SI/502718

Schlussbericht

Das Forschungsprojekt ECAFIS untersucht die potenzielle Gefahr von Bränden bei Elektrofahrzeugen in geschlossenen Räumen wie Tiefgaragen. Die Forschung zielt darauf ab, die Wirksamkeit von Sprinkleranlagen und eines neuen automatischen Brandbekämpfungssystems (FASR-Pyrosense) zu testen, um die Ausbreitung von Bränden einzudämmen und die Sicherheit in Tiefgaragen mit Elektrofahrzeugen zu verbessern. Das Forschungsprojekt umfasste zwei Grossbrandversuche mit insgesamt sechs Fahrzeugen, die in den unterirdischen Anlagen der Versuchsstollen Hagerbach AG durchgeführt wurden, um eine reale Umgebung für Brände in Tiefgaragen zu schaffen. Die Bedingungen der beiden Versuche blieben unverändert, um die Ergebnisse vergleichen zu können: Der Brand wurde durch die punktuelle Überhitzung eines Batteriemoduls in einem Tesla Model S Fahrzeug verursacht und es wurde untersucht, ob sich das Feuer auf zwei seitlich aufgestellte Fahrzeuge (ein weiteres kleines Elektroauto und ein Auto mit Verbrennungsmotor) ausbreiten konnte. Die Temperaturen wurden von Sensoren überwacht und mit Kameras wurden die wichtigsten Phasen des Brandes aufgezeichnet. Zwischen den Elektroautos wurde eine Betonstütze aufgestellt, um die Auswirkungen des Feuers auf die Stahlbetonstrukturen zu beurteilen. Die Daten aus den Simulationen wurden durch statische Simulationsrechnungen vervollständigt. Im ersten Test reichte es aus, ein Modul mit zwei Heizpatronen zu überhitzen, um den Thermal Runaway in der ganzen Batterie auszulösen. Unmittelbar nach der Zündung der Heizpatronen war nur Rauch aus dem Wagenboden zu sehen und ein Temperaturanstieg in der Batterie zu messen. Nach etwa einer Stunde kam es zu einer starken Deflagration, in deren Folge Flammen freigesetzt wurden, die den Fahrgastraum in Brand setzten und die Sprinkleranlage sofort auslösten. Das Feuer dauerte etwa eineinhalb Stunden und schwankte in seiner Intensität in Abhängigkeit von der Ausbreitung des thermischen Durchgehens in der Batterie. Während des Tests wurde die Sprinkleranlage in bestimmten Phasen abgeschaltet, um ihre Wirkung auf das Feuer zu testen. Am Ende des Tests wurde der Tesla durch das Feuer vollständig zerstört. Die beiden anderen Fahrzeuge waren praktisch unversehrt: nur an den dem Tesla zugewandten Seiten der Karosserie waren Schäden zu sehen. Die anderen Karosserieteile und die Kunststoffe im Fahrgastraum waren unbeschädigt. Im zweiten Test konnte der Thermal Runaway nicht durch die zwei Heizpatronen verursacht werden, sondern eine Gruppe von Batteriezellen wurde durch ein Eisenoxid- und Aluminium-Granulat-Gemisch überhitzt. Nach einer anfänglichen Phase, in der Rauch vom Autoboden zu sehen war, kam es zu einer starken Deflagration, welche heftige Flammen im Fahrgastraum auslöste. Das FASR-Pyrosense System ist ein Hochdrucklöschsystem, das Wassernebel durch drei Düsen versprüht, von denen sich zwei an den Seiten des Fahrzeugs und eine unterhalb des Fahrzeugbodens befinden. Das System wurde unmittelbar nach der Verpuffung aktiviert. Auch im zweiten Test schwankte die Feuerintensität in Abhängigkeit des Thermal Runaway in der Batterie. Am Ende des zweiten Tests waren ähnliche Schäden wie beim ersten Test festzustellen: Der Tesla war durch das Feuer zerstört und die anderen Fahrzeuge praktisch unversehrt, mit Schäden nur an den dem Tesla zugewandten Seiten. Bei den Tests wurde festgestellt, dass sowohl die Sprinkleranlage als auch das FASR-Pyrosense-System die Brandausbreitung auf andere Fahrzeuge in geschlossenen Parkhäusern verhindern können. Die Temperaturen werden unter Kontrolle gehalten, so dass ein Einsturz der tragenden Struktur ausgeschlossen werden kann. Das FASR-Pyrosense-System hat zudem den Thermal Runaway in der Batterie verlangsamt. In Bezug auf den Brand von Elektroautos haben die Tests gezeigt, dass die punktuelle Überhitzung eines Batteriemoduls zur Brandpropagation und zur Zerstörung der ganzen Batterie führen kann. Während dieses Prozesses kommt es zu einer Deflagration durch die Entzündung der brennbaren Gase, die durch die chemische Zersetzung der Zellen entstehen. Nach Abschluss dieses Forschungsprojekts werden die Feuerwehren über die mit der Deflagration verbundenen Risiken informiert. Das FASR-Pyrosense System wird für die kommerzielle Anwendung und für die Markteinführung weiterentwickelt.