERIEN ZUR ENTSOR GUNG bzw LITHIUMBATTERIEN ZUM RECYCLING Verpackungs vorschriften P903 Verpackungsvorschrift gilt f r neue Lithium Batterien P 909 Diese Anweisung gilt f r besch digte oder defekte Lithi um lonen Zellen und Batterien sowie besch digte oder defekte Lithium Metall Zellen und Batterien der UN Nummern 3090 3091 3480 und 3481 auch wenn sie in Ausr stungen enthalten sind Diese Anweisung gilt f r die UN Nummern 3090 3091 3480 und 3481 die zur Entsorgung oder zum Recycling bef rdert werden und die mit oder ohne andere Batterien verpackt sind die keine Lithiumbatterien sind Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 73 Multilaterale innen OOOO O M228 Bef rderung von Prototypen gro er Lithium lonen Batterie Ablaufdatum Baugruppen UN 3480 26 12 15 M259 Bef rderung besch digter oder defekter Lithium Zellen oder Ablaufdatum batterien UN 3090 3091 3480 3481 26 12 14 M272 Bef rder
161. l wenig Einfluss auf den weiteren Brandverlauf Zudem wird die freigesetzte Flusss ure nicht gebunden e Der Einsatz gasf rmiger sauerstoffverdr ngender L schmittel unterdr ckt den Brand des organischen L sungsmittels und die freigesetzte Energie wird redu ziert Hier findet ebenfalls keine K hlung statt und der Sauerstoff in der Zelle er m glicht auch ohne u eren Luftsauerstoff zumindest eine Teiloxidation des L sungsmittels Dies gilt auch f r L schpulver ABC oder BC Brandszenarien Branddetektion Brandbek mpfung Pers nliche Schutzausr stung L schmittel und L schtechniken 148 Nachfolgend werden in einer Zusammenstellung Tabelle 5 2 von verschiedenen Autoren die unterschiedlichen Vorgehensweisen und die Bewertung unterschiedli cher L schmittel bei der Brandbek mpfung von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien aufgef hrt Tabelle 5 2 Brandbek mpfungsma nahmen und Einsatz von L schmitteln bei Lithi um Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien Zusammenstellung von verschiedenen Autoren Beurteilung der Erg nzende Neraturqueiie n 7293cam lle L schwirksamkeit Bemerkungen Permanent durch Inertisierung wird e Kathodenmaterialien pos Inertisierung dem Pr fobjekt Sauer Elektrode zerfallen spontan stoff entzogen bei hohen Temperaturen und geben W rme und Sauerstoff ab e max Energieabgabe wird auf Reaktion des Lithiums und der Kathode begrenzt e Elektrolyt und n
162. lbruchstelle in den Batterien zum kon trollierten Abf hren der brennbaren Gase e Verwendung von feuerbest ndigen technischen Textilien zur Einhausung von Einzelzellen e Verwendung von feuerbest ndigen Brandschutzschr nken bzw Brandschutz r umen sowie zum anderen die funktionale Sicherheit Zusammenfassung 174 e berwachung durch Sensoren um den Lade oder Entladestrom zu begrenzen ggf berwachung bis auf Zellebene falls die Modul und Systemebene aus Si cherheitsgr nden nicht ausreicht e Einsatz von Batteriemanagementsystemen BMS zur berwachung der Zellzu st nde sowie der Lade bzw Entladevorg nge Messung von Zellspannung Strom Temperatur sowie hieraus Ableiten von Aussagen zur Alterung Nach EUCAR European Council For Automotive R amp D gibt es sieben Gef hr dungsklassen Hazard level zur Beurteilung des Gef hrdungspotentials von Lithium lonen Batterien Diese reichen von Gef hrdungsklasse O kein Effekt keine Funkti onsbeeintr chtigung bis zur h chsten Gef hrdungsklasse 7 Explosion Der Betreiber einer Pr feinrichtung f r Lithium Ionen Batterien legt die Gef hrdungs klasse Hazard Level f r die durchzuf hrenden Pr fungen bzw die Gef hrlichkeit der Pr fobjekte fest Hiervon ausgehend erfolgen die Gef hrdungsbeurteilung und die Auswahl geeigneter Sicherheitstechnik f r die Pr frf ume und pers nliche Schutzausr stung Die Gef hrdungsklassen ber cksichtigen nur Fehler der Zellen
163. le Beim Abblasen d rfen kei ne gesundheitssch dlichen oder giftigen Stoffe austre ten Beim Abblasen d rfen kei ne gesundheitssch dlichen oder giftigen Stoffe austre ten Beim Abblasen und Ver brennen d rfen keine ge sundheitssch dlichen oder giftigen Stoffe austreten oder entstehen Beim Abblasen Verbren nen und Bersten d rfen keine gesundheitssch dli chen odergiftigen Stoffe austreten oder entstehen Beim Abblasen Verbren nen Bersten und Explodie ren d rfen keine gesund heitssch dlichen oder gifti gen Stoffe austreten oder entstehen 54 Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 55 Nach UN Tests and Criteria 2013 Teil Ill Abschnitt 38 3 siehe auch BAM Pr fungen und Kriterien 2015 sind hierbei folgende 8 Tests gem Tabelle 2 19 zur Pr fung der Batterien vorgesehen Tabelle 2 19 Tests f r Lithium Metall und Lithium Ionen Batterien nach UN Pr f handbuch Teil III Abschnitt 38 3 UN Tests and Criteria 2013 BAM Pr fungen und Kriterien 2015 e Test 1 H hensimulation Lufttransport unter Unterdruckbedingungen e Test 2 Thermische Pr fung schnelle und extreme Temperatur nderungen e Test 3 Schwingung Schwingungen w hrend der Bef rderung e Test 4 Schlag Schl ge w hrend der Bef rderung e Test 5 u erer Kurzschluss e Test 6 Aufprall Quetschung mechanische Besch digung e Test 7 berladu
164. le abgef hrt werden Dicke 20 25 um hohe thermische Stabilit t reagiert im normalen Po tentialbereich nicht mit Lithium reagiert bei niedrigem Potential sehr gut mit Lithium Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 25 Lithium Polymer Gel Zellen enthalten keinen fl ssigen Elektrolyten sondern in ei ner Matrix aus Polymeren wie z B Polyvinylidendifluorid Polymetylmetaacrylat oder Polyacrylnitril aufgesaugten und damit auslaufsicher fixierten Elektrolyten Im grund legenden Aufbau unterscheiden sich Lithium Ionen Zellen und Lithium Polymer Gel Zellen nur minimal Jossen A Weydanz W 2006 Lithium Fest Polymer Zellen enthalten keine fl ssigen L sungsmittel sondern nur ein Polymer mit darin gel stem Lithiumsalz Da der lonentransport deutlich langsa mer als in einem fl ssigen Elektrolyten ist k nnen diese Zellen nicht bei Raumtem peratur eingesetzt werden Sie sind erst oberhalb von 60 70 C funktionsf hig Jos sen A Weydanz W 2006 Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 26 2 3 Sicherheitstechnische Betrachtungen von Lithium lonen Zellen und Batterien 2 3 1 Versagen von Zellen und Batterien Chemische Reaktionen Schadstofffreisetzung toxikologische Betrachtungen Thermal Runaway Tabelle 2 7 zeigt die Stadien des thermischen Versagens einer Lithium lonen Batterie bis zum thermischen Du
165. lhersteller an den Batteriehersteller bereitzustellen z B e Lade und Entladeschlussspannung e Zu erwartende mechanische Ver nderungen der Zellen w hrend der Alterung beim Betrieb mit den zu erwartenden Lade und Lastprofilen und dem vorge gebenen Temperaturbereich im Batteriemodul Dazu z hlt z B die lokale Di ckenzunahme an bestimmten Stellen des Zellgeh uses bzw der Zellverpa ckung die beim Design des Batteriemodules ber cksichtigt werden m ssen e Parameter bzw Verlaufs oder Abh ngigkeitskurven f r eingebaute Sicher heitsmechanismen wie z B PTC oder CID e Empfohlene und maximale Lade und Entladestr me bei unterschiedlichen Zelltemperaturen engl Derating table Nach Groi R Jossen A 2010 Korthauer R et al 2013 BSW KIT et al 2014 ergeben sich folgende Gefahrenpotentiale von Lithium lonen Batterien e Gefahr durch elektrische Spannung o Fahrzeugbatterien haben Nennspannungen von etwa 100 V bis 800 V Gleichspannung Wechselspannungen ber 50 V sind lebensgef hrlich Springer G 1989 Gileichspannungen ber 120 V sind lebensgef hrlich Springer G 1989 o Sicherheitsma nahmen wie Ber hrschutz und die Einhaltung des Isolati onswiderstandes sind einzuhalten Isolierung der Kabel Geh use und Teilkomponenten o Anforderungen an die elektrische Sicherheit von Batterien in Elektrofahr zeugen normaler Betrieb gest rter Betrieb unter Betrachtung eines 1 Fehlers Betrieb w
166. losionsf hi ger Gemische oder die Entste hung bzw Ausbreitung offener Br nde zu verhindern e Inertisierungs und Sauerstoffre duzierungsanlagen haben nicht die Aufgabe Br nde zu l schen e Das ausgew hlte Inertgas darf mit den im Schutzbereich vor handenen Materialien und Stoffen nicht reagieren e Beispielsweise sind bei St uben von Metallen wie Magnesium Aluminium Reaktionen mit Was ser und C0 und in Einzelf llen auch mit Stickstoff m glich e Bei gleichzeitigem Vorhanden sein gasf rmiger staubf rmiger und oder nebelf rmiger brennba rer Stoffe ist zur Ermittlung der h chstzul ssigen Sauerstoffkon zentration die Komponente mit der niedrigsten Sauerstoffgrenz konzentration zugrunde zu legen e Um die Entstehung einer Explo sion aufgrund vorhandener An backungen und Glimmnester zu Brandszenarien Branddetektion Brandbek mpfung Pers nliche Schutzausr stung L schmittel und L schtechniken 154 verhindern muss der Sauerstoff gehalt in der Regel auf 4 Vol abgesenkt werden Bei Magnesi um gem VDI 2263 auf 3 Vol Sauerstoff Kunkelmann J 2010 L schgaszusam mensetzungen mit Stickstoff Stickstoff reagiert mit brennenden Metallen zu Metallnitriden z B exotherme Reaktion mit Lithium zu Lithiumnitrid leichtentz ndlich Reaktion erfolgt bereits langsam bei Raumtemperatur Einsatzm glichkeit bei Lithium lonen Batterien und Lithium Metall
167. lytvolumen etc Zell und Batterieteile werden ggf ausgeschleudert Ausbreitung des Thermal Runaways einer Zelle auf benachbarte Zellen ist wahr scheinlich aufgrund von o direktem Kontakt der Zellen o Beaufschlagung mit hei en brennenden Gasen aus der Druckentlastung Die Gefahr einer Thermal Runaway Reaktion kann durch Abstand zwischen den Zellen Isolierung und K hlung reduziert werden Einige der eingesetzten Kathodenmaterialien zerfallen spontan bei hohen Tempera turen und geben dabei W rme und Sauerstoff ab wodurch es zum sehr schnellen thermischen Durchgehen Thermal Runaway der Zelle kommen kann Kaiser J et al 2014 Zum Teil werden Temperaturen erreicht bei denen die Aluminiumfolie der positiven Elektrode zu brennen beginnt Metallbrand Kaiser J et al 2014 Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 29 Das thermische Durchgehen wird durch zu hohe Zelltemperaturen ausgel st die auf folgende Ursachen zur ckzuf hren sind Kaiser J et al 2014 e starke u ere Erw rmung z B Feuer e u erer Kurzschluss e innerer Kurzschluss durch Zellfehler oder Crash O Eine der Hauptursachen f r interne Kurzschl sse ist die zuf llige Einf h rung metallischer Partikel w hrend des Herstellungsprozesses Liegt ein leitf higes Partikel im Zellwickel vor kann er im Laufe der Zeit D nnstellen in der Polyolefinmembran ausbilden letztlich die
168. m 24 h noch mit einer Zersetzung von Zellen zu rechnen o Eine interne W rmefreisetzung l sst sich mit einer W rmebildkamera nicht si cher erkennen o Orientierende Fluorwasserstoff Konzentrationsmessungen o Unmittelbarer Hautkontakt mit Zellbestandteilen oder verbrannten Zellkompo nenten muss verhindert werden o Bei Hautkontakt Absp len mit viel Wasser Anwendung von Calciumgluconat Gel um Fluorwasserstoff Intoxikation entgegen zu wirken o Ausgelaufener Elektrolyt mit Chemikalienbindemittel aufnehmen o Einsatzstelle darf nur im gesicherten Zustand verlassen werden o Spannunggsfreiheit muss ggf durch Fachfirma hergestellt werden o Lagerung und Zwischenlagerung zerst rter oder besch digter Lithium lonen Speicher muss von Personen mit ausreichender Qualifikation nach Herstel lervorgaben erfolgen o Transport zerst rter oder besch digter Lithium Ionen Speicher gem ADR Sondervorschrift 661 s auch Allgemeinverf gung zur Bef rderung besch digter oder defekter Lithium Zellen nach BAM BSW KIT et al 2014 haben ebenfalls einen detaillierten Sicherheitsleitfaden zu Lithium lIonen Hausspeichern herausgegeben Hervorzuheben ist hierbei ein Schutz zielkatalog der f r die jeweiligen Gefahrenquellen bei Lithium lIonen Batterien das angestrebtes Schutzziel die entsprechenden Normen m gliche pr ventive Ma nahmen und m gliche korrektive Ma nahmen aufzeigt Zellbesch digungen und Br nde die durch u ere Einfl
169. men hierbei sind z B e Separierung und Mengenbegrenzung e Lagerung in feuerbest ndig abgetrennten Bereichen oder mit Einhaltung eines Sicherheitsabstands r umlichen Trennung von 5 m e Sauerstoffreduzierungsanlage e Inertgas L schanlage e Sprinkler oder Spr hflutanlage sofern typbezogen nach Sicherheitsdatenblatt zul ssig Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 88 Sofern Lithium Batterien an Produktionspl tzen bereitgestellt werden m ssen sind nach VdS 3103 2012 folgende Vorgaben zu beachten siehe Tabelle 3 10 Tabelle 3 10 Hinweise zur Bereitstellung von Lithium Batterien in Produktions bereichen VdS 3103 2012 e Ber cksichtigung der Allgemeinen Sicherheitsregeln e Begrenzung der Anzahl auf das notwendige Minimum Tagesbedarf e Lagerort im Umkreis von 2 5 m von Brandlast jeglicher Art frei halten e m glichst feuerbest ndig ausgef hrte Lagerschr nke oder Container verwenden e geeignete Feuerl scher gem Sicherheitsdatenbl tter zus tzlich im Nahbereich Vorhalten e Sind in den betroffenen Bereichen L schanlagen vorhanden sind die Vorgaben der jeweiligen Sicherheitsdatenbl tter in Bezug auf geeignete L schmittel zu be r cksichtigen F r den Fall eines erforderlichen Einsatzes der Feuerwehr und der erforderli chen pers nlichen Schutzausr stung sei hier auf Abschnitt 5 2 verwiesen Gerade in einem Lagerbereich ist aufgrund der g
170. mpfung Eignung von L schmitteln 143 Branddetektion 143 Brandbek mpfung 144 L schmittel Umweltrelevante Gesichtspunkte 155 VERSUCHE MIT LITHIUM IONEN BATTERIEN UND LITHIUM METALL BATTERIEN AN DER FFB 158 Versuche mit Lithium lIonen Batterien und Lithium Metall Batterien 158 6 1 2 Versuche mit Lithium Ionen Batterien f r Elektrofahrzeuge Pr fung 6 1 3 7 8 der Feuerwiderstandsf higkeit nach ECE R 100 Analyse von Brandr ckst nden eines Kurzschlussversuches einer Lithium lonen Fahrzeugbatterie ZUSAMMENFASSUNG LITERATURVERZEICHNIS 162 164 169 182 ABBILDUNGSVERZEICHNIS Abbildung 1 Zylindrische Zelle Hardcase Abbildung 2 Prismatische Zelle Hardcase Abbildung 3 Pouch Zelle Coffee Bag Zelle Softpack Abbildung 4 Batteriespeicher zur Stromnetzstabilisierung WEMAG AG Schwerin Abbildung 5 Beispiel f r einen Lithium lonen Batterie Pr fraum mit Feuerwiderstand F90 bzw REI 90 von innen und au en Denios 2015 Abbildung 6 Beispiel f r einen Lagerraum f r Lithium lonen Batterien mit Feuerwiderstand F90 bzw REI 90 von innen und au en Denios 2015 Abbildung 7 Gefahrgut Transport von Lithium Metall Batterien und Lithium lonen Batterien Gefahrgutklasse 9 Verschiedene gef hrliche Stoffe und Gegenst nde Abbildung 8 Kennzeichnung eines Versandst ckes f r Lithium Ionen Batterien gem SV 188 ADR2015 2014 Abbildung 9 Sammelbox des GRS gebrauchte nicht besch dig
