Nur mit einer zuverlässigen Produktion, die die spezifischen Brandrisiken in jedem Fertigungsschritt bestmöglich ausschließt, lässt sich die wachsende Nachfrage nach LIB bedienen. LIB sind die aktuell am stärksten vertretene Speichertechnologie und unverzichtbar für den Ausbau der E-Mobilität, stationäre Speichersysteme (BESS) und andere Anwendungen im Zuge der Elektrifizierung. Aus der risikobasierten Analyse der Fertigungsschritte ergeben sich konkrete Auslegungskriterien und Maßnahmen, definierte Prüfanforderungen und ein robustes Abweichungs- und Eskalationsmanagement für den umfassenden vorbeugenden Brandschutz.
Rechtliche Grundlagen und technische Regeln im Überblick
Die wichtigsten baurechtlichen Vorschriften und technischen Regeln für LIB-Fertigungsstätten in Deutschland sind die Musterbauordnung (MBO) (mit ihren Landesbauordnungen (LBO)), die Muster-Verwaltungsvorschrift Technische Baubestimmungen (MVV TB) und die Muster-Industriebaurichtlinie (MIndBauRL). Die MVV TB verweisen auf zahlreiche Normen im Brandschutz (zum Beispiel DIN 4102, DIN 18230, DIN 14675 und die DIN EN 54), die dadurch bauaufsichtlich eingeführt werden und verbindlich anzuwenden sind.
Allerdings decken die Regelwerke nicht alle spezifischen Brandrisiken in Verbindung mit LIB-Zellen ab. Deshalb empfehlen Experten, mit einer risikobasierten Brandschutzstrategie auch das Schadensausmaß, die Eintrittswahrscheinlichkeit und die Möglichkeit zur Vermeidung einer Propagation zu berücksichtigen. Sinnvoll ist es hier, die drei Hauptbereiche Elektrodenfertigung, Zellassemblierung und Zell-Finishing mit ihren spezifischen Risiken zu adressieren. Defekte und Unregelmäßigkeiten schnell zu erkennen, ermöglicht eine frühzeitige Identifizierung von Fehlern oder die Einleitung von Gegen- und Notfallmaßnahmen.
Elektrodenfertigung: Material und Zündquellen kontrollieren
In diesem Schritt geht es vor allem darum, mögliche Zündquellen zu identifizieren und zu reduzieren. Funken oder statische Entladungen führen zum Beispiel dort zu Entzündungen, wo organische Lösungsmittel auf mechanische Prozesse treffen. In der Elektrodenfertigung können auch bei bestimmten Voraussetzungen Staubexplosionen oder Materialfehler als Brandursachen auftreten. Diese Zündquellen zu vermeiden, trägt zusammen mit der Verwendung hochwertiger Rohstoffe und deren sachgerechter Handhabung und Lagerung entscheidend zum Brandschutz bei.
Zellassemblierung: kritische Prozesse
Mechanische Prozesse beim Vereinzeln, Stapeln und Verpacken der Zellen bergen ein hohes Risiko für Schäden. Wärmeeintrag oder technische Störungen können zusätzlich Funken auslösen. Besondere Aufmerksamkeit sollte in diesem Schritt der Elektrolytbefüllung gelten. Schweißen und Kontaktieren sind Prozesse, die durch zusätzlichen Wärmeeintrag eine Entzündung begünstigen können. Mit einer strengen Kontrolle aller Parameter an den Schnittstellen begegnen Hersteller diesem Risiko.
Zell-Finishing: Vorsicht vor thermischem Durchgehen
Im Zell-Finishing finden die beiden aus brandschutztechnischer Sicht gefährlichsten Schritte statt: Formierung und Aging. In beiden besteht ein hohes Risiko für ein thermisches Durchgehen („Thermal Runaway“); eine selbstverstärkende exotherme Erhitzungsreaktion in der Zelle, die in Brand- und/oder Explosionsereignisse münden kann. Diese Reaktion lässt sich nicht stoppen und kann auf benachbarte Zellen übergreifen (propagieren).
Die Formierung bedeutet das erste Laden der Zellen. Fehler aus vorangegangenen Prozessschritten wie Schäden an den Zellen oder eine fehlerhafte Befüllung zeigen hier Wirkung. Beim Aging kommt hinzu, dass viele geladene Zellen über längere Zeit in verschiedenen Temperaturzonen lagern. Nicht immer ist ein Batteriemanagementsystem (BMS) vorhanden, welches dieses Stadium dauerhaft überwacht.
Schutz durch Trennung
Ebenfalls von zentraler Bedeutung sind die bauliche Trennung kritischer Prozesse und individuelle Lösch- und Detektionskonzepte. Hiermit lässt sich auch in den sensiblen Schritten Formierung und Aging das Risiko begrenzen. Auch der Bereich der Lagerung und Verpackung von LIB-Zellen sollte räumlich vom Rest der Anlage getrennt und mit passenden Lösch- und Detektionsmaßnahmen ausgestattet werden.
Risikobasierte Strategie ergänzt das Brandschutzkonzept
Hersteller von LIB-Zellen sowie Anwender, zum Beispiel Betreiber von BESS schützen sowohl ihre Prozesse als auch alle Beteiligten, wenn sie das für die Genehmigung erforderliche Brandschutzkonzept um eine risikobasierte Brandschutzstrategie erweitern. Diese verbindet die Gebäude-, Maschinen- und Prozesssicherheit wirksam. Damit sichern sie gleichzeitig ihre Investitionen ab und erfüllen Anforderungen und Schutzziele des Personen- und Umweltschutzes sowie der Prozesssicherheit.
