Der Wissenschaftsrat des IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) beschreibt, dass die Änderungen in unserer Erdatmosphäre vorwiegend durch menschengenerierte Treibhausgase wie beispielsweise CO2, Methan, Stickoxide, halogene Gase oder flüchtige organische Verbindungen und Kohlenmonoxid verursacht und vorangetrieben werden. Aus diesem Grund schreiben die Gesetzgeber für einen der maßgeblichsten CO2 Verursacher, den Mobilitätsbereich, strenge niedrige Flotten CO2 Grenzwerte vor, sodass auch die Automobilbranche nun einen drastischen Schwenk in Richtung E- und Hybrid-Antriebsstränge einleitet. Viele der Hersteller veröffentlichten bereits vollständige Umstiegs Szenarien auf diese Antriebsarten bis 2030/35.

Mit der Zunahme an batterieelektrischen Fahrzeugen (BEVs, HEVs und PHEVs) auf den Straßen steigt statistisch auch das Gefahrenpotential für einen Unfall oder technischen Defekt der grundsätzlich sicheren Batteriesysteme. Die Brandbekämpfung von eskalierenden Systemen war bis dato für die Einsatzkräfte nicht mit sinnvollen Mitteln bewältigbar und mit der Unsicherheit der unterschiedlichen Gefahren, verbunden. Aus diesem Grund setzte Rosenbauer sich das Ziel, die Themenlage besser zu verstehen und nach praktikablen neuen Lösungsansätzen zur Branddeeskalation zu forschen und somit für sichere Rettungsbausteine für die Einsatzkräfte zu sorgen.

Jedes Batteriepaket besteht aus mehreren Modulen, welche wiederum aus mehreren Zellen bestehen. Die Zelle als kleinstes Element besteht jeweils aus Anode, Kathode und einer isolierenden Trennschicht, dem Separator. Als Leitmittel dient bei den Li-Ion Batterien ein häufig flüssiger Elektrolyt. Die Achillesferse einer Batterie ist der Separator, welcher aus Kunststoff besteht und eine nur bedingte Temperaturbeständigkeit aufweist. Wird die Zelle beschädigt (mechanisch, Überladung, äußere Hitzeeinwirkung) bricht der Separator und es entsteht ein Kurzschluss, bei dem die gesamte gespeicherte (elektrische als auch chemische) Energie in Form einer enormen Hitzeentwicklung, dem sogenannten Thermal Runaway, und darauffolgend einem Brand frei wird. Diese Hitze schädigt die benachbarten Zellen und es kommt zu einer Kettenreaktion. Ein Löschen in diesem Zustand von außen ist nicht möglich. Es kann nur die Ausbreitung der Kettenreaktion gebremst bzw. gestoppt werden.

Da die derzeitigen Systeme und Maßnahmen am Markt weder im Hinblick auf die eingesetzten Wasserressourcen noch auf die eklatant höheren Einsatzzeitaufwände und teilweise Kosten praktikabel schienen, entwickelte das Rosenbauer Team, nach einer umfangreichen Batterieeskalationsanalyse, ein Löschsystem, das die Kettenreaktion in kürzester Zeit bremsen und stoppen kann.

Temperaturaufzeichnung während der Batterieeskalation bis zur -deeskalation

Temperaturaufzeichnung während der Batterieeskalation bis zur -deeskalation

Im Temperaturdiagramm wurden die Temperaturverläufe im inneren der Batterie an unterschiedlichen Stellen erfasst und zeigen die Eskalation und wirksame Deeskalation des Verfahrens. Darunter sind die entsprechenden Außen Erscheinungen sowie Thermobilder erkennbar.

Bei einer Vielzahl an Vorversuchen mit unterschiedlichen Batterietypen wurde durch umfassende Messanalytik ein Verständnis für die Eskalation erlangt. Dies war die Basis, um eine wirkungsvolle und direkte Kühlmethodik erreichen zu können.

Um auch die unterschiedlichen Batteriearchitekturen und deren Eskalationsverhalten in der Breite verstehen zu können, wurden mit unterschiedlichsten Batterietypen der Automobilmarktführer diese Brandtests durchgeführt und ein gemeinsamer Nenner für die technische Löscheinheit entwickelt.

Weiters war auch die Analyse der elektrischen und chemischen Exposition (durch Brandgase und Löschwasser) von maßgeblicher Bedeutung, sodass sich auch die sichere Arbeitsentfernung für die Einsatzkräfte und geringste Umweltbelastung als wesentliche Kriterien mit diesem System sichergestellt werden kann.

In Kooperation mit namhaften Entsorgungsunternehmen galt es auch die Zustände der teilgeschädigten und gelöschten Batterien zu analysieren und zu verstehen, wie ein möglichst geringer Impact der späteren rohstofflichen Verwertung der Restzellen erreicht werden kann.

Nach 1½-jähriger intensiver Forschung und Entwicklung mit Batteriebrandtestdurchführungen konnte das Löschkonzept in die Lead User Testphase, in der erfahrene Kunden das Konzept auf Herz und Nieren testen und Praxiserkenntnisse gewinnen, übergeben werden. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse fließen anschließend durch das Entwicklungsteam der Löschsysteme in die Serienproduktentwicklung der Rosenbauer Löschsysteme ein.

Die Forschungsergebnisse brachten neben dem Verständnis für das Batterieeskalationsverhalten einen sehr wirkungsvollen, ressourcenschonenden und sicheren Löschsystemansatz hervor welcher für die Einsatzkräfte nach einer ausführlichen Lead User Erprobungsphase zu Verfügung stehen wird.