batteryuniversity.eu bietet UN Transport-Tests für Lithium-Ionen-Batterien inklusive aller Zertifizierungen an

Service im Dienste der Sicherheit

(PresseBox) (Karlstein, ) Ihre eigenen Produkte auf Herz und Nieren prüfen lassen können Hersteller und Anbieter von Lithium Ionen-Zellen/-Akkus im neuen hochmodernen Testlabor, dass die batteryuniversity.eu mit Unterstützung des BMZ Batterien-Montage-Zentrum in Karlstein in Betrieb genommen hat. In der Einrichtung, eine der modernsten ihrer Art in Europa, lassen sich Zellen bei 0 bis 5 V mit bis zu 10/120 A sowie Akkus bei 0 bis 60V mit bis zu 200 A bzw. bis 12 kW testen. Die auf der electronica 2010 in Halle B2, Stand 474 vertretene batteryuniversity.eu bietet darüber hinaus auch die Durchführung kompletter UN Transport-Tests inklusive fachlicher Unterstützung bei einem eventuell notwendigen Re-Design des Akku-Packs und der Ausstellung der für den Transport von Lithium-Ionen-Zellen bzw. -Akkus mit den notwendigen Gutachten und Zertifikate an.

Laut batteryuniversity.eu-Gründer und BMZ-Geschäftsführer Sven Bauer habe man sich zu diesem Schritt nicht zuletzt wegen der seit dem 1. Januar 2009 deutlich verschärften Transportvorschriften für Lithium-Ionen-Zellen und -Akkus entschlossen. Dass diese von manchen Herstellern, Anbietern und Transporteuren trotz der inzwischen hinlänglich bekannten Risiken beim Transport und der Lagerung von Lithium-Akkus nach wie vor wissentlich oder unbewusst ignoriert werden, hält Bauer im wahrsten Sinne des Wortes für brandgefährlich. "In Pulver- oder Staubform kann sich Lithium bereits bei Raumtemperaturen von rund 20°C selbst entzünden. Als festes Material entzündet sich Lithium an der Luft zwar erst mit Erreichen des Schmelzpunktes von 179 °C, aber wenn dieser Punkt erst einmal erreicht ist, entwickelt sich auch hier schnell ein nicht löschbarer metallischer Brand mit Temperaturen von über 2000°C."

Sehr heftig reagiere Lithium laut Bauer auch bei Kontakt mit Wasser. Es gehe nicht unter, sondern schwimme auf der Wasseroberfläche umher. Dabei bilde sich leicht brennbares Wasserstoffgas und stark ätzendes Lithiumhydroxid. Durch die Entzündung des Wasserstoffes könne es in geschlossenen Räumen zu Explosionen kommen. Zudem löse das Wasser Lithiumhydroxid und nehme dessen ätzende Eigenschaften an. "Der einzige Schutz vor diesen unerwünschten Effekten sind neben der gebotenen Sorgfalt beim Umgang mit diesem Material umfangreiche Testreihen, bei denen alle möglichen Transportrisiken vorab im Labor simuliert werden", so Bauer.

Bereits seit 2003 sind alle Lithiumzellen und -batterien unabhängig vom System und vom Lithiumgehalt auf spezielle, verbindlich vorgeschriebene Sicherheitsstandards zu testen. Ohne diesen qualifizierten Testnachweis dürfen diese Akkumulatoren grundsätzlich nicht in den Verkehr gebracht werden.

Seit Beginn letzten Jahres sind nun für den Transport von Lithium-basierten Zellen und Batterien zahlreiche neue Regelungen zu beachten. Nicht nur, dass jetzt Lithiumzellen und -batterien generell als Gefahrgut der Klasse 9 eingestuft sind, auch die Vorschriften für Anmeldung, Verpackung, Kennzeichnung, Handling und Begleitpapiere haben sich zum Teil erheblich geändert. So wird nun zum Beispiel zwischen Lithium-Ionen- und Lithium-Metall-Batterien/-Zellen unterschieden. Entscheidend ist auch, wie und in was die jeweilige Zelle bzw. Batterie verpackt wurde.

Wie komplex die gesamte Thematik inzwischen ist, zeigt dass hierfür insgesamt sechs neue UN-Versandbezeichnungen mit neuen Nummern vergeben wurden: UN 3480 Lithium-Ionen-Batterien (inklusive Lithium Polymer), UN 3481 Lithium-Ionen-Batterien mit Ausrüstungen verpackt, UN 3481 Lithium-Ionen-Batterien in Ausrüstungen, UN 3090 Lithium-Metall-Batterien (inklusive Batterien aus Lithium-Legierung), UN 3091 Lithium-Metall-Batterien mit Ausrüstungen verpackt und UN 3091 Lithium-Metall-Batterien in Ausrüstungen.

