Flow und Elektro – Systeme

Bei dieser Art von Applikation handelt es sich um eine Kombination aus Durchfluss (Flow)- und Elektro-Systemen, d.h. beide Systemarten werden in einem Schaltschrank untergebracht.

Diese Schaltschränke beinhalten alle zur Messgasdetektion notwendigen Bauteile. Darunter zählen neben dem stationären Gaswarnsystem(en) und den Control Modulen häufig auch komplette Gasaufbereitungssysteme (z.B. Messgaskühler mit Kondensat-Abscheidefunktion), Durchflussüberwachung oder aber auch Messgaspumpen.

Beispiel 1

Dieses Probeentnahmesystem ist zusammen mit dem stationären Gaswarngerät, der Messgasaufbereitung und der Elektrik in einem Schaltschrank untergebracht.

Mit Hilfe der, am Ende des Prozesses installierten, Luftstrahlpumpe wird das Messgas am Entnahmepunkt angesaugt. Da es allerdings zu diesem Zeitpunkt noch eine zu hohe Temperatur (>60 °C) hat, wird das Messgas vor der eigentlichen Messung mit Hilfe eines Messgaskühlers auf etwa 20 °C abgekühlt. Bei diesem Vorgang entsteht Kondensat, welches durch einen Kondensatabscheider abgeführt wird.

Anschließend wird das Messgas vom Messkopf auf toxische / explosive Bestandteile geprüft.

Bei einer Überschreitung der zulässigen Grenzwerte schaltet das Control Modul die entsprechende Alarmkette.

Beispiel 2

Die Messköpfe sind zusammen mit einem kompletten Probeentnahmesystem in einem Schutzschrank untergebracht.

Die Messgaspumpe fördert die Probeluft in den Diffusionsadapter in dem der Sensor sitzt. Die Luftmenge, die durch die Durchflusskammer strömt, kann mittels Durchflussmesser  und Ventil  eingestellt werden. Die Durchflusskontrolle wird mit einem Ringinitiator realisiert, welcher zudem einen Durchflussalarm ausgibt sobald die eingestellten Durchflussmengen nicht mehr erreicht werden. Zur Vermeidung von Kondensatbildung im System sind zwei Messgaskühler mit je zwei Wärmetauschern vorgeschaltet. Das anfallende Kondensat wird über Schlauchpumpen abgeleitet. Über ein 3/2-Wege Magnetventil kann eine Rückspülung der Messgasleitung durchgeführt werden.

Beispiel 3

Die Messköpfe für H2, CO und N2 sind zusammen mit einem kompletten Probeentnahmesystem in einem Schutzschrank untergebracht.

Die Messgaspumpe fördert die Probeluft in den Diffusionsadapter in dem der Sensor sitzt. Die Luftmenge, die durch die Durchflusskammer strömt, kann mittels Durchflussmesser  und Ventil  eingestellt werden. Die Durchflusskontrolle wird mit einem Ringinitiator realisiert, welcher zudem einen Durchflussalarm ausgibt sobald die eingestellten Durchflussmengen nicht mehr erreicht werden.

Dieses System wird zur Überwachung einer Batterie-Test Anlage für Elektroautos eingesetzt.

Bei diesem Test wird die Batterie u.a. stark erhitzt. Die dabei austretenden Gase werden abgesaugt und mit Hilfe der Applikation auf o.g. Gase untersucht.

Neue Batterietechnolgien erfordern intensive Tests

Das Automobil der Zukunft soll elektrisch fahren. Damit elektrisch angetriebene Automobile alltagstauglich werden, müssen sehr leistungsfähige und robuste Energiespeicher entwickelt werden. Nicht umsonst ist der Transport von Lithiumbatterien schon ab drei Gramm stark reglementiert. Umso sorgfältiger muss mit Batterien verfahren werden, die viele Kilogramm Lithium enthalten.

Die Industrie investiert intensiv in die Entwicklung geeigneter Energiespeicher. Bevor eine solche Batterie auf die Straße darf, müssen Prototypen auf Herz und Nieren geprüft werden. Sie müssen Stress durch unterschiedlichste Belastungen aushalten: Temperatur, mechanische Belastung, elektrische Belastung und Alterung.

Diese Tests gehen manchmal bis zur Zerstörung der Prüflinge. Dabei können toxische oder explosive Gase frei werden, die Mitarbeiter oder Personal gefährden könnten. Teststationen in denen besonders intensiv getestet wird, müssen daher über eine Gasüberwachung verfügen.

Für die Gefahreneinschätzung im Umgang mit den Batterien gibt es die EUCAR Hazard Standards. Dabei hat die EUCAR (European Council for Automotive R&D) die Gefahren einer Batterie klassifiziert und deren Auswirkungen beschrieben. Je nachdem wie stark diese Auswirkungen auf die Batterie sein können, entscheidet sich ob auf gefährliche Gase überwacht werden muss.

