Lüftungsmassnahmen für Bleibatterien
- Beim Laden von Batterien entsteht ein explosionsfähiges Gasgemisch (Knallgas).
- Die Explosionsgefahr lässt sich durch Lüftung ausschalten (Verdünnungseffekt).
- Wenn die Lüftungsanforderungen erfüllt sind, gelten Batterieladestandorte als nicht explosionsgefährdet.
- Trotzdem sind in unmittelbarer Nähe der Batterie (Abstand bis 1 m) Zündquellen immer zu vermeiden, da dort die Verdünnung nicht sichergestellt ist.
- Hier können Sie selbst berechnen, ob die Lüftungsmassnahmen in Ihrem Betrieb ausreichen.
Warum besteht Explosionsgefahr beim Laden von Batterien?
Beim Laden von Batterien entstehen durch Elektrolyse die Gase Wasserstoff und Sauerstoff. Wasserstoff bildet zusammen mit Sauerstoff ein explosionsfähiges Gemisch (Knallgas). In der Umgebungsluft kann sich dadurch eine explosionsfähige Atmosphäre bilden. Gegen Ende des Ladevorgangs und vor allem beim Überladen ist die Bildung der Gase am grössten. Auch nach Abschalten des Ladestroms ist noch während einer Stunde mit Gasbildung zu rechnen.
Entlüftung von Batterieladeräumen
Das Auftreten einer explosionsfähigen Atmosphäre lässt sich durch Lüftungsmassnahmen vermeiden (Verdünnungseffekt). Die Wasserstoffkonzentration muss dazu unter 4 Vol-% gehalten werden. Dies ist die untere Explosionsgrenze (UEG) für Wasserstoff. Wenn diese Lüftungsanforderung erfüllt ist, gelten Batteriestandorte als nicht explosionsgefährdet. In unmittelbarer Nähe der Batterie (Abstand bis zu 1 m) ist jedoch die Verdünnung nicht immer sichergestellt. Deshalb sind dort Zündquellen zu vermeiden.
Zur Berechnung der notwendigen Lüftungsleistung stehen Ihnen hier zwei Tools zur Verfügung: Eines für stationäre Batterien und eines für Fahrzeugbatterien (z.B. für Stapler). Für eine abschliessende Beurteilung sind die Normen EN 62485-2 und EN 62485-3 massgebend.
Lüftungsmassnahmen für stationäre Batterieanlagen
Stationäre Batterieanlagen sind dauerhaft mit einem Ladegerät und in vielen Fällen zusätzlich mit der Last und der Stromversorgung verbunden. Sie werden in stationäre Geräte eingebaut oder in Batterieräumen installiert für den Einsatz in der Telekommunikation, für unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV), Schaltanlagen, Sicherheitsstromversorgung oder für ähnliche Anwendungen.
Berechnung der Querschnittsflächen A der Lüftungsöffnungen bzw. des erforderlichen Luftvolumenstroms Q bei künstlicher Lüftung
Geben Sie Ihre Daten ein. Wenn Sie den gaserzeugenden Strom (Igas) nicht kennen, können Sie den Wert aus der Tabelle unten entnehmen.
n
Igas
Crt
Ergebnis
Q = 0.05 x n x Igas x Crt x 0.001 = m3/h
A = 28 x Q = cm2
Definitionen
A = Querschnittsflächen der Lüftungsöffnugen bei natürlicher Lüftung
Q = Erforderlicher Luftvolumenstrom bei künstlicher Lüftung
Nennkapazität C10 für Blei-Säure-Zellen (Ah) oder Nennkapazität C5 für NiCd-Zellen.
Beurteilung
Die Lüftung reicht aus, wenn eine dieser beiden Bedingungen zutrifft:
- In überflur gelegenen Räumen sind zwei Lüftungsöffnungen vorhanden, jede davon mit der berechneten Querschnittsfläche A (bei natürlicher Lüftung). Die Öffnungen befinden sich entweder in gegenüberliegenden Wänden oder sie haben einen Mindestabstand von 2 m, wenn sie sich in derselben Wand befinden. Die Öffnungen müssen unverschliessbar sein.
- Der erforderliche Luftvolumenstrom Q wird mit künstlicher Lüftung erzeugt und das Ladegerät ist mit dem Belüftungssystem gekoppelt (ohne Lüftung ist das Ladegerät stromlos geschaltet). Bei künstlicher Lüftung muss der Absaugventilator zwingend während des Ladevorgangs in Betrieb sein und mindestens eine Stunde darüber hinaus weiterlaufen.
Werden Rekombinationsstopfen verwendet, kann die notwendige Lüftungsleistung halbiert werden.
- Die Zuluftöffnung muss sich in Fussbodennähe (max. 10 cm oberhalb des Fussbodens) und die Abluftöffnung in Deckennähe (max. 10 cm unterhalb der Decke) befinden.
- Zusätzlich muss die dem Batterieraum entzogene Luft ausserhalb des Gebäudes in die Atmosphäre abgegeben werden.
- Bei regelmässigem Starkladen (z. B. Pufferbetrieb) setzen Sie den Strom beim Starkladen für die Berechnung der Belüftung ein.