171. n Schlag ist grunds tzlich nicht gegeben jedoch ist dies abh ngig von der Art des Unfalls Die Fahrzeuge sind mit mehreren verschiedenartigen Schutzmechanismen ausgestattet o Das HV System ist ber hrgesch tzt ausgef hrt o Das HV System ist elektrisch vollst ndig von der Fahrzeugkarosserie isoliert galvanische elektrische Trennung o Bei schweren Unf llen mit Airbag Ausl sung wird das HV System bei den meisten Fahrzeugen abge schaltet oder es sind vergleichbare Schutzmecha nismen verbaut Details siehe fahrzeugspezifisches Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 104 Rettungsdatenblatt e Im Zweifelsfall ist das HV System des Fahrzeugs sofern m glich manuell zu deaktivieren e Elektro Hybrid Fahrzeuge verf gen ber verschiedene M glichkeiten der manuellen Deaktivierung des HV Systems e Von besch digten HV Kabeln oder Komponenten kann grunds tzlich eine elektrische Gef hrdung ausgehen e HV Kabel Komponenten d rfen nicht ber hrt werden 3 Gef hrdung durch HV Energiespeicher der Unfallstelle ist nicht praktikabel nach einem Unfall e Der besch digte HV Energiespeicher darf nicht ber hrt werden Ein elektrisches Entladen der HV Energiespeicher an e Der Zustand des HV Energiespeichers ist zu beobach ten z B Rauchentwicklung e Der HV Energiespeicher darf nicht ber hrt werden e Es wird empfohlen eine f r Hochvolt Systeme qualifi
172. n erh hter Sauerstoffanteil aus dem Zerfall der Metalloxidschichten Ka thode konnte aufgrund der geringen berladung noch nicht nachgewiesen werden Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 31 In Abschnitt 6 werden beispielhaft Bilder vom Thermal Runaways aus Versuchen mit Lithium lIonen Batterien und Lithium Metall Batterien an der Forschungsstelle f r Brandschutztechnik gezeigt Wie Pr fungen von Fahrzeugbatterien nach ECE R 100 ECE R 100 2013 an der FFB gezeigt haben kann bei einem gro en Fahrzeugspeicher das heftige Abreagie ren der Batteriemodule mit Bildung von Stichflammen Lichtb gen und Graphitwolken durchaus 30 min andauern Weiterhin konnte beim thermischen Durchgehen gro er Fahrzeugbatterien zum Teil eine betr chtliche Graphit Freisetzung beobachtet werden Zum einen besteht hier insbesondere in R umen die M glichkeit einer Gef hrdung durch eine Graphit Staub Explosion zum anderen eine Kontamination des Raumes mit leitf higen Gra phit Staub und Besch digung von Ger ten aufgrund von Kurzschl ssen Erfolgt die interne K hlung von z B gro en Fahrzeugbatterien mit einem K hlmittel auf der Basis eines Glykol Wasser Gemisches besteht bei einem Defekt des K hl kreislaufes und Leckage von K hlmittel die Gefahr dass aufgrund der Kapillarwir kung das K hlmittel zwischen den Zellen aufsteigt und auch noch nach mehreren Tagen zu internen Kurzschl ssen un
173. n of cyclic ageing at high rate and low tem et al M peratures and safety in lithium ion batteries Journal of 2015 Power Sources 274 0 p 432 439 2015 Bmw 3 BMW i3 Production Videos 2018 000 https www youtube com results search_query bmw I3 production ie Leiden des Alters 2014 http www pv magazine de archiv artikel pvd beitrag die leiden des al ters__100014281 720 tx_ttnews backCat 303 amp cHash d001f7f5f42a8fb4d693364b11cda6ee FFB r fbericht eines akkreditierten chemischen Labors zur 2011 Analyse der Verbrennungsr ckst nde Asche Kon densat an den W nden und am Boden eines Ver suchsraumes im Auftrag der Forschungsstelle f r Brandschutztechnik am KIT Karlsruhe 2011 unver f fentlicht Tesla lektroauto Tesla Modell f ngt zum dritten Mal Feuer 2013 SPIEGEL ONLINE 2013 http www spiegel de auto aktuell erneuter brand eines tesla model s in den usa a 932396 html Hinweis Die bisher ver ffentlichten Forschungsberichte k nnen auf den Homepages der Forschungsstelle f r Brandschutztechnik am Karlsruher Institut f r Technologie KIT http www ffb kit edu und des Instituts der Feuerwehr Sachsen Anhalt in Heyrothsberge http www idf sachsen anhalt de ueber uns eingesehen werden 199
174. n unterschiedlichen Stellen im Lager ggf weit voneinander entfernt gleichzeitig betroffen sein k nnen Eine Fragestellung ist hierbei auch die Zeitschiene wie sich ein Schadensereignis auf Nachbarzellen ausbreitet In Abh ngigkeit von der Anzahl der defekten Zellen ist eine ausreichende Kapazit t zur Auslagerung in sichere Bereiche vorzusehen Dies hat u U auch Auswirkungen Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 85 auf die Planung Anordnung von Erweiterungsmodulen f r ein Lager wobei die er forderliche Gr e f r die Auslagerungsbereiche flexibel den Erkenntnissen aus dem Betrieb der Gesamtanlage nachgef hrt werden muss Hier ist falls m glich ber eine durchg ngige berwachung der Einzelzellen im La ger nachzudenken um bereits im Fr hstadium einen Defekt zu erkennen bevor gr Bere Mengen an Schadstoffen entstehen Bei den Erweiterungsm glichkeiten von L gern sind diese Bereiche bzgl ihrer Wirk samkeit der Auslagerungs und Dekontaminierungsbereiche sowie des anlagentech nischen Brandschutzes Brandmelde und L schtechnik L ftungstechnik zu ber pr fen bzw anzupassen Welchen Einfluss hat z B die Verl ngerung des Lagers auf die schnelle Auslagerung von schadhaften Zellen Bzgl dem Niederschlagen von Gasen und D mpfen durch z B Spr h oder Wasser nebel kann folgende Aussage gemacht werden Die L slichkeit von z B von hier Fluorwasserstoff und Chlorwasserst
175. nd bemessen sind oder ob die Bauteilbemessung nach der Einheitstempera turkurve noch sachgerecht ist muss noch n her analysiert werden Untersuchungs und Forschungsbedarf e Sind die Anforderungen der EN 469 Schutzkleidung f r die Feuerwehr zur Brandbek mpfung unter Ber cksichtigung m glicher gef hrlichen Mengen an S uren im Brandrauch ausreichend e Es werden Temperaturen von bis zu 1300 an der Geb udedecke erreicht M gliche Auswirkungen auf die Bauteilbemessung sollten untersucht werden e Wie verhalten sich Pouch Zellen die von mehreren Herstellern verwendet wer den und deren Fahrzeuge bei Br nden im Vergleich zu anderen Li lonen Batterietypen e Welche technischen und taktischen M glichkeiten gibt es f r die Feuerwehr um wirksame L schma nahmen in bestehenden unterirdischen Garagen auch zuk nftig sicherstellen und optimieren zu k nnen z B verbesserte Abf hrung Rauch und W rme Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 113 Emrich R Huss S 2015 weisen darauf hin dass gegenw rtig verschiedene Ar ten von Batterien in Fahrzeugantrieben im Umlauf sind sodass eine allgemeing ltige und abschlie ende Gef hrdungsbeurteilung nicht sachgerecht erscheint Die Informationsschrift der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung DGUV be fasst sich ebenfalls mit Rettungs und L scharbeiten mit alternativer Antriebstechnik siehe Tabelle 4 7 DGUV 205
176. ndung o Wassergef hrdung keine Angabe Lithiumnickeloxid LINiO gt e fest ebenfalls Stabilit t und Sicherheitsprobleme durch Sauerstofffreisetzung Toxizit t und Wassergef hrdung o Toxizit t keine Angabe zur Gesamtverbindung al lerdings Ni in der Verbindung o Wassergef hrdung keine Angabe Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 24 Manganspinell LiMn204 lithiiertes Manganoxid in der Kristallstruktur des Spi nells keine Zersetzungsreaktionen bei h heren Spannun gen und hohen Temperaturen bei h ufigerer tieferer Entladung sowie Lagerung im teilentladenen Zustand beschleunigte Alterung d h erh htem Kapazit tsverlust Instabilit t gegen ber S uren geringste Spuren von Wasser reagieren mit dem Leitsalz LiPFs zu Fluor wasserstoff dieser reagiert wiederum mit dem Man ganspinell Toxizit t und Wassergef hrdung o Toxizit t keine Angabe o Wassergef hrdung keine Angabe Lithiumeisenphosphat LFP LiFePO fest thermodynamisch sehr stabil beim Erhitzen keine Sauerstoffabgabe im Gegensatz zu Lithiumcobaltdioxid dadurch sehr gutes Sicher heits und Alterungsverhalten Nachteil schlechte elektrische und ionische Leitf hig keit Toxizit t und Wassergef hrdung o ungiftig Aluminium Stromableiter Da die Aktivmaterialien selbst nicht leitend sind muss der Strom ber metallische Stromableiter aus der Zel
177. nene DIN 38404 5 12009 DIN 38404 5 Deutsche Einheitsverfahren zur Wasser Abwasser und Schlammuntersuchung Physikalische und physi kalisch chemische Kenngr en Gruppe C Teil 5 Bestimmung des pH Werts C 5 Beuth Verlag Berlin 2009 DIN 38404 4 1976 DIN 38404 4 Deutsche Einheitsverfahren zur Wasser Abwasser und Schlammuntersuchung Physikalische und physi kalisch chemische Kenngr en Gruppe C Bestim mung der Temperatur C 4 Beuth Verlag Berlin 1976 E DIN EN 27888 1993 DIN EN 27888 Wasserbeschaffenheit Bestimmung der elektrischen Leitf higkeit ISO 7888 1985 Beuth Verlag Berlin a_a DIN EN 1189 Wasserbeschaffenheit Bestimmung von Phosphor Photometrisches Verfahren mittels DIN EN 1189 1996 DIN EN ISO 10304 12009 mmoniummolybdat Beuth Verlag Berlin 1996 N EN ISO 10304 1 Wasserbeschaffenheit Be stimmung von gel sten Anionen mittels Fl ssigkeits lonenchromatographie Teil 1 Bestimmung von Bro mid Chlorid Fluorid Nitrat Nitrit Phosphat und Sulfat ISO 10304 1 2007 Beuth Verlag Berlin 2009 e Allgemeiner Deutscher Fahrrad Club e V ADFC Berlin 2015 http www adfe de a_a 12013 12015 Akkus von E Bikes k nnen Br nde verursachen Vor sicht beim Aufladen Pressemitteilung des Infocenters der R V Versiche rung AG Wiesbaden 23 Juli 2013 https www ruv de d
178. ng e Test 8 Erzwungene Entladung Tiefentladung Hierbei muss jede Batteriekomponente Zellen Module Batterie den Tests unter zogen werden Korthauer R et al 2013 Bereits relativ kleine nderungen am System verpflichten zu einem neuen vollst n digen Durchlauf aller Tests Hierzu z hlen nicht nur Hardware nderungen sondern zuk nftig auch Software nderungen z B eingebautes Batterie Monitoring und die Batteriemanagementsysteme Korthauer R et al 2013 Unter Beachtung dieser Klassifizierungskriterien und Pr fungen erfolgen die Gef hr dungsbeurteilung und die Auswahl geeigneter Sicherheitstechnik f r Pr fr ume und pers nliche Schutzausr stung Korthauer R et al 2013 Nach Groi R Jossen A 2010 besteht der Batteriepr fstand in der Regel aus den Komponenten e Pr fling Batterie oder Zelle e Pr fraum z B einfache Beh lter wie Geldkassette Klimakammer Container oder spezielle ggf brandgesch tzte R ume e Batterietestsystem Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 56 e Verkabelung zwischen Pr fling und Batterietestsystem e Optional weitere Sicherheitseinrichtungen wie berwachungseinrichtungen Sicherheits Steuerung f r z B Zugangskontrolle T rverriegelung L schein richtung Es ergeben sich folgende Risiken beim Umgang mit Lithium lonen Batterien in der Pr feinrichtung Groi R Jossen A 2010 e Techn
179. nnnnennnn nenne nenne nenne nnnnnnnnnnnennnn nenne nnennennennnnnn nennen nenne nnenne nenne nnnnnnnnnnnnn nenne nnennennennennnnnnnnnnnen nenne ne nnennennnnnnnnsnnennen nenne nennen Emrich R Huss 201 5 Fahrzeugbr nde in Tiefgaragen und Br nde von Elekt rofahrzeugen Brandschutz Deutsche Feuerwehr Zeitung 5 15 S 421 425 DIN EN 62619 VDE 0510 39 12014 DIN EN 62619 VDE 0510 39 Akkumulatoren und Batterien mit alkalischen oder an deren nicht s urehaltigen Elektrolyten Sicherheitsein richtungen f r Lithium Akkumulatoren und Batterien f r die Verwendung in industriellen Anwendungen VDE Verlag Beuth Verlag Berlin April 2014 FwDV500 2012 Quelle Einheiten im ABC Einsatz Feuerwehrdienst vorschrift 500 FwDV 500 Ausschusses Feuerwehr angelegenheiten Katastrophenschutz und zivile Ver teidigung AFKzV 2012 http www bbk bund de DE Service Fachinformationsst el le RechtundVorschriften VorschriftenundRichtlinien Vol ItextFwDv volltextfwdv_node htmi jsessionid 969B7F8 Literaturverzeichnis 194 935E2CF66169EBA1C228A7CIHD 1_cid330 Bornnnnenennnnenenneneennenenenpeneenneneennenenenneneennenenenenenennenenennenenenenenennenenennenenennoenenenennenenennenenenneneneneneneneneneneneneneneneneneneenenenenenenenenenennenenenenenennnenenenenenenenenenenenenenenenenenenenenenenenenenennenenennenenenenenenenenenenenennenenen 85 Egelhaaf M et al L s
180. nnzeichnungen und Warnhinweisen aufzustel len und zu betreiben Des Weiteren w re denkbar autarke Druckentlastungs ffnun gen vorzuschreiben die ins Freie f hren um Sch den an Geb udekonstruktionen bei z B Kellerexplosionen von Gas Luft Gemischen bei einem Thermal Runaway vorzu beugen F r Kleinspeichersysteme im Heim und Privatbereich w ren solche Vorga ben allerdings nicht mehr praktikabel bzw berzogen Ein geeigneter stabiler Batte rieschrank ggf mit Entl ftung nach au en oder Aufteilung einer gr eren Batterie in kleinere Submodule mit entsprechenden Sicherheitsabst nden w ren die praktikab leren L sungsvorschl ge Das Karlsruher Institut f r Technologie hat eine einfache Checkliste entwickelt die bei der Einsch tzung der Sicherheit von Speichersystemen helfen soll siehe Abbil dung 14 KIT 2014 Kaiser J et al 2015 Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 133 KIT Karlsruher Institut f r Technologie Kurz Checkliste f r Li lonen Heimspeicher Technische Merkmale 2 elektro mechanische stromlos offene Gleichstrom Relais zur redundanten Abschaltung der Batterie ber und Unterspannungs berwachung auf Zellebene mit redundanter Ausl sung der Batterieabschaltung Einzelzelltemperatur berwachung an jeder Zelle oder Current Interrupt Device CID in jeder Zelle Sicherer Schutz vor einer Wiederinbetriebnahme nach Tiefentladung oder anderer s
