Az elmúlt években hazánkban is ugrásszerűen megnövekedett a lakossági felhasználású elektromos közlekedési eszközök száma. Ezeket a járműveket nagyrészt városias környezetben - a személygépjárművek és a tömegközlekedés alternatívájaként vagy kiegészítéseként - használják.

Új elemként jelent meg a piacon a háztartási energiatároló akkumulátor, amelyek elsődleges célja a napelem hálózatok által termelt áram hatékonyabb, fogyasztási csúcsokhoz igazodó felhasználásának elősegítése (ún. hibrid rendszerek).

Tűzvédelmi, tűzmegelőzési szempontból ezek az eszközök új tűzkockázati tényezőként jelennek meg a háztartásokban.

Jelenleg az elektromosság tárolásának helytakarékosság, energiasűrűség - és nem utolsó sorban költség - tekintetében egyik leghatékonyabb módja a lítium-ion akkumulátorok használata, ugyanakkor ezeknek a nagy energiasűrűségű energiatárolóknak a kezelése, tárolása és üzemeltetése is nagy gondosságot igényel.

Lítium-ion akkumulátorok működési elve:

A lítium-ion akkumulátorok olyan tölthető akkumulátorok, amelyek elektrokémiai reakciók révén tárolják és adják le az energiát. Az akkumulátorban két fő részegység található: anód és katód, amelyek között egy elektrolit (általában lítium-sókat tartalmazó oldat) biztosítja az ionok áramlását.

Összetétel:

• Anód: Leggyakrabban grafit, mivel képes hatékonyan tárolni a lítium-ionokat.
• Katód: A katód anyaga lehet például kobaltoxid, nikkel-mangán kobalt (NMC), vagy foszfát alapú anyagok (pl. LiFePO₄), melyek mind különböző energia-sűrűséggel és biztonsági jellemzőkkel rendelkeznek.
• Elektrolit: Általában lithium-sókat (pl. LiPF₆) tartalmazó szerves oldószer (pl. karbonát alapú oldószerek), amely lehetővé teszi az ionok mozgását.
• Separator: Egy mikropórusos anyag, amely fizikailag elkülöníti az anódot és a katódot, megelőzve a rövidzárlatot.

Thermal Runaway jelenség:

A thermal runaway egy veszélyes jelenség, amely lítium-ion akkumulátorok túlmelegedésekor fordul elő. Ha az akkumulátor túltöltődik, túlmelegszik, vagy sérül, az elektromos és kémiai reakciók hőmérséklet emelkedést indukálnak, ami önfenntartó reakciót indít be, tovább növelve a hőt. A következmények lehetnek:

• Lítium-oxidáció: A lítium-ionok nem kívánt reakcióba léphetnek a katóddal, felszabadítva hőt.
• Gázképződés: Az elektrolit illékony összetevői felhevülés hatására gázokat bocsátanak ki, ami robbanást vagy tüzet okozhat.
• Akkumulátor meghibásodása: A hőmérséklet növekedése rombolja az akkumulátor szerkezetét, ami a belső rövidzárlat kialakulásához és további hőtermeléshez vezet.

A thermal runaway elkerülése érdekében a lítium-ion akkumulátorokat rendszerint védelmi áramkörökkel (BMS – Battery Management System) látják el, amelyek figyelik a töltési feszültséget, az áramot és a hőmérsékletet, hogy megelőzzék a veszélyes körülményeket.

Ez a jelenség különösen nagy kockázatot jelent az akkumulátorok gyors töltésekor, illetve sérüléskor, amikor a biztonsági mechanizmusok nem működnek megfelelően.

Ezért létfontosságú az akkumulátorok mechanikai behatás és hő elleni védelme. A sérült akkumulátorok megfelelő kezelése.

A lítium-ion akkumulátorok katódja az a komponens, amely a töltési és kisütési ciklusok során lítium-ionokat tárol és ad le. A katód anyaga kulcsfontosságú, mivel meghatározza az akkumulátorkapacitását, energiatároló képességét, élettartamát, és biztonsági jellemzőit. A leggyakrabban alkalmazott katódanyagok a következőek:

