Sicherheit im Umgang mit Lithium Akkus und Batterien

Sicherheit im Umgang mit Lithium Akkus und Batterien
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Lithium-Ionen 4S3P Akkupack
16.05.2014 | Wer kennt sie nicht, die letzten Meldungen von Batterie- und E-Bike Bränden, Dreamliner Grounding und das alles wegen Lithium Batterien. Die Lithium-Ionen und Lithium-Metall Akkus und Batterien bringen hohe Energiedichte, hohe Zyklenzahl und damit lange Lebensdauer, hohe Zellspannung (bis 3.7 V), niedrige Selbstentladung, geringe Alterung, einfache Integration sowie Performance ohne Memoryeffekt.

Mehr und mehr Anwendungen und Hersteller sowohl im Consumer- als auch im Industriesegment setzen auf diese Akku- und Batterietechnologie.

Wenn wir Lithiumbatterien benutzen, muss uns bewusst sein, wir haben es mit einem sehr reaktiven Element zu tun. Lithium besitzt die Ordnungszahl 3, weist mit -3.04 V den geringsten Wert aller Metalle auf der elektrochemischen Spannungsreihe auf. Lithium reagiert extrem mit Wasser. Es kann  in Brand geraten.
Um möglichst sicher mit Lithium -Batterien und Akkus hantieren zu können, haben die Batterie- und Zellenhersteller Vorkehrungen getroffen, um die Batteriezellen möglichst sicher zu gestalten. Jede zylindrische Zelle verfügt über eingebaute Sicherheitsmerkmale wie das Sicherheitsventil, welches bei Zellüberdruck auslöst, das Gas entweichen lässt und so eine Explosion verhindert (CID Current Interruption Device). Des Weiteren gibt es den PTC Widerstand (Positive Temperature Coeffizient), der einen zu hohen Stromfluss durch Erhöhung des inneren Widerstands verhindert.

Die Akkupacks wiederum werden mit einem BMS (Batterie Management System) ausgestattet, welches sicherstellt, dass die Akkus nur im dafür vorgesehenen Betriebsbereich benutzt werden. Lade- und Entladeströme, Spannungen und Temperatur des Akkus werden permanent überwacht und im Gefahrenfall wird der Akku abgeschaltet. Dies geschieht in aufeinanderfolgenden Stufen bis hin zum Auslösen einer Schmelzsicherung im BMS, die den weiteren Betrieb und das Laden und Entladen des Akkus verhindert.
Lithium Batterien und Akkus sollten aber nicht nur über einen inhärenten Schutz verfügen, sondern auch im Umgang damit sollte man die notwendige Vorsicht walten lassen. Insbesondere Lagerung, Transport und Laborbenutzung erfordern besondere Sorgfalt und Massnahmen, um Missbrauch, Beschädigung und Kurzschluss zu verhindern. Grundsätzlich fallen Lithium-Ionen und Lithium-Metall Akkus und Batterien unter die Gefahrgutklasse 9. Alle Mitarbeiter einer Firma, deren Arbeitsbereich die Beförderung von gefährlichen Gütern umfasst, müssen vor der übernahme von Pflichten geschult werden bzw. dürfen Aufgaben nur unter direkter überwachung von geschulten Personen wahrnehmen.

 


Lagerung


Grundsätzlich wird bei der Lagerung von Li-Ionen und Li-Metall Batterien und Akkus die gleiche Verpackung verwendet wie beim Transport. Zur Lagerung werden die Batterien und Akkus nicht ausgepackt, sondern verbleiben in der Versandverpackung. Da auch bei der Lagerung Metallbrandgefahr besteht, sind einige Vorsichtsmassnahmen zweckmässig. Die Lithium Batterien sollten getrennt von anderen Materialien gelagert werden. Die ansässige Feuerwehr sollte vorab informiert werden, sodass diese im Brandfall umgehend die richtigen Löschmassnahmen einleiten kann. Der Lagerort sollte innen und aussen am Gebäude mit dem Vermerk der Lagerung von Lithium Batterien versehen sein. Ein Hinweis auf Metallbrandgefahr kann sehr hilfreich sein. Sollte ein Kleinbrand auftreten kann man mit einfachen Mitteln, wie einem feuerfesten Metalleimer (zur Hälfte mit Sand gefüllt), Schaufel und hitzefesten Keflarhandschuhen ein weiteres übergreifen des Brandes auf andere Lagerteile verhindern. 
  
Um sicherzustellen, dass die Gebäudeversicherung auch die Lagerung und das Risiko von Gefahrgut im Schadensfall abdeckt, ist diese vorgängig zu informieren. Am Lagerort sollten die wichtigsten Unfallsofortmassnahmen, die wichtigsten Telefonnummern von Feuerwehr, Krankenhaus, nächster Arzt, etc. griffbereit sein. Ein Ansprechpartner in der Firma, der über die gelagerten Produkte Auskunft geben kann, sollte mit Telefonnummer angegeben sein.