181. nsport und Verpackung Z B ist der Transport von Altger ten mit eingebauten lithiumhaltigen Batterien in lo ser Sch ttung oder Gitterboxen nicht zul ssig Zusammenfassung 179 In der vorliegenden Arbeit wird weiterhin auf Untersuchungen und Richtlinien zu aus gew hlten Einsatzgebieten von Lithium Ionen Batterien n her eingegangen wie e Fahrzeuge mit Hochvolt Systemen Erforderliche Qualifikation f r Arbeiten an HV Systemen Ladestationen Unfallhilfe Bergen und Transport von besch digten Fahrzeugen e Elektrofahrr der Pedelecs E Bikes Hinweise zum sichereren Betrieb e Schiffe RoRo und RoPax e Passagier und Frachtflugzeuge e Photovoltaik Speicher e Funkger te und H r Sprechgarnituren der Feuerwehr Nachfolgend werden einige m gliche Brandszenarien bei lithiumhaltigen Batterien aufgef hrt die unterschiedliche Anforderungen an die pers nliche Schutzausr stung und die Brandbek mpfungsma nahmen der Feuerwehreinsatzkr fte stellen e Br nde von f r L schma nahmen frei zug nglichen Batterien e Br nde von Batterien im Fahrzeug eingebaut und unzug nglich f r L schma nahmen e Br nde in Garagen Tiefgaragen Parksystemen e Br nde in Werkst tten KFZ Elektrofahrr der etc ggf in gro er Ansammlung e Br nde in L gern mit einer gro en Anzahl von Batterien e Br nde in Wohngeb uden Hotels e Br nde in Dachgeschossen gt Energiespeicher f r Photovoltaikanlagen e Br nde in Kellerr um
182. nt zu Lithiumoxid 4 Li O2 2 Li20 AH 598 5 kJ mol e Umsetzung mit Wasser zu Lithiumhydroxid tzend giftig und Wasserstoff Knall gasbildung e hochentz ndlich Reaktion bereits bei Zimmertemperatur 2 Li 2 H20 2 LiOH H2 e Umsetzung mit Stickstoff zu Lithiumnitrid leicht entz ndlich tzend exotherme Reaktion langsam bereits bei Zimmertemperatur 6 Li N2 gt 2 LiN AH 197 4 kJ mol e Carbidbildung durch Umsetzung mit Kohlenstoff oder Acetylen C2H2 2 Li 2 C gt LiC2 AH 59 56 kJ mol 1 e Reaktion mit Silizium 6 Li 2 Si Li6Sia e geschmolzenes Lithijm greift Silicate an also auch Glas und Keramik e Reaktion mit allen Halogenen 2 Li X2 2 LiX z B Lithiumfluorid LiF giftig Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 12 2 2 Lithium lonen Batterien Lithium lonen Sekund rbatterien Akkus 2 2 1 Bauformen von Lithium lonen Zellen und Batterien Nach Deutsche ACCUmotive 2014 gibt es bei Lithium Ionen Batterien Lithium Sekund rbatterien Akkus folgende Bauformen von Zellen Rundzelle Zylindrische Zelle Hardcase Die einzelnen Schichten der Zellen werden dabei aufeinander geschichtet und anschlie end um einen Dorn gewickelt Der zylindrische Zellwickel wird in ein fes tes Aluminiumgeh use gepackt das gleichzeitig auch den Stromableiter f r die positive Elektrode darstellt Die negative Elektrode wird
183. nter Gefahrgut der Klasse 9 unterliegen jedoch nicht den Vorschriften des ADR f r die Stra e UN 3166 Fahrzeuge mit Antrieb durch entz ndbares Gas oder entz ndbare Fl ssigkeit incl Hybrid Fahrzeuge mit Lithium Ionen Batterien Z nd schl ssel mit Lithium Metall Batterien UN 3171 Batteriebetriebene Fahrzeuge oder batteriebetriebene Ger te e z B auch Elektrofahrr der mit eingebautem Akku e aber nicht Elektrofahrr der mit zus tzlich in einem Karton beige f gten Akku dann gilt UN 3481 nicht freigestellt nach ADR Im Unterschied z B zu den ADR Richtlinien f r die Stra e gibt es bei den Richtlinien im Luftverkehr z B IATA DGR komplizierte Zusatzbestimmungen bzw Abwei chungen nicht nur bei den einzelnen Staaten sondern auch bei den verschiedenen Luftfahrtunternehmen Weiterhin wird in der vorliegenden Arbeit auf die Problematik von Sammlung und dem Recycling von lithiumhaltigen Batterien eingegangen Verbraucher sind verpflichtet gebrauchte Batterien zu einer geeigneten Sammelstel le beim Handel oder der Kommune zu bringen Eine Entsorgung ber den Hausm ll ist verboten Man erkennt hier unmittelbar die Problematik f r die m gliche Entstehung von Br n den bei der Sammlung bzw R cknahme von insbesondere lithiumhaltigen Batterien aufgrund folgender Unsicherheitsfaktoren Zusammenfassung 178 e Gebrauchte Batterien haben ein erh htes Risikopotential e Batterien mit Defekt e
184. nungsmotor mehr besitzen ist auch kein Auspuff erforderlich und somit nicht vorhanden Bei Hybridfahrzeugen ist der Auspuff vorhanden e Im Fahrzeug befindet sich ein entsprechend gekennzeichneter Batterietrenn schalter z B im Armaturenbrett oder Motorraum e Es k nnen mehrere E Motoren verbaut sein z B auch direkt hinter den einzel nen R dern Radnabenmotoren e Sofern im Fahrzeug Rettungskarten vorhanden sind bieten sie weitere Informa tionen ber die Anordnung der Komponenten in einem Fahrzeug und die m gli chen Gefahren e Den Tankf llstutzen ersetzt eine Ladesteckdose die allerdings verdeckt ange bracht sein kann Zur berpr fung z B den Tankdeckel ffnen wenn dies ge fahrlos m glich ist e Der Akkumulator befindet sich wegen seiner Gr e und seinem Gewicht in der Regel im Heck oder Unterflurbereich des Fahrzeuges Hier lohnt ein Blick unter Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 109 die Abdeckung bzw auch unter das Fahrzeug Auf Aufkleber mit Warnhinweisen z B Gefahr durch Strom achten Die dick ummantelten Stromkabel sind orangefarben und f hren von der HV Batterie zu einem oder mehreren Elektromotoren Die Kabel sind in den Schwel lern oder unter dem Fahrzeug verlegt Vorsicht deshalb beim Arbeiten mit hyd raulischen Rettungsger ten Es gilt weiterhin die Vorgehensweise in der Erstphase Sichern Zugang schaffen und lebenser
185. off gt Kabelbr nde PVC ist gegen ber Koh lenmonoxid und Kohlendioxid weitaus gr er Hieraus ist unmittelbar einleuchtend dass das Niederschlagen dieser Gase mit Wassernebel Sinn macht dagegen das Niederschlagen von Kohlenmonoxid und Kohlendioxid und damit die Reduktion die ser Gase in der Raumluft nur eine untergeordnete Rolle spielt Kunkelmann J 2010 2 Des Weiteren sei darauf verwiesen dass eine vergleichsweise engmaschige hori zontale und vertikale Unterteilung von Regalf chern durch einfache Blechfl chen als positiv gewertet werden kann weil auch hiermit die offene Brandausbreitung insbe sondere in horizontaler Richtung wirksam eingegrenzt werden kann L schd sen sind in diesen Bereichen so anzuordnen dass eine ausreichende l sch f hige Konzentration erzielt wird Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 86 Die VDS Richtlinie zu Lithium Batterien VdS 3103 2012 befasst sich ebenfalls mit der Lagerung von Lithium Batterien Prim rbatterien Sekund rbatterien Das Gef hrdungspotential von Lithium Batterien wird neben dem Produktdesign ma geblich durch die Leistung der Module bzw des Systems bestimmt Tabelle 3 8 zeigt allgemeine Sicherheitsregeln beim Umgang mit Lithium Batterien und bei der Lagerung von lithiumhaltigen Batterien entsprechend dem GDV Merkblatt zur Schadenverh tung VdS 3103 2012 Tabelle 3 8 Allgemeine Sicherheitsregeln beim Umgang mit Li
186. ohen Zerst rungsgrades nicht mehr festgestellt werden Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 130 Nach Kaiser J et al 2015 sah sich die Feuerwehr durch den Brand in Filderstadt erstmals mit einer Reihe spezifischer Gefahren und Unklarheiten bzgl solcher Spei chersysteme konfrontiert Hierbei ergaben sich Fragen zur schnellen und einfachen Trennung des Hausstromnetzes vom Speicher Photovoltaikanlage und ffentlichem Netz das Nichterkennen besch digter spannungsf hrender Leitungen insbesondere auf dem Boden die den Einsatz von L schwasser und schaum verboten und das Fehlen geeigneter Gefahrenmerkbl tter zum Batteriespeicher Nach gegenw rtigem Stand gibt es f r solche Speichersysteme keine Komplettan bieter die die leistungselektrischen Komponenten sowie die Lithium lonen Zellen s mtlich in Eigenregie bauen Dabei ist zu ber cksichtigen dass keine einheitliche Lithium lonen Zell technologie existiert sondern dass ber verschiedene Elektro denmaterialien Elektrolyte und Zellkonstruktionen sich eine Vielzahl von unter schiedlichen Zellen ergibt die ma geblich die Leistung aber auch die Sicherheit be stimmen Kaiser J et al 2015 Lithium Ionen Zellen zeichnen sich einerseits durch eine Reihe von Vorteilen wie ho he Energie und Leistungsdichte hohe Zyklenlebensdauer und geringe Selbstentla dung aus Andererseits m ssen sie dabei in einem bestimmten Betrieb
187. on Stichflammen Lichtb gen und Graphitwolken auch durchaus 30 min andauern Das thermische Durchgehen bei Lithium lIonen Batterien wird durch zu hohe Zell temperaturen ausgel st die auf folgende Ursachen zur ckgef hrt werden k nnen starke u ere Erw rmung z B Feuer u erer Kurzschluss innerer Kurzschluss durch Zellfehler oder Crash berladung der Zelle o Zusammenbruch der Schichtstruktur der Metalloxide der Kathode stark exothermer Vorgang mit Sauerstoffbildung o Besonders bei hohen Str men besteht die Gefahr dass sich die Lithium lonen als metallisches Lithium in Form von Dentriden auf der Anode ab scheiden anstatt sich im Graphit wieder einzulagern und dann diese Kris talle zum internen Kurzschluss aufgrund des Durchstechens der Separa torfolie und thermischen Durchgehen der Zelle f hren Tiefentladung der Zelle o Wird eine tiefentladene Lithium lonen Zelle geladen kann die zugef hrte Energiemenge durch das Fehlen von Elektrolytfl ssigkeit nicht mehr in Form von chemischer Energie gespeichert werden und die Ladeenergie wird in W rme umgesetzt o Au erdem scheiden sich gel ste Kupfer Ionen aus dem Kupfer Stromableiter der Anode als Kupfer Nadeln Dentride auf dem Graphit Anode ab Sie k nnen die Separatorfolie durchstechen und einen Kurz schluss herbeif hren Die Bildung von Dendriten kann durch u ere Ma nahmen und Schutzbeschaltung nicht unterbunden werden Bei starkem lokalem Dendri
188. ons dgr pages index aspx Tr a IATA Lithium Battery Guidance Document 2015 Rev 1 https www iata org whatwedo cargo dgr Documentsllit a nen a Significant Changes and Amendments to the 56th Edi tion 2015 https www iata org whatwedo cargo dgr Documents si Literaturverzeichnis 187 371 IATA 4 Lithium Batteries Significant Changes on the way 2015 http www iata org html_email car1001654 lithium_batt eries pdf 138 IATA 5 IATA Gefahrgutvorschriften 56 Ausgabe Deutsch 2015 G ltig ab 1 Januar 2015 Zusatz bekanntgegeben am 15 Januar 2015 Ri IMDG international Maritime Dangerous Goods Code 2014 IMDG Code 2014 Amtliche deutsche bersetzung Internationaler Code f r die Bef rderung gef hrlicher G ter mit Seeschiffen M http www bmvi de SharedDocs DE Artikel G Gefahrgu gefahrgut recht vorschriften seeschifffahrt html linkToOverview js 740 ICAO International Civil Aviation Organization ICAO 2015 Technical Instruction for the Safe Transport of Danger ous Goods by Air http www icao int safety dangerousgoods pages worki ng group on lithium batteries 2014 aspx 41 RID bereinkommen ber den internationalen Eisenbahn 2015 verkehr COTIF M Anhang C Ordnung f r die internationale Eisenbahn bef rderung gef hrlicher G ter RID http www otif org veroeffentlichungen rid 2015 html
189. ortrechts eine wettbewerbsrechtliche Abmah nung Die gefahrgutrechtlichen Vorschriften stellen Schutzvorschriften f r den betei ligten Verbraucher dar und sollen diesem die notwendigen Informationen zur von der Sendung ausgehenden Gefahr liefern Weiterhin verschafft sich ein H ndler der sich nicht an die einschl gigen Gefahrgutvorschriften h lt einen Wettbewerbsvorteil Er hat weniger Aufwand beim Versandvorgang muss weniger Geld f r Verpackungs material ausgeben und kann die Waren somit insgesamt zu g nstigeren Versand konditionen anbieten Es ist daher wichtig die diesbez glichen Gefahrgutvorschrif ten insbesondere auch die zahlreichen Freistellungsvorschriften zu kennen und sich mit deren Einhaltung umfassend auseinanderzusetzen Amereller 2014 In Korthauer R et al 2013 geht Michels L ebenfalls auf den Transport von Lithi um und Lithium lonen Batterien ein Der kommerzielle Transport von Lithiumbatte rien unterliegt in jedem Fall dem Gefahrgutrecht und auch dann wenn gewisse Frei stellungen vorliegen Lithium Metall sowie Lithium lonen Zellen und Batterien werden nach Tabelle 3 2 wie folgt klassifiziert Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 68 Tabelle 3 2 UN Gefahrgutvorschriften f r Lithiumbatterien UN Model Regulations 2013 UN 3480 Lithium Ionen Batterien incl Lithium lonen Polymer Batterien N E E ESEE AAEE AE ELSO OAOA AE ASAE AEEA EEE AOE AEE
190. r ger weiterhin Gefahren der Kontamination und Inkorporation bei gef hrlichen Gasen und D mpfen e K rperschutz Form 3 Die Form 3 sch tzt gegen eine Kontamination mit festen fl ssigen und gasf rmigen Stoffen Sie ist einzusetzen wenn Gefahren durch ABC Gefahrstoffe einen umfassenden Schutz erforderlich machen Chemikalien schutzanz ge sind in der Regel nur unzureichend gegen hohe Temperaturen Br nde Hei dampf oder tiefe Temperaturen verfl ssigte Gase best ndig An z ge k nnen brechen schmelzen oder an Best ndigkeit verlieren Wegen der Temperaturempfindlichkeit der CSA hat der Einsatzleiter ber den Einsatz der Form 3 in solchen F llen gesondert zu entscheiden Brandszenarien Branddetektion Brandbek mpfung Pers nliche Schutzausr stung L schmittel und L schtechniken 142 Weiterhin ergibt sich bei HV Systemen mit Lithium Ionen Batterien eine zus tzliche Gef hrdung durch elektrischen Schlag Kurzschl sse und St rlichtb gen siehe auch Abschnitt 4 1 2 Hier ist daher zus tzlich eine PSA wie z B Elektriker Schutzhandschuhe isolierende Schutzhelme mit St rlichtbogen Visier isolierende Werkzeuge Abdecktuch zum Abdecken spannungsf hrender Teile erforderlich Man erkennt hier unmittelbar die Verantwortung von Einsatzleitern der Feuer wehr z B bei einem Brand einer gr eren Menge von Lithium lonen Batterien in einem geschlossenem Raum wie einem Lager oder einer Werkstatt die ge eignete K rperschutzfo