Generelle Voraussetzung für die Zulassung von Lithiumzellen und/oder -batterien zum Transport ist jedoch immer der Nachweis der erfolgreichen Prüfungen gemäß den UN "Recommendations on the Transport of Dangerous Goods, Manual of Test and Criteria" Teil III, Abschnitt 38.3. Dabei spielt es erst einmal keine Rolle, ob eventuell Freistellungen in Anspruch genommen werden können oder die Zellen/Batterien als Klasse-9-Güter eingestuft sind und somit die gefahrgutrechtlichen Bestimmungen in Gänze eingehalten werden müssen.

Um alle erforderlichen UN-Transport-Tests für Lithiumzellen- und -batterien komplett durchführen zu können, wurden von der batteryuniversity.eu mit Unterstützung durch die BMZ bislang rund 1,2 Mio. Euro in Personal und Laborausstattung investiert. Ein Aufwand, der sich für Unternehmen, die sich nicht ausschließlich mit der Herstellung oder Konfektionierung von Akku-Packs beschäftigen, kaum jemals amortisieren dürfte. Dazu komme laut Sven Bauer, dass es vielen Betroffenen an nötigem technischem Detailwissen für solche Tests mangele. Um die Sicherheit von Akku-Packs beurteilen zu können, bedürfe es nämlich langjähriger praktischer Erfahrung mit den unterschiedlichen Lithium-Ionen-Technologien. Was passiere, wenn diese fehle, hätten umfangreiche Versuchstestreihen mit Fremdprodukten gezeigt. "Über 10 Prozent der überprüften Akkus entsprachen nicht den aktuellen gesetzlichen Sicherheitsanforderungen. Wir reden hier nicht nur von bis zu 50.000 Euro Strafe, die bei Kontrollen fällig werden können. Im Schadensfall müssen die verantwortlichen Personen auch damit rechnen, dass sie wegen grob fahrlässiger Sachbeschädigung, Körperverletzung oder im schlimmsten Fall sogar Tötung zur Verantwortung gezogen werden." Wer dieses möglicherweise existenzbedrohende Risiko nicht eingehen wolle, für den gebe es letztlich zu den gesetzlich vorgeschriebenen aufwendigen Testroutinen defacto keine Alternative, so Bauer.

Vorgeschrieben sind acht Testreihen für Lithiumzellen und sechs Testreihen für Lithiumbatterien. Für die sechs in einer bestimmten Reihenfolge durchzuführenden Testreihen an Lithiumbatterien werden zwischen 16 und 24 serienreife Akkupacks benötigt.

Als erstes wird ein Druckabfall in einem Flugzeug simuliert. Dafür werden die Prüfzellen oder Akkus unter einem Druck von 11,6 kPa (115 mbar) oder weniger für mindestens sechs Stunden bei einer Umgebungstemperatur von 20° ± 5°C gelagert. Die Prüfung ist wie auch bei dem zweiten, dritten und vierten Test bestanden, wenn es bei den Zellen und Batterien zu keinem Massenverlust, keinem Leck, keiner Entlüftung, keiner Zerlegung, keinem Aufbrechen und keinem Feuer kommt und wenn die Leerlaufspannung jeder Prüfzelle oder Batterie nach der Prüfung nicht kleiner als 90% der Spannung ist, die sie direkt vor diesem Verfahren hatte.

Der zweite Test überprüft die Unversehrtheit der Dichtung und die internen elektrischen Verbindungen bei schnellen und extremen Temperaturänderungen. Dafür werden die Prüfzellen und Prüfbatterien mindestens sechs Stunden bei einer Temperatur von 75° ±2°C gelagert, anschließend innerhalb von maximal 30 Minuten auf - 40° ±2°C abgekühlt und bei dieser Temperatur wiederum mindestens sechs Stunden aufbewahrt. Nach zehnmaliger Wiederholung der Prozedur bleiben die Prüflinge nochmals 24 Stunden lang bei einer Umgebungstemperatur von 20° ±5°C unter Beobachtung. Großzellen und Großbatterien sollen den extremen Prüftemperaturen mindestens 12 Stunden ausgesetzt werden.

Verschiedene Schwingungen während des Transports simuliert der dritte Test. Die auf der Platte der Schwingungseinrichtung gesicherten Zellen oder Batterien werden dafür innerhalb von 15 Minuten logarithmisch von 7 auf 200 Hz und wieder zurück auf 7 Hz in sinusförmiger Schwingung gebracht, ein Zyklus, der sich innerhalb von drei Stunden für jede der drei zueinander senkrechten Montagepositionen der Zelle zwölfmal wiederholt.

