Sie benötigen ein Batteriemanagementsystem (BMS) für Lithium-Ionen-Batterien – vielleicht für eine neue Batterieinstallation, ein Energiespeicherprojekt oder zur Einhaltung neuer Sicherheitsstandards. Das BMS fungiert als Gehirn des Batteriesystems: Es überwacht die Leistung, hält Lade- und Entladevorgänge innerhalb sicherer Grenzen und schaltet bei Bedarf ab.
Aber hier ist etwas, was Ihnen vielleicht nicht gesagt wurde: Unter den verschiedenen Gasarten, die unter abnormalen Bedingungen vorhanden sind, ist ein einziges Gas für die Überwachung wichtiger als alle anderen. Die Wasserstofferkennung ist nicht nur hilfreich – sie ist unerlässlich. Und sie sollte Teil jedes modernen, zuverlässigen BMS-Systems sein.
Unter normalen Bedingungen geben Lithium-Ionen-Akkus kein Wasserstoffgas ab. Wenn jedoch etwas schiefgeht – beispielsweise Überladung, Zellschäden, Separatordefekte, interne Kurzschlüsse oder sogar die Bildung winziger Lithiumdendriten im Inneren des Akkus – kann der Akku in einen Zustand geraten, der als thermisches Durchgehen bekannt ist . Dann wird die Situation schnell gefährlich.
Beim thermischen Durchgehen steigt die Temperatur unkontrolliert mit einer Geschwindigkeit von 20 °C pro Minute an. Die kritische Temperatur liegt bei 125 °C und kann bis zu 500 °C erreichen. Diese extreme Hitze führt zum Schmelzen des Separators im Inneren der Batterie, wodurch die kritische Festelektrolyt-Grenzschicht (SEI) beschädigt wird. Die SEI-Schicht ist für den Batteriebetrieb von grundlegender Bedeutung, da sie die Bewegung der Lithium-Ionen erleichtert und gleichzeitig den Elektronenfluss einschränkt. Zersetzt sich diese Schicht, wird die Batteriechemie zunehmend instabil und bricht zusammen.
Eines der Hauptnebenprodukte dieses Abbauprozesses? Wasserstoffgas – zusammen mit Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und anderen giftigen oder brennbaren Gasen.
Untersuchungen haben gezeigt, dass Wasserstoff in den frühen Stadien des thermischen Durchgehens das primäre Gas ist, das freigesetzt wird. Dies macht ihn zu einem idealen Frühwarnindikator. Steigen die Temperaturen weiter über 200 °C, wird die Anode freigelegt, was den Zersetzungsprozess beschleunigt. Ab 300 °C beginnen die Kathodenmaterialien zu zerfallen, was die Gefahr von Verpuffungen und Explosionen deutlich erhöht.
Allerdings ist das hauptsächlich entstehende Gas, Wasserstoff, besonders gefährlich, weil:
Ohne ordnungsgemäße Erkennung und kontinuierliche Überwachung kann sich eine gefährliche Situation ohne Vorwarnung aufbauen, bis es zu spät ist.
Sicherheit beginnt mit dem Batteriemanagementsystem (BMS), auch bekannt als Energiespeichermanagementsystem (ESMS). Das BMS überwacht wichtige Batterieleistungsindikatoren wie Ladezustand, Ladezustand, Tiefentladung und Temperatur. Erkennt das BMS Bedingungen, die zu einer Gefahrensituation führen könnten, schaltet es das System umgehend ab. Darüber hinaus optimiert das BMS die Batterieleistung, um maximale Effizienz, Langlebigkeit und Gesamtfunktionalität zu gewährleisten.
Moderne BMS-Systeme können Bedingungen erkennen, die zu thermischen Ereignissen führen könnten, sie können jedoch das Vorhandensein von Wasserstoff, das darauf hinweist, dass bereits ein thermisches Durchgehen begonnen hat, nicht direkt erfassen.
Während das Batteriemanagementsystem (BMS) Laden, Balancieren und Temperaturüberwachung für einen umfassenden Schutz übernimmt, sollte es mit einer Wasserstoffgasdetektion kombiniert werden. Integriert in den Energiespeicher, können Wasserstoffsensoren frühzeitig reagieren und eine Gasansammlung erkennen, bevor sich die Situation verschlimmert. Dadurch gewinnt Ihr System Zeit, um:
Es ist das fehlende Stück, das die elektronische Steuerung mit der Gefahrenminderung in der realen Welt verbindet.