191. r Zellen Batterien und nicht die elektrische Sicherheit Tabelle 2 18 zeigt diese Gef hrdungsklassen von Gef hrdungsklasse 0 kein Effekt keine Funktionsbeeintr chtigung bis zur h chsten Gef hrdungsklasse 7 Explosion Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien Tabelle 2 18 Gef hrdungsklassen Hazard level nach EUCAR European Council for Automotive R amp D Korthauer R et al 2013 kein Effekt kein Effekt keine Funktionsbe DE eintr chtigung Passive Siche rungsvorrichtung l st aus Defekt Besch digung Leck Masseverlust lt 50 Abblasen Masse verlust gt 50 Feuer oder Flam men Explosion kein Defekt kein Leck kein Abblasen kein Feuer keine Flammen kein Bersten keine Explosion keine exothermen Reaktionen kein Thermal Runaway Zelle noch einsetz bar Sicherungsvorrichtungen m ssen repariert werden wie Gef hrdungsklasse 1 aber die Zelle ist irreversibel gesch digt und muss ausgetauscht werden kein Abblasen kein Feuer kei ne Flammen kein Bersten kei ne Explosion lt 50 Gewichts verlust der Elektrolytl sung L sungsmittel Leitsalz kein Feuer keine Flammen keine Explosion gt 50 Ge wichtsverlust der Elektrolytl kein Bersten keine Explosion z B keine umherfliegende Tei le keine Explosion aber umher fliegende Teile der aktiven Elektrodenmassen Explosion z B Zertr mmerung der Zel
192. r begrenzt durchf hrbar o Besonders problematisch Laden der Batterien ber Nacht Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 52 Der Entwurf der Norm DIN EN 62619 VDE 0510 39 2014 befasst sich mit Si cherheitseinrichtungen f r Lithium Akkumulatoren und Batterien f r die Verwendung in industriellen Anwendungen Im Einzelnen werden folgende Punkte behandelt Anwendungsbereich Allgemeine Sicherheitsbetrachtungen Pr frichtlinien Bedingungen f r die Typpr fung Besondere Anforderungen und Pr fungen Funktionale Sicherheit Systemsicherheit Sicherheitsinformationen Kennzeichnung und Bezeichnung Verpackung Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 53 2 3 3 Sicherheitstests f r Lithium lonen Batterien Nach EUCAR European Council for Automotive R amp D gibt es sieben Gef hrdungs klassen Hazard level zur Beurteilung des Gef hrdungspotentials von Lithium lonen Batterien Korthauer R et al 2013 Der Betreiber einer Pr feinrichtung f r Lithium lonen Batterien legt die Gef hrdungs klasse Hazard Level f r die durchzuf hrenden Pr fungen bzw die Gef hrlichkeit der Pr fobjekte fest Hiervon ausgehend erfolgen die Gef hrdungsbeurteilung und die Auswahl geeigne ter Sicherheitstechnik f r die Pr fr ume und pers nliche Schutzausr stung Die Gef hrdungsklassen ber cksichtigen nur Fehler de
193. rat LIBOB fluorfrei etwas geringere Leitf higkeit als LiPFs Toxizit t und Wassergef hrdung o keine Angabe Vinylencarbonat VC SEI Solid Electrolyte Interface filmbildendes Additiv fl ssig Dichte 1 355 g cm 25 C Toxizit t und Wassergef hrdung o tzend giftig umweltgef hrlich o wassergef hrdend WGK 2 Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 23 Positive Elektrode Kathode Auswahl Lithiumcobaltdioxid LiCoO e fest e bei hohen Temperaturen und berlastung starke exotherme Reaktion unter Sauerstoffabgabe aufgrund der Zersetzung Reaktion des Sauerstoffs mit den Elektrolyten Toxizit t und Wassergef hrdung o reizend gesundheitsgef hrdend o Cobaltsalze k nnen zu Kardiomyopathie Herz muskelerkrankung f hren o m glicherweise krebserregend o Wassergef hrdung keine Angabe Oxid Li NixCo Mn O Lithium Nickel Mangan Cobalt e Material das in der Kristallstruktur alle drei Elemente Cobalt Nickel und Mangan in einem bestimmten Men genverh ltnis enth lt Toxizit t und Wassergef hrdung o Toxizit t keine Angabe zur Gesamtverbindung al lerdings Co Ni in der Verbindung o Wassergef hrdung keine Angabe Oxid LINiICoAIO Lithium Nickel Cobalt Aluminium e berladung f rdert thermisches Durchgehen Thermal Runaway Toxizit t und Wassergef hrdung o giftig Ni Co in der Verbi
194. rchgehen Thermal Runaway Mikolajczak C et al 2011 Jossen A Weydanz W 2006 Kaiser J et al 2015 Tabelle 2 7 Stadien des Versagens einer Lithium Ionen Batterie bis zum thermi schen Durchgehen Thermal Runaway Temperatur Ereignis und Bemerkungen 60 C Die meisten Lithium lonen Zellen sind nicht f r Betriebs und Lagertemperaturen ber 60 C ausgelegt siehe auch Angaben zum optimalen Temperaturbereich in Ab schnitt 2 3 2 Selbsterhitzung der Graphit Anode und des Elektrolyt 70 C 90 C e Die meisten handels blichen Lithium lonen Zellen zeigen Selbsterhitzung bei Temperaturen von ca 80 C bei 100 SOC 130 C bei 0 SOC e Tiefsiedende Bestandteile im Elektrolyt beginnen oberhalb von 80 C bis 100 C zu verdampfen und f hren zum Druck aufbau der die Zelle bersten lassen kann Kaiser J et al 2015 e Mikolajczak C et al 2011 berichten ber Untersuchungen die zeigen dass handels bliche Lithium lonen Zellen Selbst erhitzungsverhalten zeigen wenn diese auf eine Temperatur von ca 80 C gebracht werden Wenn die Zellen dann in ei ner adiabatischen Umgebung aufbewahrt werden z B wenn sie gut isoliert sind k nnen diese sich bis zum Thermal Runaway reagieren Bei zylindrischen Zellen vom Typ 18650 dauerte dieses bei 100 SOC ca 2 Tage e Zusammenbruch der SEI Grenzschicht siehe auch 2 3 2 130 C 150 C Separator aus PE PP oder PE PP verschlie t die Por
195. re e Brand und Rauchausbreitung in redu zierter Sauerstoffatmosph re bei unter schiedlichen Konzentrationen von Stick stoff alternativ Argon e Brand und Rauchausbreitung beim Ein satz von Wasser in Form von Wasser nebel bzw Spr hwasser e Brand und Rauchausbreitung beim Ein satz von Wasser in Form von Wasser nebel bzw Spr hwasser mit Zus tzen z B Mehrbereichsschaummittel F500 e Entz ndung benachbarter Brandlast bei den unterschiedlichen Brandbek mp fungsmethoden und Raumbedingungen Messtechnik Temperatur Druck O gt CO CO Konzentration Brandrauchanaly se mit Fourier Transform Infrarot Spektrometer FTIR Foto und Videodokumentation Versuche mit Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien an der FFB 160 Tabelle 6 2 Beispiel eines Versuches mit Lithium Ionen Batterie Zylindrische Zelle Typ 18650 in normaler Luftatmosph re FFB Beispiel eines Versuches mit Lithium lIonen Batterie FFB Zylindrische Zelle Typ 18650 e Spannung 3 7 V Kapazit t 2 200 mAh e Abmessungen Durchm 18 mm H he 65 mm e Anode Kohlenstoff e Kathode Lithium Cobaltdioxid LiCoO e Elektrolyt Ethylencarbonat EC Dimethylcarbonat DMC Diethylcarbonat DEC e Leitsalz Lithumhexafluorophosphat LiPF Versuchsbedingungen e Thermische Belastung Aufheizung der Batterie mit Keramikstrahler 6 6 cm Oberfl chentemperatur ca 660 C Abstand 1 5 cm Brand und Rauchausbreit
196. ren k nnen sich weiterhin entz nden e Bei der Entz ndung von Lithium Metall Batterien werden brennender Elektrolyt und geschmolzene Lithiummetalltropfen verspr ht e Je nach Dicke des Auskleidungsmaterials des Frachtraumes kann dieses hier durch perforiert werden Hierdurch kann das L schmittel hier Halon1301 entwei chen und die l schwirksame Konzentration verringert werden Weiterhin k nnen sich Flammen durch die Perforations ffnungen nach au en ausbreiten e Bei gr eren Dr cken werden die Druckentlastungs ffnungen im Frachtraum aus gel st Hierdurch wurde auch die l schf hige Konzentration verringert e Durch die Entz ndung von Lithium Prim r Batterien kann sich aufgrund des auf tretenden Druckimpulses den Luftdruck im Frachtraum erh hen e Das Entz nden von wenigen Batterien erh hte den Druck in einem 10 m Druck beh lter um mehr als 1 psi 0 069 bar 6 900 Pa Frachtr ume sind nur f r Druckdifferenzen von ca 1 psi ausgelegt Dies kann zum ffnen der Druckentlas tungs ffnungen im Frachtraum und zur Verringerung der l schf higen Konzentra tion von Halon 1301 f hren Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 127 Webster H 2006 hat ebenfalls Untersuchungen zum Brandverhalten von wieder aufladbaren Lithium Ionen Batterien beim Transport in Frachtflugzeugen mit dem Zellentyp 18650 als Einzelzellen und in Verpackungseinheiten durchgef hrt Hierbei ging Web
197. renz der Innenminister und senatoren der L nder Arbeits kreis V Ausschuss f r Feuerwehrangelegenheiten Katastrophenschutz und zivile Verteidigung Karlsruhe Kentye S a ne orschungsstelle f r Brandschutztechnik 2010 64 Bussenius S Wissenschaftliche Grundlagen des Brand und Explo 1996 sionsschutzes Verlag W Kohlhammer Stuttgart Ber lin K ln 1996 efahren durch Lithium Akkus S Report S 6 8 2 2013 e 65 Opp A 2013 Gef lschte Akkus Warnhinweis zu gef lschten Lithi 2015 um lonen Akkus und Akku Ladeger ten http www canon de for_home product_finder camcord ers high_definition_hd counterfeit_batteries aspx Canon Deutschland GmbH Krefeld 2015 a Literaturverzeichnis 192 Saupe A et al 2015 um lIonen Modulen BOS Berlin hermischer Test HRT incl Akku HBT und HSG 2014 Digitalfunk BOS Berlin Feuerwehr Berlin 2014 ealbrandversuche zum sicheren Transport von Lithi vfdb 1 2015 S 14 21 eh A Thorns erstadt Brand eines Photovoltaik Solarspeichers fr Erkenntnisreicher Einsatz bei einer neuen Technolo 2014 gie Brandschutz Deutsche Feuerwehrzeitung 4 14 S 302 307 770 DIN VDE 0132 DIN VDE 0132 bzw E DIN VDE 0132 Brandbek mp 2012 fung und technische Hilfeleistung im Bereich elektri EDIN VDE 0132 scher Anlagen VDE bzw Beuth Ve
198. rgiedichte Toxizit t und Wassergef hrdung o leicht reizend f r die Atemwege o Nanokristalle k nnen aufgrund ihrer geringen Gr e toxisch wirken Kupfer Stromableiter Stromableiter Kollektoren d nne Metallfolien Di cke 8 18 um Da die Aktivmaterialien selbst nicht leitend sind muss der Strom ber metallische Stromableiter aus der Zel le abgef hrt werden o Die Werkstoffe f r die positive und negative Elektrode liegen als Pulver vor die schichtf rmig mittels Bindemittel z B Polyvinylidendifluorid Leitzusatz Ru oder Graphit und L sungsmittel auf den Stromableiter aufgetragen werden Kupfer reagiert nicht mit Lithium oder den Elektrolyt bestandteilen Bei einer berentladung kann es zu einer Oxidation des Kupfers kommen Beim Wiederaufladen kann sich elementares Kupfer an der Graphitoberfl che abscheiden Die Einlage rung von Lithium Ionen wird dadurch verschlechtert und es kommt zu Abscheidung von Lithium Interkala tion wird zunehmend verhindert und es kann zum Versagen der Batterie kommen Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 20 Separator Auswahl Polyethylen PE CH CH2 n Polypropylen PP C3He n e Polyethylen PE Formbest ndigkeit ca 70 C Schmelztemperatur ca 130 135 C e Polypropylen PP Formbest ndigkeit 85 bis 90 C Schmelztemperatur 160 bis 165 C e hochpor
199. rie CR 123 A 3 V 1500 mAh Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 8 2 1 2 Stoffliche Zusammensetzung von Lithium Prim r Zellen und toxi kologische Eigenschaften der Bestandteile Tabelle 2 2 zeigt beispielhaft eine Auswahl von Stoffen und Bestandteilen die bei handels blichen Lithium Metall Zellen bzw Batterien zum Einsatz kommen k nnen Korthauer R et al 2013 Jossen A Weydanz W 2006 Gestis 2015 Tabelle 2 2 Auswahl und Eigenschaften von Stoffen und Bestandteilen die bei han dels blichen Lithium Metall Batterien zum Einsatz kommen k nnen Korthauer R et al 2013 Jossen A Weydanz W 2006 Gestis 2015 Negative Elektrode Anode Auswahl Stoff Eigenschaften Lithium Metall siehe auch Tabelle 2 3 e leichtentz ndlich e Reaktion mit Wasser zu Lithiumhydroxid und Wasser stoff exotherme Reaktion mit Stickstoff zu Lithium nitrid e Toxizit t und Wassergef hrdung o wassergef hrdend WGK 2 o verursacht schwere Ver tzungen der Haut und schwere Augensch den Separator Auswahl Polyethylen e _mikropor se Folien oder Vliesstoffe Elektrolyt organisch v llig wasserfrei Auswahl Lithiumperchlorat LiCIO e fest Leitsalz e starkes Oxidationsmittel brandf rdernd Sauerstoff abgebende Verbindung wegen m glicher Zersetzung bei hohen Spannungen nur noch Verwendung in nicht
200. rien e Das Gefahrenpotential ist umso gr er je h her die Energiedichte und je reakti ver die Komponenten sind e Mit der Gr e der Batterie d h der Anzahl der Zellen in Serienschaltung w chst der Sicherheitsaufwand zur berwachung betr chtlich e Problematisch sind o berladung o Tiefentladung e NiCd und NIMH Zellen sind hinsichtlich berentladung und Tiefentladung wesent lich robuster als Lithium lonen Batterien Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 46 e Kapazit tsbestimmung neuer Zellen und hierauf basierende Zellselektion f hrt zu einem homogenen Verhalten im Neuzustand ist aber noch keine Garantie daf r dass w hrend des Betriebes die einzelnen Zellen unterschiedlich altern e Durch alle Zellen einer Serienschaltung flie t zwar der identische Strom aller dings ergeben sich aus der r umlichen Anordnung der Zellen zum Teil unter schiedliche Zelltemperaturen e Alterungseffekte sind stark temperaturabh ngig Durch unterschiedliche Zelltem peraturen kommt es zu einem individuellen Altern der einzelnen Zellen Nach Korthauer R et al 2013 sind Brandrisiken durch Fertigungsfehler bei der Batterieherstellung oder in Folge von Alterungsprozessen oder schleichender chemi scher Prozesse nicht vollst ndig auszuschlie en Die Montage der Lithium lonen Zelle erfolgt im ungeladenen Zustand Die Formie rung stellt f r die Batteriezellen den ersten Ladevor
201. rlag GmbH Berlin 2014 2012 2014 rl DGUV I8686 M 2012 mit Hochvoltsystemen BGI GUV I 8686 Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung DGUV Berlin 2012 721 DGUV205 022 R ettungs und L scharbeiten an PKW mit alternativer 2012 Antriebstechnik Deutsche Gesetzliche Unfallversiche rung DGUV DGUV Information 205 022 2012 m3 AUVAA 5i icher Umgang mit Lithium Batterien 2014 Sicherheitsinformationen der Allgemeinen Unfallversi cherungsanstalt M 480 Sicherheit kompakt Allgemeine Unfallversicherungsanstalt AUVA Wien 2014 774 Amon F etal Fire risks associated with batteries 2012 Fire Technology SP Report 2012 66 Bor s 2012 75 Ditch B de Vries Flammability Characterization of Lithium ion Batteries d In Bulk Storage FM Global Boston Providence Turn 2013 pike Norwood 2013 www fmglobal com assets pdf P13037 pdf Mi GCA A ir Accident Investigation Sector Final Air Accident 2010 Investigation Report Uncontained Cargo Fire Leading to Loss of Control Inflight and Uncontrolled Descent Into Terrain General Civil Aviation Authority of the United Arab Emirates Dubai 2010 http www gcaa gov ae en ePublication zadmin iradmin Lists Incidents 20Investigation 20Reports Attachme nts 40 2010 2010 20 20Final 20Report 20 20Boeing 20747 44AF 20 20N571UP 20 Literaturverzeichnis 193 20Report 2013 202010 pdf Borsnnnenennen
