Brandereignisse mit Heimspeicherbeteiligung im Fokus

Einsatzübungen im Brandhaus der Feuerwehr Dortmund.
Bild: vfdb e. V.

Das vom BMFTR geförderte Verbundvorhaben SEKUR – „Sichere Energiespeicherkonzepte im urbanen Raum“ setzt genau an diesen Fragestellungen an. Im Rahmen des zweijährigen Projekts wird ein neuartiges Sicherheitskonzept für lithiumbasierte Heimspeicher entwickelt, das die Risiken für Einsatzkräfte sowie für Bewohner und Betreiber deutlich reduziert. In die Projektarbeit flossen vielfältige fachliche und einsatzspezifische Erkenntnisse ein; insbesondere die in BS Brandschutz 02/2025 vorgestellte Interviewstudie zeigte, dass sowohl organisatorisch als auch technisch weiterer Optimierungsbedarf besteht. Ergänzend hierzu wurden chemisch-technische Grundlagen sowie organisatorische Anforderungen an die Gefahrenabwehr erhoben. Die technische Entwicklung, ein speziell für die Speicher- und Umweltüberwachung angepasstes Sensor- und Meldesystem, wird anschließend in realitätsnahen Einsatzübungen erprobt, um ihre Praxistauglichkeit gezielt zu überprüfen. Diese Erkenntnisse bilden eine wesentliche Grundlage für die spätere Integration in die Abläufe der Feuerwehr.

Innovatives Sensor- und Kommunikationskonzept

Im Einsatzfall ist jede Minute kostbar. Sind Existenz, Standort oder Zustand eines Heimspeichers bekannt, erleichtert dies die schnelle Entscheidungsfindung und die Wahl der angemessenen Einsatztaktik. Dies entscheidet im Zweifelsfall über Erhalt von Menschenleben und Infrastruktur. SEKUR-Sensorsysteme mit installierten Sensormodulen, geöffnet und geschlossen.
Bild: Fraunhofer ICT

Prozessormodul in Nahaufnahme.
Bild: Fraunhofer ICT

Prozessormodul in Nahaufnahme.

Bild: Fraunhofer ICT

Daher wurde im Rahmen von SEKUR ein Sensorsystem zur speichernahen Installation entwickelt, welches die wichtigsten Umweltparameter sowie batteriespezifische Gaskomponenten überwacht und kommuniziert. Das System selbst agiert herstellerunabhängig und ist damit zur Überwachung beliebiger Batterieanwendungen geeignet. SEKUR hat sich als Ziel gesetzt, eine zusätzliche Informationsquelle durch Einsatz einer angepassten Sensorik- und Kommunikationslösung bereitzustellen. In Zusammenarbeit mit Einsatzkräften der Analytischen Task Force (ATF) sowie durch Auswertung realer Einsätze wurden einsatzrelevante Informationen, Umweltparameter sowie Warnschwellen identifiziert. Das Wissen über das Verhalten von Batteriezellen im Havariefall wurde zudem durch das langjährige und umfangreiche Praxiswissen der Konsortialpartner beigesteuert.

Auf Basis des entstandenen Lastenhefts wurden geeignete, preisgünstige und marktverfügbare Einzelsensoren ausgewählt. Eine Überführung in eine eigenständige Elektroniklösung in Soft- und Hardware wurde vollständig im Konsortium durchgeführt.

Das in Eigenentwicklung entstandene Sensorsystem verfügt über eine modulare Struktur, welche die Evaluation verschiedener Sensoren auf einer Plattform ermöglicht. Dabei erfüllt jedes einzelne Modul (Ringabschnitt) über ein oder mehrere spezifische Sensorelemente, welche bei Bedarf ausgetauscht oder mit weiteren Sensoren kombiniert werden können.

Neben spezifischen Sensorparametern verfügt das System auch über mehrere Kommunikationsschnittstellen, welche durch das Prozessormodul gesteuert und bereitgestellt werden. Als wichtige Anforderung wurde die einfache Weitergabe zentraler Parameter mittels drahtloser Schnittstellen formuliert. Weiterhin erfolgt eine qualitative und quantitative Warnung der Einsatzkräfte vor Ort.