Sicherheitsvorschriften und -standards weltweit verlangen zunehmend die Erkennung von Wasserstoff, und Unternehmen können davon ausgehen, dass der Versicherungsschutz diesen Standards entspricht. Zahlreiche Vorschriften und Sicherheitsstandards schreiben den Einsatz von Wasserstofferkennungssystemen in Batterieräumen oder an Standorten mit Lithiumbatterien vor.
Viele örtliche Brandschutzbehörden und Versicherungen fordern mittlerweile Gaswarnsysteme als Bestandteil der Planung von Lithiumlagerräumen.
Fazit : Bei der Installation von Lithiumbatterien ist die Wasserstofferkennung zu erwarten und für das Batteriemanagementsystem von Lithium-Ionen-Batterien oft erforderlich.
Nicht alle Gassensoren sind gleich – und viele wurden nicht für den Einsatz mit Lithiumbatterien entwickelt. Hier kommt H2scan ins Spiel.
Die Technologie von H2scan stellt in mehreren entscheidenden Punkten einen deutlichen Fortschritt im Vergleich zu herkömmlichen elektrochemischen oder katalytischen Perlensensoren dar. Unsere Sensoren liefern präzise Messungen ohne Störungen durch andere in Batterieanlagen übliche Gase. Dies ist auf eine wasserstoffspezifische Edelminerallegierung zurückzuführen, die Wasserstoffmoleküle selektiv absorbiert.
Herkömmliche Sensoren erfordern oft eine vierteljährliche Kalibrierung, den Austausch der Sensorelemente alle ein bis zwei Jahre und sind anfällig für Drift und Fehlalarme. H2scan-Sensoren hingegen behalten ihre Genauigkeit über ihre gesamte lange Lebensdauer hinweg ohne diese Probleme bei. Dies reduziert die Wartungskosten drastisch, vermeidet unnötige Vor-Ort-Besuche und beugt den Risiken vor, die mit Sensoren verbunden sind, deren Kalibrierung nicht mehr stimmt. Unsere kontinuierliche Überwachung ermöglicht es, frühzeitig den Batteriezustand zu erkennen und so kostspielige und unvorhergesehene Ausfälle zu vermeiden.
Mit dem allgemeinen Positionssensor HY-ALERTA® 5020 von H2scan oder dem eigensicheren Sensor HY-ALERTA® 5320 mit 4-20mA und Modbus- oder Modbus-RTU-Funktionalität in einem NEMA 4X-Gehäuse erfüllen Sie nicht nur eine Konformitätsanforderung – Sie fügen mit unserer marktführenden Gen 5-Technologie eine zusätzliche Sicherheitsebene hinzu.
Ihr Batteriemanagementsystem ist die Schaltzentrale. Ohne Wasserstofferkennung erkennt es jedoch eines der gefährlichsten Ausfallsymptome nicht. Lassen Sie nicht zu, dass eine vermeidbare Gasansammlung zu einer Katastrophe wird. Mit einer zuverlässigen Wasserstofferkennung in Ihrem System erhalten Sie frühzeitig Einblick in anormale Zustände und können so Schäden an Ihrer Ausrüstung und Anlage verhindern und vor allem die Sicherheit Ihres Personals gewährleisten. Dank dieser Erkenntnisse können Betriebsteams auf zustandsorientierte Wartungsstrategien umsteigen und so die für regelmäßige Wartungen typischen unnötigen Kosten vermeiden.
Quellen:
| Gaskomponente | Konzentration % (v/v) |
|---|---|
| CO₂ | 20.39 |
| CO | 5.39 |
| Nein | 27.06 |
| O₂ | 0.02 |
| H | 34.35 |
| CH₄ | 4.50 |
| C₂H₄ | 3.58 |
| C₂H₆ | 1.06 |
| C₃H₆ | 0.93 |
| C₃H₈ | 0.29 |
| C₄H₈ | 0.37 |
| C₄H₁₀ | 0.12 |
Jeff Donato ist Vertriebsleiter für Sicherheitsprodukte bei der H2scan Corporation, einem führenden Anbieter von Wasserstoffsensorlösungen. Donato ist Mitglied der IEEE PES und Vorsitzender der Arbeitsgruppe 1578 und bringt Fachwissen zu technischen Standards in die Branche ein. Zuvor war Donato als Chief Technology Officer und Chief Marketing Officer bei EnviroGuard tätig und verfügt über umfassende Erfahrung in der Notstrombatteriebranche, die für Stromversorgungssysteme und Sicherheitsanwendungen von entscheidender Bedeutung ist.
Über den Autor
HY-GUARD ®
HY-ALERTA ® 5320
HY-ALERTA ® 5020/5021
BRO-1