- Erkundigen Sie sich beim einem Antimongehalt > 3 % beim Batteriehersteller über geeignete Werte.
|
Bleibatterien geschlossene Zellen Sb < 3 % |
Bleibatterien verschlossene Zellen |
NiCd-Batterien geschlossene Zellen |
|
|---|---|---|---|
|
Strom (Erhaltungsladen) Igas [mA pro Ah Nennkapazität] |
5 |
1 |
5 |
|
Strom (Starkladen) Igas [mA pro Ah Nennkapazität] |
20 |
8 |
50 |
Anforderung an den Luftstrom der Belüftung für zwei geschlossene Blei-Batterie-Zellstränge von 48V im gleichen Batterieraum: jeder Strang mit 120 Ah Bemessungskapazität C10. Berechnung unter Betriebsbedingungen Erhaltungsladung und Starkladung.
Erhaltungsladung insgesamt: Q = 0,05 × 24 × 5 × 120 × 0,001 = 0,72 m3/h je Strang oder 1,44 m3/h
Starkladung insgesamt: Q = 0,05 × 24 × 20 × 120 × 0,001 = 2,88 m3/h je Strang oder 5,76 m3/h
Das übliche Ladeverfahren ist das Laden mit Konstantstrom/Konstantspannung (I-U-Kennlinie). Werden andere Ladeverfahren angewendet, bemessen Sie den Luftstrom Q für die Belüftung entsprechend dem höchsten Ausgangsstrom des Ladegerätes.
Lüftungsmassnahmen bei Fahrzeugbatterien
Berechnung der Querschnittsflächen A der Lüftungsöffnungen bzw. des erforderlichen Luftvolumenstroms Q bei künstlicher Lüftung
Geben Sie Ihre Daten ein:
n
Igas
Ergebnis
Q = 0.05 x n x Igas = m3/h
A = 28 x Q = cm2
Definitionen
A = Querschnittsflächen der Lüftungsöffnugen bei natürlicher Lüftung
Q = Erforderlicher Luftvolumenstrom bei künstlicher Lüftung
Beurteilung
Die Lüftung reicht aus, wenn eine dieser Bedingungen zutrifft:
- In überflur gelegenen Räumen sind zwei Lüftungsöffnungen vorhanden, jede davon mit der berechneten Querschnittsfläche A (bei natürlicher Lüftung). Die Öffnungen befinden sich entweder in gegenüberliegenden Wänden oder sie haben einen Mindestabstand von 2 m, wenn sie sich in derselben Wand befinden. Die Öffnungen müssen unverschliessbar sein.
- Der erforderliche Luftvolumenstrom Q wird mit künstlicher Lüftung erzeugt und das Ladegerät ist mit dem Belüftungssystem gekoppelt (ohne Lüftung ist das Ladegerät stromlos geschaltet). Bei künstlicher Lüftung muss der Absaugventilator zwingend während des Ladevorgangs in Betrieb sein und mindestens eine Stunde darüber hinaus weiterlaufen.
- Die Ladestation befindet sich im Freien.
- Die Ladestation befindet sich in einer grossen Halle (Luftgeschwindigkeit mind. 0,1 m/s).
- Die Zuluftöffnung muss sich in Fussbodennähe (max. 10 cm oberhalb des Fussbodens) und die Abluftöffnung in Deckennähe (max. 10 cm unterhalb der Decke) befinden. Zusätzlich muss die dem Batterieraum entzogene Luft ausserhalb des Gebäudes in die Atmosphäre abgegeben werden.
- Werden mehrere Batterien im gleichen Raum geladen, ist die notwendige Lüftung zu berechnen, indem die einzelnen Luftvolumenströme zusammengezählt werden.
- Werden sogenannte Schnellladegeräte verwendet, sind die speziellen Werte für Igas beim Hersteller zu erfragen.
Bestimmung des gaserzeugenden Stroms (Igas)
Wird ein geregeltes Ladegerät mit Ausgangskennwert verwendet, und ist der genaue Ladestromwert während des letzten Ladeabschnitts eindeutig bekannt? Dann verwenden Sie diesen Wert als Igas zur Berechnung des Luftvolumenstroms.
Ist der Wert des Ladestroms während des letzten Ladeabschnitts nicht sicher bekannt und wird ein geregeltes Multispannungs-Ladegerät verwendet? Dann Verwenden Sie für Igas den höchsten Ladeschlussstrom, den das Gerät liefern kann.
Erkundigen Sie sich beim Hersteller des Ladegeräts über den Ladestromwert während des letzten Ladeabschnitts, wenn Ihnen der Wert nicht bekannt ist.
Beispiel
Eine 48-V-Blei-Säure-Antriebsbatterie aus 24 Zellen, wird von einem geregelten Ladegerät geladen, das einen Ladeendstrom von höchstens 30 A bereitstellt. Für Igas kann deshalb der Wert 30 A angenommen werden. Für den Bedarf des notwendigen Luftvolumenstroms ergibt sich somit:
Q = 0,05 × 24 × 30 = 36 m3/h.
Wählen Sie für Igas einen Wert von 40 % des Bemessungsausgangsstroms (In) beim Verwenden von ungeregelten Ladegeräten.
Igas = 0,4 × In (A)
Beispiel
Eine 48-V-Blei-Säure-Antriebsbatterie, bestehend aus 24 Zellen, wird von einem ungeregelten Ladegerät geladen, das eine Ausgangsleistung von 48 V/100 A bereitstellt. Der Wert für Igas beträgt 0,4 × 100 = 40 A. Für den Bedarf des notwendigen Luftvolumenstroms bei ergibt sich somit:
Q = 0,05 × 24 × 40 = 48 m3/h.