Eine besondere Herausforderung vor allem für größere Akkupacks ist der Stoßtest, der unter anderem einen Fall aus großer Höhe simuliert. Zuerst werden die Zellen oder Batterien mit einer festen Montageeinrichtung gesichert, die alle Montageflächen des Prüflings abstützt. Danach folgen insgesamt 18 halbsinusförmige Stöße aus verschiedenen Richtungen mit einer Spitzenbeschleunigung von 150 gn und einer Impulsdauer von 6 ms. Bei Großzellen und -batterien beträgt die Spitzenbeschleunigung 50 gn und die Impulsdauer 11 ms.

Besondere Sicherheitsvorkehrungen erfordert der bei 55° ±2°C Gehäusetemperatur und weniger als 0,1 ? Gesamtaußenwiderstand provozierte externe Kurzschluss-Test. Zellen und Batterien erfüllen diesen Test, wenn während der mindestens einstündigen Kurzschluss- und der anschließenden sechsstündigen Beobachtungsphase die äußere Temperatur 170°C nicht übersteigt und keine Zerlegung, kein Bruch und kein Feuer auftreten.

Der Überladetest dient schließlich der Überprüfung der diversen Schutzmechanismen im Akkupack. Dafür werden acht Packs mit dem zweifachen zulässigen Ladestrom und dem 1,2- (Packs <18V) bzw. 2-fachen der empfohlenen Ladespannung oder 22V (Packs >18V) 24 Stunden überladen und danach sieben Tage beobachtet. Die lange Beobachtungszeit soll ausschließen, dass es bei einiger Zeit vor dem Transport überladenen Akkus später, bei internen Kurzschlüssen in den Zellen zu einem Feuer kommt.

Erst mit dem Nachweis der bestandenen sechs Testreihen sind Lithium-Akkupacks für den Transport zugelassen. Lithiumzellen müssen zusätzliche Tests, die Schlagprüfung und die erzwungene Entladung bestehen.

Für Lithium-Ionen-Akkupacks mit einer Leistung bis 100 Wh bzw. -Zellen bis 20 Wh und Lithium-Metall-Akkupacks mit einem Lithiumgehalt bis 2 g bzw. Zellen bis 1g existiert eine sogenannte "Freistellungsregelung" - auch "erleichterter Transport" genannt. Unter Einhaltung der Sondervorschrift 188 und 230 des ADR/RID, ADNR, IMDG-Code und der Verpackungsvorschriften 965-970, Teil 2 der IATA Gefahrgutvorschriften, unterliegt die Beförderung dieser Lithiumzellen und -batterien nicht den übrigen Vorschriften und Bestimmungen.

Um zum erleichterten Transport zugelassen zu werden - also ohne den Vorschriften der Gefahrgut-verordnung in vollem Maße zu genügen - müssen Sendungen unter anderem ein spezielles Hinweisschild auf der Verpackung mit einer Notfall-Telefonnummer gekennzeichnet werden. In den Begleitdokumenten muss angegeben werden, dass das Packstück Lithium-Ionen- bzw. Lithium-Metall-Batterien/Zellen enthält, bei Beschädigung Entzündungsgefahr besteht, im Falle einer Beschädigung besondere Vorkehrungen einzuhalten sind und bei Bedarf auch eine Prüfung und Umverpackung durchzuführen ist.

Bei Überschreitung der Freigrenzen der 20 Wh/100Wh beziehungsweise 1g / 2g Lithiumgehalt müssen Lithium-Ionen-Zellen und -Batterien immer als Gefahrgut der Klasse 9, Verpackungsklasse II gemäß den Verpackungsvorschriften transportiert werden,

Sven Bauers Fazit: "100prozentige Sicherheit kann es beim Transport von Lithium-Ionen-Akkupacks nie geben. Aber wir haben mit unserem Testlabor zumindest die Voraussetzungen geschaffen, um diesem Ziel möglichst nahe zu kommen."

Weitere Information zu Thema UN-Tests und Transport von Lithium-Ionen-Akkus finden Sie unter www.batteryuniversity.eu.

Batteryuniversity GmbH

Die Anfang 2008 gegründete batteryuniversity.eu hat sich die Aufgabe gestellt, Entwickler und Anwender von Batterien und Akkus mit umfangreichen Fachinformationen und individuellen Dienstleistungen in ihrer täglichen Arbeit zu unterstützen. Schwerpunkte der batteryuniversity.eu sind neben der Veranstaltung von Foren und Schulungen technische Analysen, Beratung, Produktentwicklung, Gutachten, UN Transport Tests sowie die Bereitstellung unterschiedlichster Testgeräte-/verfahren für Batterien-Hersteller und Akku-Anwender. Weitere Informationen finden Sie unter www.batteryuniversity.eu



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