202. rm in Abh ngigkeit von der Gef hrdung durch W rme toxische und tzende Substanzen sowie durch elektrische Gef hrdung auszu w hlen Brandszenarien Branddetektion Brandbek mpfung Pers nliche Schutzausr stung L schmittel und L schtechniken 143 5 3 Branddetektion und Brandbek mpfung Eignung von L schmitteln 5 3 1 Branddetektion Auf die spezielle Problematik der Detektion von versagenden lithiumhaltigen Batte rien sowohl vor dem Brandstadium als auch bei Brandentstehung und der hierbei Freisetzung von Stoffen und Zersetzungsprodukten die schwerer als Luft sind z B Elektrolyt und L semitteld mpfe Chlorwasserstoff aus PVC Leitungen Kohlendi oxid oder Brandrauch und Zersetzungskomponenten die leichter als Luft sind z B Kohlenmonoxid Fluorwasserstoff wurde bereits in Abschnitt 3 2 Lagerung von lithi umhaltigen Batterien eingegangen Hier sei insbesondere auf die Gef hrdung von schlafenden Personen hingewiesen Die schweren Bestandteile k nnen sich vor der Entz ndung im Bodenbereich sam meln und quasi einen z ndf higen See bilden der zun chst nicht von optischen Rauchmeldern an der Decke detektiert wird Dies haben berladeversuche an der FFB gezeigt Das Aufladen von z B Smartphone oder E Bike Batterien im Schafzimmer z B auch im Hotel ber Nacht ist daher aus Sicherheitsgr nden zu berdenken Der Vollst ndigkeit halber soll an dieser Stelle auch auf die Anforderungen an elekt risc
203. rmischen Durchgehen Thermal Runaway Tabelle 2 8 Chemische Reaktionen des Leitsalzes Lithiumhexafluorophosphat LiPFe mit Wasser Korthauer R et al 2013 Tabelle 2 9 Eigenschaften von Fluorwasserstoff HF Gestis 2015 Tabelle 2 10 Eigenschaften von Phosphors ure H3PO Gestis 2015 Tabelle 2 11 Typische Zusammensetzungen f r verschiedene Lithium Energie speicher Lambotte S 2012 Tabelle 2 12 Absch tzung der mit Fluorwasserstoff HF belasteten Luft in Abh ngigkeit von der Akkumasse Lambotte S 2012 Tabelle 2 13 Energieinhalte und freigesetzte Gasmengen beim Versagen von Lithium lonen Batterien Groi R Jossen A 2010 Tabelle 2 14 Schmelzenergieinhalt verschiedener Lithium Ionen Zellen und Batterien Groi R Jossen A 2010 11 14 15 18 26 32 32 33 34 35 36 37 Tabelle 2 15 Energieinhalte unterschiedlicher Komponenten von Lithium lonen Zellen ohne Ber cksichtigung des Kathodenmaterials pro Ah Zellkapazit t Groi R Jossen A 2010 Tabelle 2 16 Batterie bzw Batteriesystem BSW KIT et al 2014 Tabelle 2 17 M gliche Ursachen f r Brandsch den bei Lithium lIonen Batterien Opp A 2013 Tabelle 2 18 Gef hrdungsklassen Hazard level nach EUCAR European Council for Automotive R amp D Korthauer R et al 2013 Tabelle 2 19 Tests f r Lithium Metall und Lithium lIonen Batterien nach UN Pr fhandbuch Teil
204. ro en Anzahl von Batterien mit einer hohen Gef hrdung der Einsatzkr fte zu rechnen Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 89 3 3 Sammlung und Recycling 3 3 1 Batterien nicht in Ger ten eingebaut Verbraucher sind verpflichtet Batterien zu einer geeigneten Sammelstelle bei Handel oder Kommune zu bringen Eine Entsorgung ber den Hausm ll ist verboten BattG 2012 Nach Jossen A Weydanz W 2006 erfolgt allein der R cklauf von Bleibatterien fast vollst ndig Die R cklaufquote liegt in Deutschland bei ber 95 Dies wird durch folgende Faktoren beg nstigt e Es befinden sich haupts chlich gr ere Systeme im Einsatz z B Starterbatterien in Autos e Die Wartung und der Austausch der Batterien erfolgen oft durch den Fachmann und nicht den Endkunden selbst e Das Pfandsystem f r Starterbatterien motiviert den Endverbraucher zur R ckga be e Es besteht keine weitere Verwendung f r alte Batterien durch den Endkunden Gr nde f r einen ungen genden R cklauf z B von lithiumhaltigen Batterien sind nach Jossen A Weydanz W 2006 e Hortung von Batteriepacks auch wenn Zellen l ngst kaputt oder veraltet sind e Unwissenheit ber Recyclingpflicht e Bequemlichkeit Abbildung 9 Abbildung 10 Abbildung 11 und Abbildung 12 zeigen eine Sammelbox des Stiftung Gemeinsames R cknahmesystem Batterien GRS f r gebrauchte nicht besch digte Lithium Ionen Batterien UN 348
205. rsteller vorgegeben f r eine ausreichende Be und Entl ftung zu sorgen e Laden ber Gleichstromeinrichtungen Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 116 o Ladeeinrichtung nach DIN EN 61851 23 2014 erforderlich o Die Elektroinstallation ist nach DIN VDE 0100 722 2012 zu errichten o Findet das Laden in geschlossenen R umen statt ist sofern vom Fahr zeughersteller vorgegeben f r eine ausreichende Be und Entl ftung zu sorgen e Laden in Gewerbe und Industriebetrieben o Ladepl tze sind durch geeignete dauerhafte Markierungen gegen ber anderen Betriebsbereichen zu kennzeichnen o Inder direkten Umgebung des Ladeplatzes Markierung d rfen keine leicht entz ndlichen Materialien gelagert werden o In feuergef hrdeten Betriebsst tten explosionsgef hrdeten oder explo sivstoffgef hrdeten Bereichen sind Ladestationen nicht erlaubt o An geeigneter Stelle sind Feuerl scher z B ABC Feuerl scher CO gt Feuerl scher vorzusehen o Das Errichten von Brandmeldeanlagen ist zu empfehlen um einen Brand fr hzeitig zu detektieren und rechtzeitig zu bek mpfen e Laden in Mittel und Gro garagen ab 100 m Nutzfl che o Grunds tzlich ist die Garagenverordnung des jeweiligen Bundeslandes zu beachten o Ladepl tze sind durch geeignete Markierungen gegen ber anderen Be triebsbereichen zu kennzeichnen o F r Neuinstallationen wird das Laden ber Wechselstrom oder Gleic
206. rten Kurzschlusses ist allerdings davon auszugehen dass die HV Hauptsicherung den Kurzschluss trennt lange bevor die berwachungselektronik die Hauptkontaktoren Sch tz ffnet Die Hauptkontaktoren schalten dann nur noch last frei Diese m ssen jedoch den Kurzschlussstrom bis zum Durchschmelzen der HV Sicherung f hren ohne Schaden zu nehmen Insbesondere ein spontanes Ver schwei en der geschlossenen Kontakte durch die extreme Strombelastung gilt es zu vermeiden Korthauer R et al 2013 Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 18 2 2 3 Stoffliche Zusammensetzung von Lithium lonen Zellen und toxiko logische Eigenschaften der Bestandteile Die Zusammenstellung in Tabelle 2 6 zeigt eine Auswahl von Stoffen die bei han dels blichen Lithium Ionen Batterien zum Einsatz kommen k nnen Korthauer R et al 2013 Jossen A Weydanz W 2006 BSW et al 2014 Gestis 2015 Enderlein H et al 2012 Tabelle 2 6 Auswahl und Eigenschaften von Stoffen und Bestandteilen die bei han dels blichen Lithium Ionen Batterien zum Einsatz kommen k nnen Korthauer R et al 2013 Jossen A Weydanz W 2006 BSW et al 2014 Gestis 2015 Enderlein H et al 2012 Negative Elektrode Anode Auswahl Stoff Eigenschaften Lithium Metall e h chste Energiedichte Lithium Metallzellen LMP Zellen Anwendung nur bei kleinen Zellen insbesond
207. s pro Ah Zellkapa zit t Groi R Jossen A 2010 Masse Heizwert Heizwert Komponente g Wh kg Wh Elektrolyt 3 3 3600 11 9 Graphit ca 80 der 4 3 9100 39 1 Anodenmasse Separator PE 1 1 12200 13 4 Summe 64 4 Groi R Jossen A 2010 geben an dass eine Lithium lonen Batterie das ca 10 fache der elektrisch gespeicherten Energie in Form von thermischer Energie enth lt und im Falle des Versagens freisetzen kann Jossen A Weydanz W 2006 geben f r die thermisch gespeicherte Energie im Vergleich zur elektrisch gespeicherten einen Wert von ca 6 fach an Hinzu kommt dass einige der eingesetzten Kathodenmaterialien bei hohen Tempe raturen spontan zerfallen und dabei W rme und Sauerstoff abgeben Mikolajczak C et al 2011 kommen zu folgender Absch tzung der chemisch und elektrisch gespeicherte Energie bei einer Lithium Ionen Batterie Zylind Zelle Typ 18650 e Chemisch gespeicherte Energie Elektrolyt Kunststoffseparator ca 280 kJ e Elektrisch gespeicherte Energie vollst ndig geladen 25 bis 40 kJ 7 bis 11 Wh e Gesamtenergie ca 300 bis 320 kJ Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 39 Die chemisch gespeicherte Energie betr gt somit nach Mikolajczak C et al 2011 das ca 7 bis 11 fache der elektrisch gespeicherten Energie Durch die Freisetzung dieser gro en Energiemenge k
208. sfenster be trieben werden dessen Grenzen nicht verletzt werden d rfen da die Zellen sonst irreversibel gesch digt werden und unter Umst nden Feuer fangen Das hei t wei terhin dass Lithium Ionen Zellen in Batteriemodulen nicht beliebig austauschbar sind sondern nur dieselben Zelltypen desselben Herstellers verbaut werden d rfen Kaiser J et al 2015 Bei Zellbr nden werden toxische Gase freigesetzt unter denen neben organischen Verbindungen auch die sehr giftige Flusss ure HF oder Kohlenmonoxid CO ent stehen Viele Zelltypen enthalten dar ber hinaus Nickel und Cobaltoxide die bei einem Zellbrand austreten bzw mit dem L schwasser ausgewaschen werden Kai ser J et al 2015 Steht ein solches Speichersystem dann z B auf einem Dachboden drohen tiefer gelegene Stockwerke kontaminiert zu werden Kaiser J et al 2015 Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 131 Neben dem Versagen von Lithium lonen Zellen durch Kurzschluss muss ein Tiefent laden vermieden werden Ein Batteriemanagementsystem BMS muss solche kriti schen Zust nde erkennen und das System sperren Um eine Tiefentladung zu ver hindern sollte im Systemaufbau ein Laden von Kleinspeichersystemen ber das f fentliche Stromnetz ggf ber ein Notstromaggregat angetriebenen Generator vorge sehen werden In Bezug auf berladen d rfen die oberen Spannungsgrenzen der Zellen keinesfalls berschritten w
209. sinkende Preise zu starker Marktkonsolidierung Im Zu ge der Konsolidierung werden sich f nf Spitzenreiter den Gro teil des Batteriemark tes im Jahr 2015 teilen e AESC 20 e LG Chem 15 e Panasonic Sanyo 13 e A123 11 e SB LiMotive 9 Aufgrund spektakul rer Ereignisse wurde die m gliche Problematik von Lithium lonen Batterien in der ffentlichkeit bekannt Das Versagen von haupts chlich Lithium Ionen Batterien aber auch von Lithium Metall Batterien z B in Flugzeugen Fahrzeugen Notebooks Smartphones und an deren elektrischen Ger ten f hrte in den letzten Jahren zu gro em R ckrufaktionen Auskunft ber Produktr ckrufe kann man z B dem Rapid Exchange of Information System RAPEX 2015 oder der Liste der Produktr ckrufe und Produktwarnungen Baua 2015 entnehmen Aktuell kam es am 15 07 15 gegen 19 Uhr in Unter wisheim im Landkreis Karlsruhe zu einem Kellerbrand Der Hausbesitzer welcher sich im Obergeschoss aufhielt wurde durch einen lauten Knall und krachende Ger usche aufgeschreckt Bei der anschlie enden Kontrolle stellte er einen Brand mit starker Rauchentwicklung im Hobbyraum des Kellergeschosses an einem Elektrofahrrad fest Eigene L schversu che des Besitzers waren nicht mehr m glich so dass er sich mit seiner Frau ins Freie rettete und ber Notruf die Feuerwehr alarmierte Im Jahr 2013 kam es zum dritten Brand des Elektroautos Tesla Model S Tesla 2013 Vorwort 4 Am 3
210. sruher Mikrona se KAMINA http www ffb kit edu 477 php e Video berwachung W rmebildkamera station r im Lager an mehreren Positi onen e Branddetektion auf den Lagerbedienger ten durch mitfahrende Kamera Es muss gew hrleistet sein dass s mtliche Bereiche des Lagers in kurzen Zeitab st nden abgefahren werden Zur Beurteilung der Branddetektion sind zum einen die Zersetzungsprodukte bei ver schiedenen Schadenszenarien zu analysieren und die Detektion in Abh ngigkeit von den L ftungsbedingungen im Lager entsprechend anzupassen Im Schadenfall sind zwei F lle zu unterscheiden e Es entstehen bei angenommen langsamer Entwicklung des Schadensszenarios Kaltrauch und Zersetzungsgase die schwerer als Luft sind z B Elektrolyt und L semitteld mpfe Chlorwasserstoff aus PVC Leitungen Kohlendioxid e Es entsteht Brandrauch mit Komponenten die leichter als Luft sind z B Kohlen monoxid Fluorwasserstoff Hierdurch ergeben sich zum einen spezielle Anforderungen an die Brandmelde technik Es muss sowohl im oberen Bereich als auch im unteren Bereich des Lagers detektiert werden Zur sicheren Branddetektion ist eine Detektion ber der H he und Fl che des Lagers erforderlich Ggf sind zus tzlich RAS oder Kanalmelder in den L ftungskan len f r die Abluft vorzusehen Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 84 Weiterhin ergeben sich durch die gegen ber Luft unterschiedlich sp
211. steigt die Gefahr dass der Akku in Brand geraten kann e Beim Kauf immer auf das GS Zeichen achten Das Pr fzeichen gew hrleistet dass der Hersteller alle Sicherheitsvorschriften eingehalten hat e Das E Bike nur mit dem Originalger t laden und qualitativ hochwertige Akkus und Ladeger te verwenden e Um den Akku zu schonen sollten Radfahrer ihn nie ber 90 auf und nicht unter 10 entladen e Keine technischen nderungen vornehmen insbesondere nicht die Sicherheits einrichtungen manipulieren diese verhindern eine berladung e Nach einem Sturz oder Unfall den Akku unbedingt berpr fen lassen Besch digungen im Inneren k nnen einen Brand ausl sen auch zu einem sp teren Zeitpunkt e Ideal zum Auftanken sind auch Ladestationen auf ffentlichen Pl tzen oder vor Hotels Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 121 Die Richtlinie VdS 3471 2015 Ladestationen f r Elektrostra enfahrzeuge gibt ebenfalls einen berblick ber das Laden von Pedelecs bzw E Bikes Im Gegensatz zum Elektro PKW sind diese Ladeger te nicht f r den Einsatz bei allen Umgebungs bedingungen geeignet So kann der Betrieb der Ladeger te bei extremen Umge bungstemperaturen oder feuchten Umgebungen zu gef hrlichen Betriebszust nden und zum Brand f hren Auch das Laden von Batterien mit Ladeger ten die nicht vom Hersteller zugelassen wurden kann zu gef hrlichen Betriebszust nden f