1. Kobaltoxid (LiCoO₂)
   • Jellemzők: A kobaltoxid a lítium-ion akkumulátorok egyik legelterjedtebb anyaga. Kiváló energiadús és nagy kapacitással rendelkezik, ezért széles körben alkalmazzák a mobil eszközökben, mint például okostelefonokban, laptopokban.
   • Előnyök:
     • Magas energiasűrűség.
     • Kiváló stabilitás és jó teljesítmény.
   • Hátrányok:
     • A kobalt költséges és környezeti hatások miatt aggályos a használata.
     • Túlfeszültség esetén hajlamos lehet a hőmérséklet-emelkedésre, ami növeli a tűzveszély (thermal runaway) kockázatát.
2. Nikkel-mangán-kobalt (NMC)
   • Jellemzők: A Nikkel-mangán-kobalt (NMC) egy háromkomponensű katódanyag, és az egyik legszélesebb körben használt katód az autó akkumulátorokban és energiatároló rendszerekben.
   • Előnyök:
     • Jó kapacitás, stabilitás és hosszú élettartam.
     • A kobalt mennyiségének csökkentése révén a költség csökkenthető, míg a nikkel és mangán biztosítja a stabilitást és a magas energiasűrűséget.
   • Hátrányok:
     • A nikkel és mangán hozzáadásával a költség és az összetettség nőhet.
3. Nikkel-kobalt-alumínium (NCA)
   • Jellemzők: A nikkel-kobalt-alumínium (NCA) egy másik népszerű katódanyag, amelyet főként elektromos járművek (EV)akkumulátoraiban alkalmaznak, például a Tesla akkumulátoraiban.
   • Előnyök:
     • Magas energiasűrűség.
     • Jó hosszú távú teljesítmény és stabilitás.
     • Az alumínium jelenléte javítja az anyag hőstabilitását.
   • Hátrányok:
     • Költséges a kobalt és nikkel kombinációja miatt.
4. Lítium-vas-foszfát (LiFePO₄)
   • Jellemzők: A lítium-vas-foszfát (LiFePO₄), amely a foszfát alapú katódok közé tartozik, a lítium-ion akkumulátorok egyik legbiztonságosabb és legstabilabb típusa. Jellemzően elektromos járművek és energia tároló rendszerek esetén használják.
   • Előnyök:
     • Magas biztonság és hőstabilitás.
     • Kisebb környezeti hatás és alacsonyabb költség.
     • Hosszú élettartam és jó ciklikus stabilitás.
   • Hátrányok:
     • Alacsonyabb energiasűrűség a kobalt- és nikkel-alapú anyagokhoz képest, ami azt jelenti, hogy az akkumulátorok kisebb kapacitásúak ugyanakkora térfogatban.
5. Lítium-mangán-oxid (LiMn₂O₄)
   • Jellemzők: A lítium-mangán-oxid (LiMn₂O₄) egy másik elterjedt katódanyag, amelyet elsősorban energia tároló rendszerekben és néhány elektromos járművekben használnak.
   • Előnyök:
     • Költséghatékony és környezetbarát.
     • Jó stabilitás és biztonságos működés.
   • Hátrányok:
     • Alacsonyabb energiasűrűség, mint a kobalt-alapú anyagoké.
     • Kisebb teljesítmény
6. Lítium-kobalt-vas (LiCoFePO₄)
   • Jellemzők: A lítium-kobalt-vas (LiCoFePO₄) egy újabb fejlesztésű katódanyag, amely egyesíti a kobalt és a vas előnyeit.
   • Előnyök:
     • Magasabb energia-sűrűség, mint a vas alapú katódoknál.
     • Jó stabilitás és hőállóság.
   • Hátrányok:
     • Kombinált anyag (vas és kobalt) nehezebb és drágább lehet, mint a tisztán vas alapú alternatívák.

Összefoglalás:

A lítium-ion akkumulátorok katódjai különböző anyagokból készülhetnek, és mindegyiknek megvannak a maga előnyei és hátrányai:

• Kobaltoxid (LiCoO₂): Magas kapacitás, de drága és környezetvédelmi kérdésekkel jár.
• Nikkel-mangán-kobalt (NMC): Kiegyensúlyozott teljesítmény és költség.
• Nikkel-kobalt-alumínium (NCA): Magas energiasűrűség és stabilitás, különösen elektromos járműveknél.
• Lítium-vas-foszfát (LiFePO₄): Magas biztonság és hosszú élettartam, de alacsonyabb kapacitás.
• Lítium-mangán-oxid (LiMn₂O₄): Költséghatékony és biztonságos, de alacsonyabb kapacitás.

A választás az akkumulátor alkalmazási területétől és kívánt jellemzőitől függ, például energia sűrűségtől, költségektől és biztonsági szempontoktól.

A Nikkel-mangán-kobalt (NMC) akkumulátorok dominálnak az elektromos rollerek és elektromos kerékpárok piacán, mivel nagyobb energiasűrűséggel rendelkeznek és hosszabb hatótávolságot biztosítanak. Azonban a Lítium-vas-foszfát (LiFePO₄) akkumulátorok egyre nagyobb szerepet kapnak, mivel biztonságosabbak és tartósabbak, különösen az alacsonyabb költségű, biztonságos és hosszú élettartamú eszközök számára.

A háztartási energiatárolók esetében túlsúlyban vannak jelen a LiFePO4 akkumulátorok, mivel ezek esetében a súly és a térfogat kevésbé, míg a hosszú élettartam, magas töltés-kisütés ciklus, és megbízható működés, fontosabb szempont.

Mire is érdemes figyelni, amikor akkumulátoros járműveinket töltjük?