Verfügbare Sensorparameter:

• Wasserstoff (H₂)
• Kohlenmonoxid (CO)
• Kohlendioxid (CO₂)
• Temperatur (systemintern)   
• Sauerstoff (O₂)
• Luftqualität mittels VOC-Index (Odorantien)
• Relative Feuchte
• Temperatur (systemextern)

Das System kommuniziert kabellos via WLAN und Bluetooth, und stellt den Systemzustand mittels visuellem Warnindikator (Mehrfarb-LED) und akustischer Warnung mittels Piezobuzzer dar. Dabei kann das System sowohl in bestehenden Netzwerken eingebunden werden als auch sein eigenes WLAN-Netz (Hotspot) bereitstellen. Dies ist besonders wichtig, um eine Kommunikation mit z. B. Einsatztablets der Feuerwehr zu gewährleisten. Das Gehäuse wurde im Rapid-Prototyping-Verfahren mittels MSLA 3D-Druck umgesetzt und erreicht eine hohe Brandfestigkeit durch Einsatz temperaturresistenter Harzformulierungen. So soll das System die kritischen 10 Minuten des Entstehungsbrandes überbrücken. Anwendungsskizze des SEKUR-Sensorsystems. Das System wird speichernah angebracht und kann relevante Umweltparameter kabellos oder vor Ort kommunizieren (audiovisuelle und kabellose Warnung).
Bild: Fraunhofer ICT

Die interne Software basiert auf einem einfachen Webserver, welcher eine Website für verbundene Endgeräte bereitstellt. Hierbei spielt der Typ des Endgeräts oder das Betriebssystem keine Rolle – wenn ein Webbrowser vorhanden ist, kann die Oberfläche des Systems dargestellt werden. Die Softwareoberfläche wurde analog den Anforderungen der ATF einfach gehalten und beschränkt sich auf die wichtigsten Sensorparameter sowie Darstellung der Gesamtlage. Zusätzlich kann ein Lageplan des Gebäudes sowie der Standort des Heimspeichers / des Systems eingeblendet werden. Die komprimierte und vorinterpretierte Darstellung der Messwerte in einem Ampelsystem spart Einsatzkräften Zeit, um die Lage und mögliche Risiken besser einschätzen zu können. Der Wechsel auf die einzelnen Messwerte kann im späteren Einsatzverlauf erfolgen oder im Anschluss (Nachbereitung) des Einsatzes zudem bei der Einsatzhygiene hilfreich sein. Weboberfläche des SEKUR-Sensorsystems mit geöffnetem Lageplan (l.) und Anzeige aller relevanter Sensorparameter / Warnzustand (r.)
Bild: Fraunhofer ICT

Das Sensorsystem wird im Rahmen der Forschungsarbeiten praktisch evaluiert. Dabei wird die Antwort der jeweiligen Sensorelemente auf spezifische Zielgase, Batteriebestandteile (auch Flüssigkeiten z. B. Elektrolytkomponenten) sowie mögliche auftretende Umweltkontaminationen durch natürliche Quellen (Odorantien von Lebensmitteln, Lösemittel, Treibstoffemissionen) geprüft. So entsteht eine komplexe Sensormatrix, welche eine spezifische Aussage über die bestehenden Umweltparameter ermöglicht und so erst eine Auswertung über Warnschwellen realisiert.

In realitätsnahen Brandübungen soll zudem die Reaktion der Einsatzkräfte auf das Vorhandensein der Sensorlösung im Ernstfall evaluiert und ein entsprechender Mehrwert dargestellt werden. Weiterhin soll das System in einem Vollbrandversuch eines Heimspeichers unter Realbedingungen eingesetzt werden.

Einsatzübungen mit Realbrandszenarien

Warnampel des SEKUR-Sensorsystems in verschiedenen Systemzuständen.
Bild: Fraunhofer ICT

Zur Entwicklung von Kommunikationskonzepten sowie zur Evaluation des Sensorsystems wurden spezielle Einsatzszenarien entworfen, welche im Laufe des Projektes in Form von Einsatzübungen durchlaufen werden. Um diese Szenarien so realistisch wie möglich abzubilden, wurden die Brandereignisse der letzten Jahre, die mit Energiespeichern von PV-Anlagen in Verbindung gebracht werden konnten, analysiert. Die Einsatzübungen mit und ohne Sensorsystem werden sowohl einzeln evaluiert und beobachtet als auch im Nachgang miteinander verglichen. Die erste Übung ohne Sensorsystem wurde bereits im Juni 2025 durchgeführt, weitere Übungen sind aktueller Bestandteil des Projektes. Ziele sind die Validierung und Ergänzung von Schulungs- und Kommunikationskonzepten sowie -materialien und auch das Sensorsystem in Realbrandszenarien zusammen mit feuerwehrtechnischen Führungs- und Einsatzkräften zu evaluieren. Im Projekt SEKUR wird so durch die Kombination aus empirischer Forschung, praxisnahen Simulationen, technologischer Innovation und bedarfsgerechten Kommunikationskonzepten ein anwenderorientierter Forschungsansatz verfolgt, der direkt in die Weiterentwicklung bestehender Sicherheitsstrategien einfließen kann.