212. ster H 2006 von folgendem Brandszenario aus Brand im Frachtraum Brandbek mpfung mit Halon 1301 L schanlage In einem Versuchsraum mit einem Volumen von 1 8 m wurden die Batterien mit ei ner Brennwannen mit 13 3 cm Durchmesser und 50 ml 1 Propanol eine Dauer von 3 Minuten thermisch beaufschlagt Hierbei wurden folgende Parameter untersucht e Zellenanzahl e Ladezustand der Zellen 50 SOC 100 SOC e Brandausbreitung zwischen den Zellen e Temperaturerh hung im Versuchsraum e Druckanstieg im Versuchsraum e L schwirkung von Halon 1301 Feuerl schanlagen e Selbstentz ndung der Zellen e M gliche Besch digungen des Frachtflugzeuges Webster H 2006 kommt bei den Untersuchungen mit Lithium lIonen Zellen zu fol genden Ergebnissen e Eine relative kleine Z ndquelle reicht aus um die Lithium Ionen Zellen in Brand zu setzen e Zun chst Freisetzung einer kleinen Elektrolytmenge mit Entz ndung und kleinem Druckimpuls 20 bis 30 s sp ter Freisetzung einer gr eren Elektrolytmenge mit Entz ndung und gr erem Druckimpuls e Bei einigen Zellen arbeitete die Druckentlastung nicht ordnungsgem Durch den Druckaufbau explodierte die Zelle und f hrte zu einem gr eren Druckimpuls und Feuerball Bemerkung FFB Halon 1301 Bromtrifluormethan CF3Br als auch Halon 1211 Bromchlordifluormethan CF2ClIBr ist durch das Montrealer Protokoll 1 1 1989 verboten und als L schmittel nur noch in Ausnahmef llen z
213. suchsaufbau die Messtechnik und die Versuchsparameter Die Untersuchungen werden zum gegenw rtigen Zeitpunkt begonnen und im Jahre 2016 weitergef hrt Beispielhaft wird in Tabelle 6 2 das thermische Durchgehen einer Lithium lonen Batterie Zylind Zelle Typ 18650 und in Tabelle 6 3 das thermische Durchgehen einer Lithium Metall Batterie Fotobatterie Typ CR 123A gezeigt Versuche mit Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien an der FFB 159 Tabelle 6 1 Versuchsaufbau zur Durchf hrung von Versuchen mit Lithium lonen Batterien und Lithium Metall Batterien FFB Abbildung 15 Versuchseinrichtung zur Untersuchung der Brand und Rauch ausbreitung sowie der Brandbek mpfung bei Lithium lIonen Batterien und Lithium Metall Batterien an der FFB Versuchseinrichtung zur Untersuchung der Brand und Rauchausbreitung bei Lithium Ionen Batterien Akkus und Li thium Metall Batterien Versuchsraum Abmessungen L B H 600 mm 600 mm 600 mm 0 22 m Der Versuchsraum ist f r die Brandversuche hermetisch geschlossen lediglich eine Dru ckentlastungs ffnung ist vorhanden Untersuchungsparameter e Thermische Belastung W rmestrahler Keramikstrahler 6 6 cm Oberfl chen temperatur ca 660 C e alternativ Versagen aufgrund von z B Kurzschluss z B aufgrund versagender elektrischer Bauteile und Sicherheits einrichtungen e Brand und Rauchausbreitung in norma ler Luftatmosph
214. t St tzfeuer Wanne mit 45 n Heptan Brenndauer ca 11 min Brandverhalten der Batterie hnlich Versuch 1 9 min mehrere Kurzschl sse mehrfaches ffnen der berdruckventile kurzfris tig max Temp im Flammenbereich ca 1300 C 20 min L schbeginn mit Hohlstrahlrohr beim ersten Kontakt mit dem L schmittel sofortiges Erl schen der Flammen sehr starke Bildung von hellem Rauch 41 min nur noch leichte Rauchentwicklung L schwassermenge 80 Lagerung der Batterie in F500 Wasserbad ber Nacht Bildung von Gasblasen wie bei Versuch 1 mit Wasser Chemische Analysewerte des Einlagerungswassers liegen ber denen von Ver such 1 allerdings auch hier Einleitung in die Kl ranlage m glich Versuch 3 Wasser mit Zusatz FIRESORB Versuchsablauf Lithium lonen Batterie wie Versuch 1 entsprechend der Einbaulage im Fahr zeug in speziell gefertigten Gestellen gelagert und ber einer Brennwanne 45 n Heptan Brenndauer ca 11 min positioniert Batterie zeigt intensiveres Brandverhalten als bei Versuch 1 und 2 fr hzeitigeres ffnen der berdruckventile Mehrere Kurzschl sse f hrten zu kleineren L schern im Geh use Gausaustritt und Flammenbildung bis zu 1 5 m 20 min L schbeginn mit CM Strahlrohr und C Zumischer Z2R 40 min nur noch leichte Rauchentwicklung Bildung von Gasblasen bei der Einlagerung im L schmittelbad wie bei Versuch 1 chemische Analysewerte des Einlagerungswassers unter denen von Versuch 1 und 2
215. t befestigt und starr gehalten werden 3 Die Verpackung muss den folgenden Anforderungen gen gen a Wenn die Batterie Baugruppe f r eine aufrechte Bef rderung bestimmt ist Die Batterie Baugruppe ist in eine Innenverpackung bestehend aus einem aluminierten thermoversiegelten Kunststoffbeutel eingesetzt die mit aus reichend nicht brennbaren absorbierenden Polstermaterial umgeben ist um jedes unbeabsichtigte Auslaufen aus der Verpackung zu verhindern Die Batterie Baugruppe ist mit Hilfe von D mpfungseinheiten die geeignet sind St e und Vibrationen zu minimieren auf einer Palette befestigt Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 75 Diese Einheit muss gehoben gehandhabt und bis zum Kipppunkt geneigt werden k nnen ohne dabei zu Bruch zu gehen Die Palette bildet den Boden der Au enverpackung bestehend aus einem stabilen Beh lter aus Sperrholz Kunststoff oder Metall der jeweils den Baubestimmungen nach 6 1 4 10 6 1 4 13 oder 6 1 4 14 ADR entspricht Zwischen der Innenverpackung und der Au enverpackung ist ein nicht brennbares Isoliermaterial mit einer Mindestdicke von 40 mm fest an den W nden der Au enverpackung angebracht Die Au enverpackung ist mit Ausrichtungspfeilen entsprechend Unterab schnitt 5 2 1 9 ADR versehen b Wenn die Batterie Baugruppe f r eine liegende Bef rderung bestimmt ist Die Batterie Baugruppe ist in eine Innenverpackung eingesetz
216. t die aus ei nem aluminierten thermoversiegelten Kunststoffbeutel besteht Die Batterie Baugruppe und ihr Beutel sind in einen stabilen Beh lter aus Sperrholz Kunststoff oder Metall der jeweils den Baubestimmungen nach 6 1 4 10 6 1 4 13 oder 6 1 3 14 ADR entspricht so eingesetzt dass jede Bewegung innerhalb der Verpackung verhindert wird und von ausreichend nicht brennbaren absorbierenden Polstermaterial umgeben sodass jedes unbeabsichtigte Auslaufen aus der Verpackung verhindert wird Der Beh lter mit der Batterie Baugruppe wird in eine stabile Au enverpa ckung aus Sperrholz Kunststoff oder Metall die jeweils den Baubestim mungen nach 6 1 4 10 6 1 4 13 oder 6 1 4 14 ADR entspricht eingesetzt Der Beh lter wird von der Verpackung durch ihn umgebende D mpfungs elemente zur Minimierung der Wirkung von St en und Vibrationen ge trennt Zwischen der Innenverpackung und der Au enverpackung ist ein nicht brennbares Isoliermaterial eingef gt 4 F r die Zwecke dieser Vereinbarung bezieht sich der Begriff nicht brennbar auf eine einschl gige Definition die vom Land der Verpackung anerkannt wurde z B in der Europ ischen Union die Norm EN 135011 Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 76 5 Alle anderen ADR Vorschriften hinsichtlich der Bef rderung von Lithium lonen Batterien UN 3480 sind anwendbar 6 Diese Vereinbarung gilt bis zum 26 Dezember 2015 f r Bef
217. tall Batterien 119 e E Bikes im engeren Sinn O sind mit einem Elektromofa zu vergleichen und lassen sich mit Hilfe des Elekt roantriebs durch einen Drehgriff oder Schaltknopf fahren auch ohne dabei in die Pedale zu treten Wird die Motorleistung von 500 Watt und eine H chstgeschwindigkeit von ma ximal 20 km h nicht berschritten gelten diese Fahrzeuge als Kleinkraftrad fr her Leicht Mofa Auch hier sind ein Versicherungskennzeichen eine Betriebserlaubnis und mindestens eine Mofa Pr fbescheinigung zum Fahren notwendig Man ist auf die eigene Leistungsf higkeit angewiesen wenn man schneller als 20 km h fahren m chte Eine Helmpflicht besteht bei den E Bikes nicht Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 120 Tabelle 4 10 zeigt die Hinweise des Infocenters der R V Versicherung zum Betrieb von E Bikes und Pedelecs R V 2013 Tabelle 4 10 Hinweise des Infocenters der R V Versicherung zum Betrieb von E Bikes und Pedelecs R V 2015 e Ger t darf sich nicht in Reichweite von brennbaren Materialien befinden e Der Akku braucht etwa zehn Minuten um sich an die Raumtemperatur anzu passen sonst kann er sich beim Laden aufbl hen und entz nden e Akku m glichst drau en an einem wettergesch tzten Platz aufladen e Steht das E Bike l ngere Zeit ungenutzt im Keller kann sich der Akku tief entla den Oft gen gen schon zehn Wochen und er ist besch digt Dadurch
218. te Lithium lonen Batterien UN 3480 und Lithium Metall Batterien UN 3090 Abbildung 10 Sammelbox des GRS gebrauchte nicht besch digte Lithium lonen Batterien UN 3480 und Lithium Metall Batterien UN 3090 Abbildung 11 Sammelbox des GRS f r gebrauchte nicht besch digte Lithium lonen Batterien UN 3480 und Lithium Metall Batterien UN 3090 Abbildung 12 Sammelbox des GRS gebrauchte nicht besch digte Lithium lonen Batterien UN 3480 und Lithium Metall Batterien UN 3090 Abbildung 13 Beispiele f r VG I Verpackungen Aluminium und Stahlbeh lter zum Transport besch digter Lithium Ionen Batterien UN 3480 und Lithium Metall Batterien UN 3090 Abbildung 14 Kurz Checkliste f r Lithium Ionen Heimspeicher KIT 2014 Kaiser J et al 2015 Abbildung 15 Versuchseinrichtung zur Untersuchung der Brand und Rauchausbreitung sowie der Brandbek mpfung bei Lithium lonen Batterien und Lithium Metall Batterien an der FFB 12 13 13 16 59 59 65 73 90 90 90 91 97 133 159 Abbildung 16 Versuch mit einer Lithium lonen Batterie Zylind Zelle Typ 18650 in normaler Luftatmosph re FFB Abbildung 17 Versuch mit einer Lithium Metall Batterie Lithium Fotobatterie CR 123A in normaler Luftatmosph re FFB Abbildung 18 Pr fung der Feuerbest ndigkeit von Lithium Ionen Fahrzeugbatterien nach ECE R 100 2013 Abbildung 19 Beispiel Pr fung der Feuerbest ndigkeit von Li
219. tem Tieftemperaturverhalten und eine geringe Selbstentladung bis gt 10 Jahre Lagerf higkeit auf Die Einsatzgebiete sind z B e netzunabh ngige Versorgung von elektronischen Ger ten im milit rischen und industriellen Bereich e in der Sicherheitstechnik z B in Langzeit Rauchwarnmeldern e in elektronischen Energiez hlern und Heizungskostenverteilern e Pufferbatterien f r elektrische Ger te wir z B Kameras Uhren speicherpro grammierbare Steuerungen SPS e in Kraftfahrzeugen Airbags automatische Kollisionssysteme Gurtstraffer Brem sensteuerung Kommunikationssysteme digitale Fahrtenschreiber T ren Schl sser Motorsteuerung Bordrechner Systeme zum Wiederauffinden gestoh lener Fahrzeuge Telematik eCall Reifendruckkontrolle Aufladbare Lithium lonen Batterien haben als Vorteile eine hohe spezifische Energie und Energiedichte und einen sehr geringen Memory Effekt Die Selbstentladung von Lithium Sekund rbatterien ist allerdings h her als bei Lithi um Prim rbatterien Weiterhin ist die Energiedichte bei Lithium Sekund rbatterien geringer als bei Lithi um Prim rbatterien Die Einsatzgebiete von Lithium lonen Batterien sind z B Vorwort e Antriebsbatterien in elektromotorbetriebenen Fahrzeugen wie PKW Nutzfahrzeu gen Elektrobusse Elektrofahrr der Elektrorollst hle e schnurlose Elektrowerkzeuge und Gartenger te e Mobiltelefone Smartphones Funkger te Kameras Camcorder Spielzeuge
220. ten Wachstum sog Dendri Zusammenfassung 173 ten Nestern k nnen sich Zellen auch mechanisch deutlich ver ndern Das zeigt sich z B in einer Dickenzunahme oder in Ausbuchtungen des Zellgeh uses Weiterhin sind Brandrisiken durch Fertigungsfehler bei der Batterieherstellung oder in Folge von Alterungsprozessen oder schleichender chemischer Prozesse nicht voll st ndig auszuschlie en Ein weiteres Problem sind gef lschte Lithium Ionen Batterien und Ladeger te die oft im Internet angeboten werden In vielen F llen sind die Produkte nicht mit den ent sprechenden Sicherheitselementen gem den geltenden Qualit tsstandards der Original Hersteller ausger stet Aus diesem Grund kann es beim Gebrauch bzw La den zu Problemen kommen Bei der sicherheitstechnischen Beurteilung von lithiumhaltigen Batterien ist folgendes zu ber cksichtigen e Elektrische Sicherheit o Gef hrdung durch elektrische Spannung Hochvolt Bereich HV Bemerkung Gleichspannungen ber 120 V sind lebensgef hrlich o Gef hrdung durch elektrischen Strom Bemerkung Stromst rken ber 50 mA sind lebensgef hrlich e Chemische Sicherheit Gefahr durch austretende toxische Stoffe e Gefahr durch Feuer und oder Explosion Einen entscheidenden Einfluss auf die Sicherheit haben zum einen die mechani schen Eigenschaften der Batterien wie e Konstruktion des Systems z B Geh usematerial Schockabsorbersysteme e Berstscheiben Sicherheitsventile oder Sol
221. tens 100 Wh Lithium Metall Zellen mit h chstens 1 g Lithium oder Batterien mit Gesamtmenge mit h chstens 2 g Lithi um die lose oder in Ausr stungen zur Entsorgung gesam melt und zur Bef rderung aufgegeben werden auch zu sammen mit anderen gebrauchten Zellen oder Batterien die kein Lithium enthalten unter bestimmtem Bedingungen nicht den brigen Vorschriften des ADR wenn die Vorschrif ten der Verpackungsanweisung P909 beachtet werden Gesamtmenge je Bef rderungseinheit h chstens 333 kg Kennzeichnung LITHIUMBATTERIEN ZUR ENTSOR GUNG bzw LITHIUMBATTERIEN ZUM RECYCLING Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lithiumhaltigen Batterien 72 SV376 SV 377 Lithium Ionen Zellen oder Batterien und Lithium Metall Zellen oder Batterien bei denen festgestellt wurde dass sie so besch digt oder defekt sind dass sie nicht mehr dem nach den anwendbaren Vorschriften des Handbuchs Pr fungen und Kriterien gepr ften Typ entsprechen Unterscheidung zwischen e Defekte Batterien von denen voraussichtlich keine Ge fahr w hrend der Bef rderung ausgeht o Transport nach neuer Verpackungsanweisung P908 o Versandst cke Kennzeichnung mit Aufschrift BE SCH DIGTE DEFEKTE LITHIUM IONEN BATTERIEN bzw BESCH DIGTE DEFEKTE LI THIUM METALL BATTERIEN Defekte Batterien die unter normalen Bef rderungs bedingungen zu einer schnellen Zerlegung gef hrlichen Reaktion Flammenbildung gef hrlichen W rmeent wic
222. ter Additive kann hier helfen den Wasserbedarf zu reduzieren und den L scherfolg zu beschleunigen Beide getesteten Additive haben in den Ver suchen eine gute Wirkung gezeigt Egelhaaf M et al 2013 Um das L schmittel schnell an die Oberfl che des eingebauten Akkus zu bringen k nnen L schmittelzus tze mit einer Netzmittelwirkung Vorteile haben Dies trifft f r F 500 zu aber auch f r konventionelle Mehrbereichsschaummittel Mehrbereichs schaummittel wurden allerdings zum Vergleich nicht untersucht Egelhaaf M et al 2013 Die Ergebnisse sind durch den Einsatz unterschiedlicher Strahlrohrtypen und unter schiedlicher Durchflussraten nur bedingt vergleichbar Egelhaaf M et al 2013 Brandszenarien Branddetektion Brandbek mpfung Pers nliche Schutzausr stung L schmittel und L schtechniken 147 G rtz R Marx T 2014 kommen zu folgenden Schlussfolgerungen bei der Brand bek mpfung von Lithium lonen Batterien e Wasser oder w ssrige L schmittel wie Schaum oder Gel k nnen nach derzeiti gem Stand des Wissens die fortschreitende Zersetzung von Lithium lonen Zellen am effektivsten bremsen oder stoppen e Wasser hat zudem den Vorteil dass es gef hrlichen Fluorwasserstoff aus den Rauchgasen ausw scht e Bei gro en Br nden ist das L schwasser entsprechend aufzufangen e Der Einsatz von Metallbrandpulver ist weder zweckm ig noch notwendig Da das Pulver nicht k hlt hat dieses L schmitte