A TvMi megkülönböztet kis- és nagyteljesítményű mikromobilitási eszközöket. Kisteljesítményű eszköznek tekinthető a legfeljebb 550 W névleges töltési teljesítményű vagy 2000 Wh összesített akkumulátor kapacitású eszköz.

Kisteljesítményű eszközök töltése:

• mindig a gyártó által ajánlott vagy a termékkel együtt szállított töltőberendezéssel töltsük az eszközünket
• ne használjunk hosszabbítót vagy elosztót, illetve egy dugaljról csak egy eszközt töltsünk
• mindig bizonyosodjunk meg az akkumulátor és a töltő berendezés sértetlenségéről
• ha hibát észlelünk, a töltést azonnal szakítsuk meg, és az eszköz javításáig, vagy cseréjéig ne használjuk
• a gyári akkumulátort és töltő berendezést ne bontsuk meg, az akkumulátor megbontása a thermal runaway bekövetkezésének kockázatát jelentősen növeli
• lehetőleg az időjárási körülményektől védett, jól szellőző helyen töltsük az eszközt
• ha lakótérben töltjük az eszközt, akkor a lakótér elhagyására szolgáló útvonalon kívül tegyük ezt
• a töltésre használt rész környezetében minimalizáljuk az éghető anyagok jelenlétét
• lehetőség szerint ne hagyjuk felügyelet nélkül a töltőn lévő eszközt (lehetőleg napközben töltsük, amikor észlelni tudjuk az esetleges meghibásodást)
• társasházak lakáson kívüli közlekedőin és lépcsőházaiban tilos elhelyezni vagy tölteni ezen eszközöket
• ha garázsban, vagy közvetlen felügyeletünk alatt nem álló helyiségben töltjük az eszközt, célszerű tűzérzékelőt elhelyezni a helyiségben (pl. barkács áruházakban, és egyes nagyáruházakban is elérhető home detector)
• javasolt (lítium-ion akkumulátor tüzének oltására minősített) tűzoltó takaró beszerzése (lítium-ion akkumulátor tüzének oltására minősített)

Nagyteljesítményű eszközök töltése:

• a kisteljesítményű eszközökre vonatkozó szabályok betartása mellett, ezen berendezéseket erősen javasolt a lakótértől elválasztott, külön helyiségben tölteni

A mikromobilitási eszközökben használt akkumulátorok különösen ki vannak téve a mechanikai sérülések kockázatának, mint a rázkódás, leesés, átszúródás, magas hőmérséklet. Ügyeljünk arra, hogy az akkumulátort ne érje mechanikai sérülés, ha véletlenül leejtettük, akkor győződjünk meg róla, hogy külső burkolat nem sérült-e, illetve a következő néhány töltésnél fokozott figyelemmel kísérjük a folyamatot. Ha horpadást, repedést tapasztalunk, ne kíséreljük meg a töltést, hanem inkább cseréljük az akkumulátort.

Ne hagyjuk tűző napon az eszközt, főleg azok esetében, amelyekben az akkumulátor nincs védőburkolat alatt.

Háztartási energiatárolókkal kapcsolatos tudnivalók

Fontos, hogy energiatároló rendszert – akár hibrid, akár önálló rendszerről beszélünk – csak szakemberrel szereltessünk, aki meggyőződik a töltő és kisütő egység kompatibilitásáról, a meglévő elektromos hálózatunk alkalmasságáról, szabványosságáról.

A rendszernek rendelkeznie kell ún. BMS/ESMS biztonsági berendezéssel, amely felügyeli és rendellenes működés esetén megszakítja a töltést és leválasztja a fogyasztókat.

Az áramtalanítási pontot (tűzeseti főkapcsolót) úgy kell kialakítani, hogy az egész hálózat egy helyről lekapcsolható legyen.

Az energiatároló rendszer jelenlétére figyelmeztető táblát kell elhelyezni az épület főbejáratánál és az energiatárolón is jelölni kell.

"FIGYELEM, AZ ÉPÜLETBEN AKKUMULÁTOROS ENERGIATÁROLÓ RENDSZER ÜZEMEL!
AZ AKTÍV VEZETŐK LEVÁLASZTÁS UTÁN IS FESZÜLTSÉG ALATT MARADHATNAK!"

A telepítés során a gyártói előírásokat be kell tartani, erről a kivitelező szakember írásban nyilatkozik.

A fentieken túl az épület rendeltetésétől, a lakóegységek és szintek számától, az energiatárolók teljesítményétől, valamint az MSZ EN IEC 62619 szabványnak való megfeleléstől függően további telepítési követelményeket támaszt a TvMI.

Cikkünkben a legfontosabb előírásokat és javasolt intézkedéseket jártuk körül. A BM OKF honlapján a Szakmai Tájékoztatók, Tűzvédelmi szakterület fül alatt érhetőek el további információk.