Compur Monitors hat in Zusammenarbeit mit der einschlägigen Industrie Gaswarnanlagen entwickelt, die genau auf diese Anwendung zugeschnitten sind.

Häufig gestellte Fragen zu Batterietests

Für die Prüfung von Autobatterien und Akkuzellen gibt es spezielle Prüfstände, die aus verschiedenen Komponenten bestehen. Zunächst wird die Batterie je nach Art und Größe in einem passenden Prüfraum gelagert. Das kann ein feuerfester Tisch sein, ein Behälter aus Metall, eine Klimakammer oder eine besondere Kombination aus Klimakammer, Container und anderen Räumlichkeiten jeweils für den beabsichtigten Test speziell ausgerüstet.

Die wichtigste Komponente ist das eigentliche Batterie-Testsystem. Dieses belastet den Prüfling elektrisch, thermisch oder mechanisch und erfasst dabei Messdaten. Diese werden über Funk oder Kabel zu einem Leitstand übertragen. Sein Herzstück ist ein PC oder Notebook. Von diesem aus wird das System bedient und gesteuert, und hier werden auch die Messwerte erfasst. Das Testsystem befindet sich aus Sicherheitsgründen in einem vom Prüfstand abgetrennten Raum, da bis an die Grenze belastete Batterien sehr gefährlich sein können.

Optional können noch weitere Sicherheitsfeatures hinzukommen, darunter redundante Überwachungsgeräte, Zugangskontrollen für Personen, Türverriegelungen und automatische Löscheinrichtungen.

Kommt es bei Lithium-Ionen-Akkus zu Zerstörungen durch mechanische Einflüsse, Überlastung oder Überhitzung, können giftige Flüssigkeiten und Gase austreten, die sich mit anderen Flüssigleiten oder mit dem Sauerstoff in der Luft zu ätzenden und hoch giftigen Substanzen bzw. zu explosiven Gemischen verbinden können. Deshalb lässt man beim Testen von Batterien höchste Vorsicht walten um niemanden zu gefährden. Damit es bei eventuellen Bränden durch die Löscharbeiten nicht zu einer noch gefährlicheren Situation kommt, sollte man bereits im Vorfeld mit der Feuerwehr geeignete Löschmethoden abstimmen.

Grundsätzlich können Lithium-Ionen-Akkus explodieren, denn Lithium ist ein äußerst reaktives Element. Zwar ist solch ein Szenario auf Grund verschiedener integrierter Sicherheitsmechanismen eher unwahrscheinlich, im Grenzbereich aber nicht ausgeschlossen. Gerade bei einem so genannten thermischen Durchgehen (Thermal Runaway) kann es zu einer Erhitzung von mehreren Hundert Grad kommen. Dann wird eine Zelle völlig zerstört. Überträgt sich die Hitze auf andere Zellen – etwa bei Akkus für Elektro-Autos – kann es zu einer Kettenreaktion und schließlich zu einer Explosion kommen.

Genau dies ist die Motivation für gründliche Batterietests. Man will verhindern, dass später im praktischen Einsatz – etwa durch einen Sturz, aber auch einen Defekt am Ladegerät – Beschädigungen an der Batterie entstehen die zur Zerstörung führen.

Wenn Lithium-Ionen-Akkus im praktischen Einsatz Dellen aufweisen, ausgasen, sich erhitzen oder Rauch entwickeln, ist äußerste Vorsicht geboten. Sie sollten auf keinen Fall weiterverwendet werden. Am besten gibt man sie in einen Behälter mit sehr viel Wasser, damit sie abkühlen können und lässt sie anschließend fachgerecht entsorgen. Beim Durchgehen großer Akkus, z. B. in Fahrzeugen, sollte man sich sofort in Sicherheit bringen und die Feuerwehr alarmieren.

Die Zellen von Lithium-Ionen-Akkus sind bei einem ordnungsgemäßen Zustand gas- und flüssigkeitsdicht eingekapselt. Im regulären Betrieb können also keine Inhaltsstoffe austreten. Anders sieht es aus, wenn das Gehäuse durch einen Fertigungsfehler, durch mechanische Einflüsse, Überlastung oder durch eine Überhitzung beschädigt wird. Dies kann einen Überdruck nach sich ziehen, dem die Ummantelung nicht standhält.

Der Elektrolyt, bestehend aus zyklischen und linearen Carbonaten sowie einem Leitsalz, kann in flüssiger Form austreten. Die Lösungsmittel sind leicht entzündlich und wirken stark reizend. Insbesondere die linearen Carbonate sind leicht flüchtig und können in Verbindung mit Luft explosive Gemische bilden. Das Leitsalz wiederum bildet bei Kontakt mit Flüssigkeiten Flusssäure, die hoch giftig ist und die Atemwege stark reizt.

Gasförmige Emissionen entstehen, wenn der Elektrolyt durch hohe Hitze verdampft und sich zersetzt. Dabei bilden sich Produkte wie Ethan, Methan, Butan, Propan und Aldehyde. Dann besteht Explosions- und Vergiftungsgefahr.