Wärmebildkameras zur Brandvermeidung bei Batterien

Brennbar sind Lithium-Ionen-Zellen von dem Moment an, wenn sie erstmals mit Elektrolyt befüllt wurden, um formiert zu werden. Auf allen weiteren Stufen der Fertigungs- und Logistikprozesse ergeben sich dadurch entsprechende Sicherheitsfragen: ob beim Zusammenbau der Batteriemodule, beim Einbau der Traktionsbatterie oder beim Weitertransport der fertigen Elektrofahrzeuge. Erst im Februar 2022 ging ein verheerender Brand auf einem Autotransporter durch die Medien. Die Felicity Ace hatte 4000 Elektrofahrzeuge von Luxusmarken geladen. Sie stand vor den Azoren eine gute Woche lang in Brand, bevor sie am 1. März endgültig sank. Wegen der Brennbarkeit der Lithium-Ionen-Batterien lohnt eine konsequente Brandfrüherkennung, auf allen Stufen der Supply Chain. Ein geeigneter Technologieansatz dafür ist interessanterweise in der Recyclingbranche schon lange und sehr erfolgreich im Einsatz: Wärmebildkameras.

In den großen Lagern und Sortierhallen der Recyclingwirtschaft sind Brände nicht leicht zu erkennen. Bevor ein klassischer Rauchmelder anschlägt, hat ein Feuer meist schon ein beträchtliches Ausmaß erreicht. Dabei sind Brände häufig: Ein Brand pro Betrieb und Quartal ist nicht unrealistisch. Die Recyclingbranche setzt darum schon länger auf Wärmebildtechnik. Wärmebildkameras – inklusive künstlicher Intelligenz (KI) zur Auswertung – machen auf bedenkliche Temperaturanstiege lange vor dem eigentlichen Brand aufmerksam. Dabei kann eine einzelne Wärmebildkamera auch große Flächen überblicken und überwachen, gleichgültig ob es sich dabei um eine Fertigungsanlage, eine Lagerhalle oder eine Ladestation handelt.

Brandwarnung mit zehn Minuten Vorsprung

Schon bei der Produktion und Formierung der einzelnen Batteriezellen existiert ein Brandrisiko, sei es durch Materialdefekte oder menschliches Versagen. Eine Wärmebildüberwachung ermöglicht hier eine visuelle Temperaturmessung und Bildauswertung in Echtzeit. Dies identifiziert einzelne brandgefährdete Batterien, bevor sie weiterreichende Probleme verursachen. Werden Batterien bei der Fertigung geladen, sind sie dabei üblicherweise dicht an dicht gedrängt. Hier kann eine spontane Entzündung einer einzelnen Batterie sogar zu einer verheerenden Explosion führen. Batteriehersteller versuchten bislang, dieses Problem mit Rauchmeldern und manuellen Inspektionen in den Griff zu bekommen. Der große Vorteil eines Wärmebildüberwachungssystems ist, dass es deutlich früher als jeder Rauchmelder reagiert. Versuche zeigen: Nachdem eine Batterie eine überhöhte Temperatur von 60 °C erreicht hat – und damit einen typischen Triggerwert für das Wärmebildalarmsystem –, vergehen noch zehn Minuten, bis es überhaupt zu einer Rauchentwicklung kommt.