223. terien insbesondere im Hinblick auf die verwendeten Stoffe und deren chemisch physikali sche und toxikologische Eigenschaften Der Begriff Batterie bezeichnete urspr nglich die Zusammenschaltung mehrerer Zel len Jedoch hat sich inzwischen ein Bedeutungswandel des Begriffs vollzogen so dass mit Batterie auch eine einzelne Zelle gemeint sein kann Lithium Metall Batterien enthalten im Gegensatz zu den wiederaufladbaren Lithium lonen Batterien leichtentz ndliches Lithium in metallischer Form als negative Elekt rode Anode Bei Lithium Ionen Batterien sind die Lithium Ionen bei der Anode re versibel in eine feste Wirtsmatrix aus Graphit eingelagert Lithium Interkalations verbindung Sowohl in Lithium Metall als auch in Lithium lIonen Batterien sind zum Teil Materia len f r die positive Elektrode Kathode im Einsatz die aufgrund des gebundenen Sauerstoffes eine exotherme Zersetzungsreaktion unter Sauerstoffabgabe zeigen k nnen Als Leitsalz wird in den wasserfreien organischen Elektrolyten der Lithium lonen Batterien blicherweise Lithiumhexafluorophosphat LiPF6 verwendet welches bei Kontakt mit Wasser Fluorwasserstoff freisetzt Bei Lithium Metall Batterien wird meist ein fluorfreies Leitsalz verwendet Wie die Literaturuntersuchungen gezeigt haben sind die meisten Lithium lonen Zellen in den Batterien nicht f r Betriebs und Lagertemperaturen ber 60 C ausge legt Die optimale Betriebstemperatur liegt zwischen
224. thium Batterien VdS 3103 2012 e Einhaltung aller Vorgaben der jeweiligen Hersteller und Sicherheitsdatenbl tter e Verhinderung u erer Kurzschl sse Schutz vor Kurzschluss der Batteriepole e z B durch Verwendung von Polkappen e Verhinderung innerer Kurzschl sse Schutz vor mechanischen Besch digungen e uumgehende fachgerechte Entsorgung besch digter Produkte auch bei gerings ten Besch digungen e nicht unmittelbar und dauerhaft hohen Temperaturen oder W rmequellen aus setzen z B direkter Sonneneinstrahlung e separierte Lagerung Mischlagerungen unterbinden e Bei der Lagerung innerhalb von Geb uden einen Freistreifen von 2 5 m zu ande ren G tern oder Einrichtungen einhalten oder in brandschutztechnisch abge trennten Bereichen z B Container Sicherheitsschr nke Gefahrstoffraurn la gern e Schulung der Mitarbeiter im fachgerechten Umgang mit Lithium Batterien analog Gefahrstoff e Bereitstellung von geeigneten Feuerl schern gem Sicherheitsdatenbl ttern und Unterweisung der Mitarbeiter in der Handhabung F r den Transport der Zellen und Batterien sind die Anforderungen der UN38 3 ein zuhalten Hierdurch wird erreicht dass die Zellen und Batterien angemessenen Qua lit tsstandards gen gen Durch die UN 38 3 Zertifikate kann auch dem Einsatz m g licherweise im Ausland hergestellter ungepr fter Zellen begegnet werden VdS 3103 2012 Transport Lagerung Sammlung und Recycling von lit
225. thium Ionen Fahrzeugbatterien nach ECE R 100 2013 an der FFB hier Lithium lIonen Batterie ber dem Benzin Poolfire in Phase B Direkte Beflammung Batterie aus Geheimhaltungsgr nden unkenntlich gemacht 160 161 162 163 TABELLENVERZEICHNIS Tabelle 1 1 Energiedichte ausgew hlter Energiespeicher und Prim renergietr ger Tabelle 2 1 Auswahl handels blicher Ausf hrungen von Lithium Metall Batterien Tabelle 2 2 Auswahl und Eigenschaften von Stoffen und Bestandteilen die bei handels blichen Lithium Metall Batterien zum Einsatz kommen k nnen Korthauer R et al 2013 Jossen A Weydanz W 2006 Gestis 2015 Tabelle 2 3 Stoffeigenschaften chemische Reaktionen und toxikologische Eigenschaften von Lithium Gestis 2015 Keune H Augustin M 1972 Tabelle 2 4 Technische Stromrichtung und Richtung der Elektronenbewegung Springer G 1989 Laden und Entladen von Lithium lonen Batterien Jossen A Weydanz W 2006 Tabelle 2 5 Spannung und Energieinhalt von Lithium lIonen Batterien in unterschiedlichen Anwendungen Auswahl Tabelle 2 6 Auswahl und Eigenschaften von Stoffen und Bestandteilen die bei handels blichen Lithium Ionen Batterien zum Einsatz kommen k nnen Korthauer R et al 2013 Jossen A Weydanz W 2006 BSW et al 2014 Gestis 2015 Enderlein H et al 2012 Tabelle 2 7 Stadien des Versagens einer Lithium Ionen Batterie bis zum the
226. tiven Laden auch W Charge genannt findet man bei W Charge 2011 Beim Vergleich sicherheitstechnischer Aspekte zwischen kabellosem und kabelgebundenen Laden ergeben sich nach Charge 2011 folgende Unter schiede Tabelle 4 9 Vor und Nachteile des kabellosen sowie kabelgebundenen Ladens in Bezug auf die Sicherheit Charge 2011 Kabelloses Laden Kabelgebundenes Laden Vorteile e keine freiliegenden Kontakte e keine signifikanten elektromag e unabh ngig von Witterungsbe netischen Felder dingungen Nachteile e Feldst rke muss Sicherheitskri e herumh ngende Kabel im terien entsprechen und validiert halb J ffentlichen Raum werden e M glichkeit von freiliegenden Kontakten z B bei defekten Kabeln e Kriechstr me bei N sse e Vandalismus Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 118 4 2 Elektrofahrr der Pedelec E Bike Nach dem Allgemeinen Deutschen Fahrrad Club e V ADFC 2015 werden die verschiedenen Typen von Elektrofahrr dern wie folgt unterschieden e Pedelec Pedal Electric Cycle O Elektromotor bis maximal 250 Watt unterst tzt den Fahrer w hrend des Tre tens und nur bis zu einer Geschwindigkeit von 25 km h Wer schneller fahren will ist auf die eigene K rperleistung angewiesen die bei einem durchschnittlichen Radfahrer etwa 100 Watt betr gt Der Unterst tzungsgrad kann in mehreren Stufen eingestellt werden und ist a
227. trelevanten Erfor dernisse an die pers nliche Schutzausr stung der Einsatzkr fte sowie die L schmit telr ckhaltung bei der Brandbek mpfung Ein weiteres Thema ist z B auch der Abtransport von Fahrzeugen mit fest eingebau ten und evtl nicht erkennbar besch digten Lithium lIonen Batterien bei einem Unfall sowie die Entsorgung von besch digten Batterien Eine m gliche Brandgefahr ergibt sich beim Sammeln bei der Lagerung und beim Recycling von gebrauchten oder besch digten Batterien teilweise noch im gelade nen Zustand und mit nicht isolierten Anschlusspolen Amon F et al 2012 Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien 6 2 Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Be trachtung von lithiumhaltigen Batterien Nach Jossen A Weydanz W 2006 bezeichnete der Begriff Batterie urspr nglich die Zusammenschaltung mehrerer Zellen Jedoch hat sich inzwischen ein Bedeu tungswandel des Begriffs vollzogen so dass mit Batterie auch eine einzelne Zelle gemeint sein kann Eine lithiumhaltige Zelle ist hierbei ein galvanisches Element welches aus folgenden Hauptkomponenten besteht e Elektrodenpaar negative Elektrode Anode positive Elektrode Kathode e Elektrolyt o Stoff der die beweglichen lonen enth lt Das Leitsalz im Elektrolyt bernimmt den Ladungstransport e Separator o Der Separator hat die Aufgabe einer Barriere die die beiden Elektroden Anode und
228. tterie aus Geheimhal tungsgr nden unkenntlich gemacht Versuche mit Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien an der FFB 164 6 1 3 Analyse von Brandr ckst nden eines Kurzschlussversuches einer Li thium Ionen Fahrzeugbatterie An der Forschungsstelle f r Brandschutztechnik wurde im Anschluss an einen Ver such mit Kurzschluss einer Lithium Ionen Fahrzeugbatterie eine Analyse der Ver brennungsr ckst nde Asche Kondensat an den W nden und am Boden des Ver suchsraumes von einem akkreditierten chemischen Labor durchgef hrt FFB 2011 Aus Geheimhaltungsgr nden k nnen keine weiteren Angaben zur verwendeten Li thium lonen Batterie zum Versuchsaufbau zur Versuchsdurchf hrung und zu sons tigen Versuchsergebnissen gemacht werden Die R ckst nde wurden neben anderen Substanzen untersucht auf e Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe PAK e Phosgen e Fluorid e Fl chtige organische Verbindungen Volatile Organic Compounds VOCs e Dioxine e Furane Diese Analyseergebnisse sind nur f r den verwendeten Batterie bzw Zelltyp unter den durchgef hrten Versuchsbedingungen g ltig Bei anderen stofflichen Zusam mensetzungen von Batterien und Versuchsbedingungen ist ein abweichendes Analy seergebnis zu erwarten Die Bestimmung von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen PAK er folgte hierbei nach EPA Environmental Protection Agency Umweltschutzbeh rde der USA Die EPA hat aus den mehrere
229. tzen Eine minimierte Gefahr ergibt sich beim Transport bei niedrigem Ladezu stand und somit niedrigem Energieinhalt e Kapazit tsverluste und Alterung von Lithiumzellen O Reversibler Kapazit tsverlust Selbstentladung keine Sch digung der Zelle kann durch Aufladen der Zelle wieder vollkommen ausgeglichen werden Steigt bei h heren sinkt bei niedrigeren Temperaturen Irreversibler Kapazit tsverlust begrenzt die Lebensdauer einer Lithium Ionen Zelle unabh ngig von der Benutzung limitierte kalendarische Lebensdauer von ca 5 Jahren nimmt mit sinkender Spannung und sinkender Temperatur ab Altern der Lithium Zellen durch Benutzung Zyklisierung der Zelle Laden und Entladen der Zellen insbesondere berladung verringert die Lebensdauer am meisten Dauerladung sch digt die Zelle Zu hohe Ladespannung bewirkt verst rkt Zersetzungsprozesse Hohe Stromdichten aus nicht daf r optimierten Zellen zerst ren Deck schichten und bewirken Anstieg der Temperatur Tiefentladung Korrosion der Stromableiter speziell der Kupferfolie Gel s tes Kupfer kann zu Kurzschl ssen in der Zelle f hren Umgebungstemperatur au erhalb des erlaubten Bereiches 20 bis 50 C Im Batteriepack muss die Temperatur besonders kontrolliert werden Schw chste Zelle bestimmt die Gesamtkapazit t Alterungseffekte sind stark temperaturabh ngig Durch unterschiedliche Zelltemperaturen kommt es zu einem individuellen Altern der einzelnen Z
230. u leichten Temperaturschwankungen 8 min nach Z ndung erste Reaktionen der Batterie Kurzschluss Durchbrennen des Batteriegeh uses mit Bildung eines kleinen Lo ches ausstr mendes Gas entz ndet sich Kurzes ffnen der berdruckventile ausstr mendes Gas brannte mit bis zu 2 m langen Flammen bei noch brennendem St tzfeuer ab Kurzschl sse f hrten zu wei en Stichflammen etwas fl ssiges Aluminium wurde innerhalb eines Radius von ca 2 m aus dem Geh use geschleudert 11 min Batterie brennt nach Abbrand des Heptans eigenst ndig weiter jedoch mit deutlich geringerer Brandintensit t Fl ammenl nge ca 40 cm relativ heller Rauch 21 min L schbeginn mit CM Strahlrohr sehr starke Bildung von hellem Rauch 30 min nur noch minimale Rauchbildung L schdauer gesamt 17 min 30 s L schwassermenge 400 I 3 Std 30 min Batterie wird in Wasserbad getaucht Bildung von Gasblasen ber mehrere Std Brandszenarien Branddetektion Brandbek mpfung Pers nliche Schutzausr stung L schmittel und L schtechniken 145 Sowohl L schwasser als auch Einlagerungswasser k nnten aufgrund einer La boruntersuchung einer Kl ranlage ber das Kanalnetz zugef hrt werden Versuch 2 Wasser mit Zusatz F500 Versuchsablauf Lithium lonen Batterie wie Versuch 1 entsprechend der Einbaulage im Fahr zeug in speziell gefertigten Gestellen gelagert und ber einer Brennwanne 45 n Heptan Brenndauer ca 11 min positionier
231. uchungen mit Lithium Metall Batterien zu folgenden Ergebnissen e Eine relative kleine Z ndquelle reicht aus um Lithium Prim rbatterien in Brand zu setzen e Die u ere Kunststoffbeschichtung schmilzt sehr leicht f hrt zum Verschmelzen angrenzender Batterien und entz ndet sich e W rmefreisetzung f hrt zur Selbstentz ndung von Lithium Bemerkung FFB Halon 1301 Bromtrifluormethan CF3Br als auch Halon 1211 Bromchlordifluormethan CF2ClIBr ist durch das Montrealer Protokoll 1 1 1989 verboten und als L schmittel nur noch in Ausnahmef llen z B f r milit rische Anwendungen sowie in der Luftfahrt zugelassen Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 126 e Der Lithiumbrand einer einzelnen Batterie erzeugt gen gend Energie um benach barte Batterien zu entz nden e Der Brand breitet sich solange aus bis s mtliche Batterien verbrannt sind e Halon 1301 hat sich als unwirksam bei der Brandbek mpfung von Lithium Prim r Batterien erwiesen e Halon 1301 scheint mit dem brennenden Lithium und dem Elektrolyt zu reagieren und f hrt zu einer Farb nderung bei der Funkenbildung des reagierenden Lithiums von wei nach tiefrot jedoch ohne Auswirkung auf die Branddauer und intensit t e Durch den L scheinsatz mit Halon wird die Temperatur im Frachtraum des Flug zeuges nicht unter die Selbstentz ndungstemperatur abgek hlt D h Batterien die bisher nicht vom Brand betroffen wa
232. ung 19 45 Uhr Rauchentwicklung aus Dach e 5 min sp ter Feuerwehr vor Ort e Wechselrichter und DC Freischaltstelle der Photovoltaikanlage und Stromspei cher 11 5 kWh 440 V Gileichspannung Metallgeh use 3 Lithium Eisen Phosphat Batterien mit insgesamt 90 Zellen im Dachboden installiert e Keine Sicht durch starke Verrauchung genaue Lage der stromf hrenden Lei tungen und elektrischen Anlagenteile nicht mehr erkennbar e Innenangriff wurde abgebrochen da Sicherheitsabstand bei Brandbek mpfung im Bereich elektrischer nicht gew hrleistet war e Au enangriff durch das Dach aufgrund de Aufsparrend mmung nicht m glich e Dann Au enangriff durch Zerst rung des Giebelfensters Verwendung von Wasser kein Einsatz von L schschaum und L schmittelzusatz F 500 auf grund fehlender Erfahrung der Einsatzkr fte beim Abl schen von Photovoltaik modulen und Lithium lonen Batterien Kohlendioxid L scher und ABC Pulver l scher zeigte keine L schwirkung e Parallel zu den L schma nahmen wurde die Hauptstromleitung am Hausan schlusskasten im Dachboden abgeklemmt Stromzuf hrung zum Haus erfolgte ber Dachst nder e Feuerwehr beschr nkte sich darauf eine Brandausbreitung zu verhindern w h rend der Photovoltaik Stromspeicher unter st ndiger Druckbel ftung langsam ausbrannte ca 2 Std e Brandursache mit gro er Wahrscheinlichkeit technischer Defekt im Photovolta ik Stromspeicher genaue Brandausbruchsstelle konnte aufgrund des h