 


Transport


Alle Lithium Akkus und Batterien benötigen für den Transport den bestandenen UN Transporttest UN T38.3. Dieser Test simuliert verschiedenste Transportsituationen, wie 16 km Höhe, Temperaturschwankungen von -40°C - +85°C, Vibrationen, mechanische Stösse, externer Kurzschluss, Fallen/Quetschen/Stauchen sowie einen überladungstest. Durch die Simulation verschiedenster Szenarien wird sichergestellt, dass die Batterien und Akkus jeglichen Transport schadlos überstehen können.
Jedes Gefahrgut verfügt über ein MSDS (Material Safety Data Sheet). In diesem MSDS ist unter Punkt 14 „Transportvorschriften“ die UN Einstufung des jeweiligen Produktes zu finden. Hat die Batterie und der Akku den Test bestanden, kann er gemäss UN Transportvorschrift befördert werden. Die Transportvorschriften der Lithium Akkus und Batterien sind unter den folgenden UN Nummern zu finden:

  • UN3090 Lithium Metall Batterien und Zellen
  • UN3091 Lithium Metall Batterien und Zellen in Equipment verbaut oder mit Equipment verpackt
  • UN3480 Lithium Ionen Batterien und Zellen
  • UN3481 Lithium Ionen Batterien und Zellen in Equipment verbaut oder mit Equipment verpackt

Für den Transport nach UN 3090/3091/3480/3481 existiert eine Unterscheidung z.B. bei Lithium Ionen Akkupacks die mehr oder weniger als 100 Wh aufweisen, Zellen, die mehr oder weniger als 2Wh aufweisen bzw. Lithium Metall Produkte, die mehr oder weniger als 2 Gramm Lithium enthalten. Dies ist besonders beim Transport per Flugzeug oder auf der Strasse wichtig und zu beachten.

Grundsätzlich ist zwischen dem Transport per Flugzeug oder auf der Strasse zu unterscheiden. Die Lufttransportregelung wird durch die IATA realisiert während der Transport von Gefahrgut auf der Strasse durch die Astra und die ADR, dem Europäischen übereinkommen über die Beförderung gefährlicher Güter auf der Strasse geregelt ist. Die ADR Vorschriften sind auf den Astra Seiten zu finden. Insbesondere das Kapitel 3.3 der Sondervorschriften, hier zu nennen die SV188 (Ausnahmeregelungen mit eingeschränkter Kennzeichnung) und die SV310 (Prototypen) erleichtern den Versand der Lithium Produkte sehr.
Die IATA (International Air Transport Association) hat eine kurze Sammlung mit Regelungen und Vorschriften vorbereitet.
 
Sind Lithium Ionen Akkus mit mehr als 100 Wh generell als Gefahrguttransport Klasse 9 zu befördern, so finden wir bei Akkus kleiner 100 Wh einige Ausnahmeregelungen, die einen vereinfachten Transport per Luft oder Strasse ermöglichen.
Die Verpackung ist sowohl bei der Lagerung als auch beim Transport so zu wählen, dass die Batterien und Akkupacks keinen Schaden nehmen können, in der Verpackung nicht verrutschen können sowie gegen Kurzschluss und gegenseitigen Kontakt gesichert sind. Die Verpackung sollte einem Fall aus 1.2 m Höhe standhalten. Werden Akkus mit mehr als 100 Wh versandt, muss eine UN zertifizierte Verpackung benutzt werden. Das Verpackungskonzept beinhaltet jeweils eine Isolation, Polstermaterial aus nicht brennbarem und nicht leitendem Material, eine Innenverpackung und eine starke Aussenverpackung.
Jeder Lieferung von Lithium Batterien oder Akkus muss ein Begleitschreiben beiliegen, indem auf Lithium hingewiesen wird, die Brennbarkeit und die besondere Handhabung  der Sendung erwähnt wird sowie eine Telefonnummer aufgeführt wird, unter der man weitere Informationen zu der Lieferung, seinen Bestandteilen und der besonderen Handhabung erhalten kann. Des Weiteren muss das Paket–je nach Klassifizierung- mit unterschiedlichen Aufklebern versehen werden.
 

Addresse,Name von Shipper und Consignee
Shipper:
HY-LINE AG
Gründenstr. 82
CH-8247 Flurlingen
Switzerland
Consignee:
Kunde ABC
Musterstr. 3
Xxxx- Musterstadt
Musterland
 
UN3480 Lithium Ion Batteries
Gross weight: 8.5 kgG
Beispiel Paketetikettierung und Markierung, Begleitdokumente für Luftfracht nach Sektion I.B
Deklaration für Gefahrguttransport nach Sektion I.B
Muss beinhalten:
  • Adresse und Name vom Shipper / Consignee
  • UN3480
  • Lithium Ion Batteries PI965 Sektion I.B
  • Brutto Gewicht für jedes Paket, Anzahl der Pakete
Dieses Dokument muss dem Frachtführer übergeben werden
Verpackung muss aus starker Aussenverpackung bestehen, die einen 1.2m Falltest besteht, Verpackungsgruppe II muss nicht eingehalten werden

  
Bei Akkus grösser 100Wh werden weitere Massnahmen notwendig, um Produkte der Gefahrgutklasse 9 versenden und befördern zu dürfen. Hierfür sollte man unbedingt einen Gefahrgutbeauftragten konsultieren, falls dieser nicht bereits in der Unternehmung vorhanden ist. 

  
Labor- und Testbetrieb
Wenn die Batterie oder der Akku auf Herz und Nieren getestet werden, das BMS gecheckt wird, dann wird der Akku in den Grenzbereich seines vorgesehenen Betriebszustands gebracht. Sollten solche Tests über längere Zeit unbeobachtet ablaufen, sollte eine feuersichere Box hierzu benutzt werden. Es gibt solche Boxen für den Transport und solche mit Durchkontaktierungen, um einen Labor- und Testbetrieb auch über längere Zeit sicher realisieren zu können.


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