Brandrisiken bei Lagerung und Logistik

Auch nach der eigentlichen Produktion, wenn die Batterien über Förderbänder in Lagerräume transportiert werden, zahlt sich die automatische und intelligente Überwachung mit Wärmebildsystemen aus. Denn Wärmebildkameras sind in der Lage, den gesamten Transportweg abzudecken. Genauso bietet sich die automatisierte Temperaturüberwachung in den Lagerhäusern des Batterieherstellers an. Hier werden die auslieferungsbereiten Batterien oft dicht an dicht aufbewahrt. Manuelle Inspektionen würden in dieser Situation Probleme im Zweifelsfall viel zu spät entdecken. Dagegen reagieren intelligente Wärmebildalarmsysteme mit KI-Auswertungsfunktionen stets in Echtzeit – sobald eine Batterie einen verdächtigen Temperaturanstieg zeigt. Später, wenn Logistikdienstleister die Verantwortung für den weiteren Transport übernommen haben, existieren ähnliche Herausforderungen. Zwar gib es in den Lagerhäusern von Logistikern oft spezielle Bereiche, die für die Lagerung brennbarer oder explosiver Waren designiert sind, aber diese Bereiche wirklich rund um die Uhr zu überwachen, ist schwierig. Auch hier spielt ein automatisiertes Wärmebildüberwachungs- und Alarm-System all seine Stärken aus.

Bi-Spektrum-Kameras mit ausgefeilter KI

Eine Wärmebildkamera eröffnet einen wichtigen Zusatznutzen, wenn sie als Bi-Spektrum-Kamera ausgelegt ist. Diese Bi-Spektralkameras dienen zugleich der klassischen visuellen Überwachung einer Produktionsanlage oder Lagerhalle. Wärmebildkameras sind heute so empfindlich, dass sie Temperaturunterschiede von weniger als 40 mK oder 0,04 °C erfassen können. Visuell dargestellt werden diese Temperaturunterschiede beispielsweise in Form sehr fein abgestufter Grauwerte. Um die Brandfrüherkennung zu automatisieren, braucht es einen KI-Algorithmus, der die detektierten Grauwertunterschiede regelbasiert interpretiert und verarbeitet. Durch die langjährige Erfahrung mit der Wärmebildtechnik zur Brandfrüherkennung berücksichtigt die Auswertungs-KI alle gängigen Quellen für Fehlalarme. So ist es beispielsweise ausgeschlossen, dass Hitzequellen wie beispielsweise Gabelstapler, Dieselmotoren oder brennende Zigaretten und ihr Rauch fälschlich als Überhitzung im Ladevorgang gedeutet werden und zu einem Alarm führen.

Alarmierungssignal in vielfältigen Formaten

Mitunter sind die Bi-Spektrum-Kameras selbst bereits mit der benötigten Auswertungselektronik und künstlicher Intelligenz ausgestattet – dies macht die Installation und die Integration in ein Meldesystem denkbar einfach. Die Schnittstelle der Bi-Spektralkamera leitet dann nicht nur die beiden Bilder von der optischen und der Wärmebildkamera weiter, sondern gibt auch das Alarmsignal in den verschiedensten Formaten an die gewünschten Empfänger aus, etwa an eine Brandmeldeanlage, eine Leitstelle oder an die Endgeräte von Verantwortlichen. Sind mehrere Netzwerkkameras installiert, etwa in unterschiedlichen Bereichen einer Produktions- oder Lagerhalle, sind die Meldungen über etwaige Temperaturanstiege natürlich klar der jeweiligen Kamera und dem von ihr überwachten Bereich zugeordnet. Zudem ist auf dem Wärmebild der Kamera eindeutig ersichtlich, welche Batterie den Alarm ausgelöst hat.

Fazit

Im Grunde lohnt der Einsatz von Wärmebildüberwachungstechnik auf allen Stufen der Fertigungskette für Antriebsbatterien: bei der Produktion, beim Transport und bei der Lagerung der Traktionsbatterien vor ihrer Montage. Selbst die Ladeinfrastruktur für die Elektromobilität birgt ein Brandrisiko: So kann eine Wärmebildüberwachung von Ladeparks ebenfalls helfen, Brände zu verhindern. In all diesen Szenarien kommen dieselben entscheidenden Vorteile KI-gestützter Wärmebildkameras zum Tragen. Sie erkennen eine Brandgefahr früh, schnell und zuverlässig. Der Ausbau der Elektromobilität benötigt diese Sicherheit. (na)