233. ung in normaler Luftatmosph re Zeit 0 Einschalten des W rmestrahlers Zeit 6 min 28 s Thermisches Durchgehen Thermal Runa way der Lithium Ionen Batterie und Ent z ndung eines dar ber aufgeh ngten Papp kartons gt Z ndung benachbarter Brand last Zeit 6 min 30 s Thermisches Durchgehen der Batterie fortgeschrittenes Stadium Abbildung 16 Versuch mit einer Lithium lonen Batterie Zylind Zelle Typ 18650 in normaler Luftatmosph re FFB Versuche mit Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien an der FFB 161 Tabelle 6 3 Beispiel eines Versuches mit Lithium Metall Batterie Fotobatterie Typ CR 123A in normaler Luftatmosph re FFB Beispiel eines Versuches mit Lithium Metall Batterie FFB Lithium Fotobatterie CR 123A Spannung 3 V Kapazit t 1 500 mAh Abmessungen Durchm 17 mm H he 34 mm Anode metallisches Lithium mit Graphit als Leitzusatz Kathode Mangandioxid MnO Elektrolyt 1 2 Dimethoxyethan DME 1 3 Dioxolan Leitsalze Lithiumperchlorat Lithium Trifluormethansulfonat Bis trifluormethan sulfonimide Lithium Salz Versuchsbedingungen e Thermische Belastung Aufheizung der Batterie mit Keramikstrahler 6 6 cm Oberfl chentemperatur ca 660 C Abstand 1 5 cm Brand und Rauchausbreitung in normaler Luftatmosph re wit ai Zeit 0 Einschalten des W rmestrahlers Zeit 8 min 39 s Thermisches Durchgehen Thermal Runa
234. ung von Lithium Ionen und Lithium Metall Zellen Ablaufdatum und Batterien oder Ausr stungen die solche Zellen und 30 06 15 Batterien enthalten zur Entsorgung oder zum Recycling gem Sondervorschrift 636 Abbildung 8 zeigt die Kennzeichnung bzw Warnhinweis eines Versandst ckes mit Lithium lonen Batterien gem SV 188 ADR2015 2014 Transportdokument ADR allg Warn Z ZIFFFLLLELLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLL NNSSSSSSSSSNSNSONSSNSSSSNSSNSSSNSSNSNSNSSSSNN CAUTION IF DAMAGED LITHIUM ION BATTERY DO NOT LOAD OR TRANSPORT PACKAGE IF DAMAGED For more information call NNNNNSSSONSNNSNNSSNNSNNNNNNNNSNNNSNSNSNSNSNNN s LZZFLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLL hinweis Sprache variabel formlos z B Lieferschein Lieferung enth lt Lithium lonen Batterien Bef rderung nach SV 188 Packst ck sorgsam behandeln bei Be sch digung besteht Entz ndungsgefahr Wird das Packst ck besch digt muss es isoliert berpr ft und neu verpackt wer den Weitere Informationen unter Tel Nummer Abbildung 8 Kennzeichnung eines Versandst ckes f r Lithium Ionen Batterien ge m SV 188 ADR2015 2014 Beispielhaft wird nachfolgend detailliert der Inhalt der Multilateralen Vereinbarung M 228 zur Bef rderung von Prototypen gro er Lithium lIonen Batterie Baugruppen UN 3480 wiedergegeben um die inhaltliche Komplexit t solcher Richtlinien aufzu zeigen siehe Tabelle 3 5
235. uran lt 2 0 1 lt 0 2 1 2 3 4 6 7 8 Heptachlordibenzofuran lt 2 0 1 lt 0 05 1 2 3 4 7 8 9 Heptachlordibenzofuran lt 2 0 1 0 05 Octachlordibenzofuran lt 50 0 001 lt 0 050 PCDF PCDD nach AbfKl rV lt 50 lt 2 Das beauftragte akkreditierte chemische Labor kam zu folgender weiterer Bewertung bei der Analyse der R ckst nde Die Brandr ckst nde sind inhomogen in dem Reaktionsraum verteilt Es kann nicht garantiert werden dass die Probe repr sentativ ist obwohl von verschiedenen Stel len Materialentnommen und durchmischt wurde Die analysierten Parameter schlie Ben nicht aus dass es weitere Substanzen in den Brandr ckst nden geben kann In der Asche aus dem Reaktorraum wurden keine Dioxine und Furane nachgewie sen Zur Bestimmung von Phosgen wurde aus der ber den R ckst nden stehenden Luft eine Probe entnommen Es wurde kein Phosgen nachgewiesen Nachweisgren ze 0 05 ppm Zusammenfassung 169 7 Zusammenfassung Lithium Metall Batterien Lithium Prim rbatterien nichtwiederaufladbar und Lithium lonen Batterien Lithium Sekund rbatterien Akkus wiederaufladbar werden auf grund ihres hohen Energiespeicherverm gens zunehmend als Batterien bei unter schiedlichen Anwendungen f r elektrische Verbraucher eingesetzt Die Energieinhalte reichen hierbei z B bei Lithium Ionen Batterien von 0 02 kWh Spannung 7 4 V DC bei Camcordern bis ca 85 kWh bei Elektro PKW Spannung ca 400 V DC bis 380 kWh b
236. way der Lithium Metall Batterie Zeit 8 min 49 s Entz ndung eines dar ber aufgeh ngten Pappkartons gt Z ndung benachbarter Brandlast Abbildung 17 Versuch mit einer Lithium Metall Batterie Lithium Fotobatterie CR 123A in normaler Luftatmosph re FFB Versuche mit Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien an der FFB 162 6 1 2 Versuche mit Lithium lonen Batterien f r Elektrofahrzeuge Pr fung der Feuerwiderstandsf higkeit nach ECE R 100 An der Forschungsstelle werden seit einigen Jahren Versuche an gro en Lithium lonen Batterien f r Elektrofahrzeuge zur Pr fung der Feuerwiderstandsf higkeit u a nach ECE R 100 2013 durchgef hrt siehe Abbildung 18 ECE R 100 Einheitliche Bedingungen f r die Genehmigung der Fahrzeuge hinsichtlich der besonderen Anforderungen f r den Elektroantrieb Pr fung des Feuerwiderstandes Screen Phase A Vorw rmen e Der Kraftstoff Benzin ist in der Brenn wanne zu entz nden dabei muss sich diese in einem Abstand von mindes tens 3 m zu dem zu pr fenden wieder aufladbaren Batterie befinden e Nach einer Vorbrennzeit von 60 s ist die Wanne unter die Batterie zu stellen Windgeschwindigkeit lt 2 5 km h Phase B Direkte Beflammung e Die Batterie ist 70 s lang den Flammen des frei brennenden Kraftstoffs auszu setzen Bewegung der Batterie oder der Brennwanne ren Sheet metal pan KEEN aAA N
237. wehrverbandes wiedergebeben AGBF DFV 2014 Tabelle 4 6 Gef hrdungsbeurteilung Brand von Fahrzeugen mit Elektroantrieb AGBF DFV 2014 Brandbek mpfung e Bei batteriebetriebenen Fahrzeugen besteht im Falle eines Brandes kein we sentlicher Unterschied in der Brandbek mpfung im Vergleich zu Fahrzeugen mit konventionellem Antrieb e Nach aktuellem Wissensstand kam es bisher nur selten zu besonderen Brand reaktionen eine statistische Bewertung zur Ursache und Wirkung liegt nicht vor e Einsatztaktisch ist Wasser das L schmittel der Wahl e Bei Fl ssigkeitsbr nden kann Netzmittel bzw Schaum genutzt werden e Umso fr her die K hlung der Batterien einsetzt desto schneller wird die Reakti on in den Zellen reduziert und kann ein thermisches Durchgehen englisch Thermal Runaway sich selbst verst rkender w rmeproduzierender Prozess verhindert werden e Nur in seltenen Einzelf llen kann es zu einem Metallbrand Lithium oder Alumi nium in der Batterie kommen e Das langfristige K hlen der Batterie en ist wichtig um R ckz ndungen zu ver meiden Elektrische Gefahren e Aufgrund der elektrischen Gefahren sind die Grunds tze der Brandbek mpfung in elektrischen Anlagen und die Einhaltung der Strahlrohrabst nde nach VDE 0132 einzuhalten DIN VDE 0132 2012 2014 e In Elektrofahrzeugen sind die Spannung f hrenden Teile orange gekennzeich net Pers nliche Schutzausr stung e Es besteht bei Br nden
238. weise und Gef hrdungspotenzial 2012 von Li lonen Zellen Elektronik ecodesign 2012 S 33 35 http www batteryuniversity eu Nuetzliche Links Batteriewissen DE_index_1126 html 921 EltVO Verordnung des Ministeriums f r Verkehr und Infra 2012 struktur ber elektrische Betriebsr ume EltVO Ba den W rttemberg MVI vom 28 Oktober 1975 zu letzt ge ndert 25 Januar 2012 GBI Nr 3 S 65 in Kraft getreten am 28 Februar 2012 8983 DIN EN 15527 DIN EN 15527 2018 Charakterisierung von Abf llen Bestimmung von po lyeyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen PAK Literaturverzeichnis in Abfall mittels Gaschromatographie Massenspektrometrie GC MS Deutsche Fassung EN DIN EN ISO 11885 12009 DIN EN ISO 11885 Wasserbeschaffenheit Bestimmung von ausgew hl ten Elementen durch induktiv gekoppelte Plasma Atom Emissionsspektrometrie ICP OES Beuth Ver DIN 38405 4 1985 DIN 38405 4 Deutsche Einheitsverfahren zur Wasser Abwasser und Schlammuntersuchung Anionen Gruppe D Be stimmung von Fluorid D 4 Beuth Verlag Berlin 1985 Earmnnnenennenenennenenennenenenpenenenneneennenenennenenenneneennenenennenenennenenennenenennenenennenenennbornnnnenennenenenneneneenenenennenenenenenennenenennenenennenenennenenenenenennenenennenenennenenennenenennenenennenenenenenennenenenenenenenenennenenennenenennenenennenenennenenenenenennenenennene
239. wiederaufladbaren Zellen e problematisch bei blichen L schmethoden Schaum Kohlenstoffdioxid Wassernebel Sand die darauf ab Wassergef hrdung siehe auch Abschnitt 5 4 Aufbau Eigenschaften und sicherheitstechnische Betrachtung von lithiumhaltigen Batterien zielen den Luftsauerstoff auszuschlie en gt wir kungslos e Toxizit t und Wassergef hrdung o gesundheitssch dlich Aluminiumchlorid AlCls Leitsalz e fester Stoff e Toxizit t und Wassergef hrdung o tzend Organische L sungsmittel und sonstige Bestandteile z B Ethylenglycoldimethylether 1 2 Dimethoxyethan DME C4H1002 e fl ssig Dichte 0 87 g cm 20 C e leichtentz ndlich Flammpunkt 2 C Z ndtempera tur 200 C untere Explosionsgrenze 1 6 Vol obere Explosionsgrenze 10 4 Vol e Toxizit t und Wassergef hrdung o giftig o schwach wassergef hrdend WGK 1 Ethylencarbonat EC C3H4O fest leicht l slich in Wasser brennbar Flammpunkt 143 C Z ndtemp 447 450 C e Toxizit t und Wassergef hrdung o Verursacht schwere Augenreizung o schwach wassergef hrdend WGK 1 Propylencarbonat PC C4H8O fl ssig Dichte 1 21 g cm 20 C leicht l slich in Wasser wenig fl chtig e Flammpunkt 135 C Z ndtemperatur 430 C e untere Explosionsgrenze 1 9 Vol obere Explosi onsgrenze keine Angabe e relative Dichte des Dampf Luft Gemisches Dichte ver
240. wirkt Es ist mit viel Wasser zu l schen bzw zu k hlen 6 Elektrische Lade e Wenn m glich Ladekabel von Lades ule abziehen oder Infrastruktur Lades ule abschalten Das Ladekabel ist grunds tzlich vom Fahrzeug zu trennen e Vor dem Trennen sind Kabel und Stecker visuell auf eventuelle Besch digungen zu pr fen e Bei schweren Unf llen ist das HV System des Fahr zeugs zu deaktivieren e Hinweis Das Fahrzeug HV System kann unabh ngig von der Ladestation auch im Stand aktiv sein z B Standklimatisierung e Dieser Fall ist von der technischen Infrastruktur der f fentlichen Ladestation abgesichert und es erfolgt in der Regel eine Abschaltung e Der Betreiber der ffentlichen Ladestation sollte infor miert werden Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 106 7 Fahrzeuge im Was ser Im Wasser besteht durch das HV System grunds tzlich kein erh htes Stromschlagrisiko Die Vorgehensweise beim Bergen ist identisch zu kon ventionellen Fahrzeugen Dies gilt auch f r Karosserien aus Kohlefaserverbund werkstoffen Karbon Gegen ber konventionellen Fahrzeugen besteht in der Regel keine zus tzliche Gefahr f r das Trinkwasser 8 Abschleppen Bergen Transpor tieren Pannenhilfe und Verwahrung Das Entfernen des Fahrzeugs aus dem unmittelbaren Gefahrenbereich mit Schrittgeschwindigkeit ist grund s tzlich immer zul ssig Weitere Anga
241. y Dangerous to Life or Health Belastete Luft Akkumasse AGW Arbeitsplatzgrenzwert 1g 48 m 1 6 m 10g 480 m 16 m 100 g 4800 m 160 m 1000 g 48000 m 1600 m Lambotte S 2012 sieht bei Br nden von Lithium lonen Batterien im Gr enbe reich bis zu 10 g keine besonders kritische Gef hrdung durch HF allerdings muss bei gr eren Akkus z B Laptop davon ausgegangen werden dass erhebliche Mengen HF freigesetzt werden Es sollte daher die Feuerwehr hinzugezogen wer den damit eine intensive L ftung gew hrleistet wird Nach Kaiser J et al 2014 ist in berfluteten R umen mit Knallgasbildung zu rechnen Bei einer vollgeladenen Batterie typischer Gr e 2 bis 4 kWh und einem explosionsf higen Volumenanteil von 4 bis 77 Wasserstoff Luft k nnen sich unter atmosph rischem Druck rechnerisch 100 Knallgas bilden Allerdings kann auch bei nicht verschlossenen Bleibatteriesystemen beim Laden Wasserstoff freigesetzt wer den Bei engen R umlichkeiten ist unter Umst nden auch beim L scheinsatz beim Kontakt von L schwasser mit offenen Zellen eine Wasserstoffbildung in Betracht zu ziehen Lambotte S 2012 beschreibt Versuche mit einzelnen Handy Akkus Die Akkus wurden mit einem Gasbrenner erhitzt Durch den aufgebauten Druck ffnet sich das Geh use berhitzter Elektrolyt wird herausgeschleudert und entz ndet sich unmit telbar mit leichter Rauchentwicklung und Stichflammenb
242. zu 1 Erkundigung Fahrzeugidentifizierung Gef hrdung durch elektrischen Schlag Gef hrdung durch HV Energiespeicher Chemische Gef hrdung Thermische Gef hrdung Brand Elektrische Lade Infrastruktur Fahrzeuge im Wasser oO N 09 O A OOD Abschleppen Bergen Transportieren Pannenhilfe und Verwahrung Ausgew hlte Einsatzgebiete von Lithium Ionen Batterien und Lithium Metall Batterien 103 Tabelle 4 3 gibt einige ausgew hlte Inhalte dieser Hinweise VDA 2013 wieder Tabelle 4 3 Hinweise Auswahl f r die Unfallhilfe und das Bergen von verunfallten Fahrzeugen und Komponenten mit Hochvolt HV Energiespeicher Antrieben VDA 2013 1 Erkundigung Fahrzeug identifizierung Die Typbezeichnungen am Fahrzeugheck wie z B Hyb rid Electric Drive oder zus tzliche Beschriftungen z B am Kotfl gel o weisen eventuell darauf hin Verf gt das Fahrzeug ber keine derartige Typbezeich nung k nnen folgende Merkmale auf ein Fahrzeug mit HV System hinweisen o Elektrischer Ladeanschluss o Orangefarbene Hochvoltleitungen o Warnaufkleber an elektrischen HV Komponenten o Ladeanzeige im Kombiinstrument o Kennzeichnungen auf der Instrumententafel o Keine Abgasanlage Das Fehlen dieser Kennzeichen ist jedoch kein eindeu tiges Indiz daf r dass es sich um ein Fahrzeug ohne ein HV System handelt 2 Gef hrdung durch elektrischen Schlag Eine Personengef hrdung durch einen elektrische

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