Een brand in een lithium-ionbatterij begint meestal met een thermal runaway: een cel produceert meer warmte dan ze kwijt kan, waardoor temperatuur en druk zichzelf opjagen. Daarbij kunnen brandbare en giftige gassen vrijkomen, kan een explosie ontstaan en kan het vuur na blussen opnieuw oplaaien. Daarom vraagt een batterijbrand om een andere aanpak dan een gewone brand, en is PGS 37-1 grotendeels gericht op het voorkomen en beperken van die kettingreactie.
Wat is thermal runaway?
PGS 37-1 omschrijft thermal runaway als "een ongecontroleerde toename in temperatuur als gevolg van een grotere warmteproductie dan warmteafvoer". Er ontstaat een positief terugkoppelmechanisme: de warmte versnelt de reacties die nog meer warmte opleveren. Het gevolg is volgens de richtlijn een zeer snelle stijging van druk en temperatuur, en "een ontleding, een explosie en/of brand van de energiedrager", waarbij zeer giftige pyrolyseproducten vrijkomen. De richtlijn noemt oplosmiddelen, koolmonoxide, waterstof en waterstoffluoride.
Dat is ook de reden dat PGS 37-1 alleen over lithiumhoudende energiedragers gaat: juist die kunnen bij een incident in thermal runaway raken. Hoe groot die kans is, hangt volgens de richtlijn "sterk" af van het ontwerp en de chemische samenstelling. In de risicoanalyse achter PGS 37-1 is thermal runaway voor elke opstelling de centrale ongewenste gebeurtenis. Over de verschillen tussen celtypen leest u meer bij LFP of NMC.
Van één cel naar het hele systeem
Een energieopslagsysteem (EOS) bestaat uit vele cellen in modules en racks. Het grootste gevaar is dat een thermal runaway in één cel overslaat naar buurcellen en modules: propagatie. Doel D11 van PGS 37-1 is precies dat te voorkomen. Maatregel M55 vraagt dat het EOS "bij voorkeur" aantoonbaar beveiligd is tegen brandpropagatie, getest volgens NEN-EN-IEC 62933-5-2 of UL 9540A. Voor een inpandig EOS in een eigen ruimte (typical T5) is dat altijd vereist.
Ook het batterijmanagementsysteem (BMS) speelt een rol. PGS 37-1 vraagt continue bewaking op onder meer overladen, diep ontladen, temperatuur en gasvorming (M33), en dat BMS en energiemanagementsysteem de energiedragers bij te hoge temperatuur elektrisch kunnen ontkoppelen (M34).
Gassen en explosiegevaar
Al aan het begin van een thermal runaway kunnen gassen vrijkomen. Bijlage G van PGS 37-1 noemt waterstof "tot 20 vol%". In een afgesloten container of ruimte kan zo een explosief mengsel ontstaan. Het NIPV modelleerde in november 2024 de explosie-effecten voor de twee gangbare celtypen, LFP en NMC.
De richtlijn zet daar verschillende maatregelen tegenover:
- Gasdetectie (M32): een vast detectiesysteem, bij voorkeur CO-detectie met kruisgevoeligheid voor waterstof, met alarmniveaus bij 10, 20 en 120 ppm CO. Bij 120 ppm volgt doormelding naar de hulpdiensten.
- Ventilatie (M19–M21): mechanische ventilatie met een interlock, en noodventilatie op maximaal vermogen bij detectie van CO of rook.
- Drukontlasting (M18): zonder geslaagde brandpropagatietest een drukontlastingsvoorziening in wand of dak die verankerd blijft.
Meer hierover leest u bij gassen en explosiegevaar.
Blussen werkt anders
PGS 37-1 kiest in de eerste plaats voor het voorkomen van propagatie. Lukt dat niet, dan is koelen of het systeem vol zetten met water de route: via een bluswateraansluiting van minimaal 1.000 liter per minuut met een storzkoppeling, waarbij het water boven de hoogste energiedrager wordt ingebracht (M56), via een gecertificeerd brandbeheerssysteem (M57) of, bij bestaande systemen, via een watersnijsysteem (bijlage H).
Hoeveel water dat kan vragen, liet een brand in het Belgische Drogenbos zien. Daar brandde op 11 november 2017 een batterijcontainer van 1 MW / 1 MWh. De brandweer koelde onder meer twaalf uur lang met een monitor van 2.000 liter per minuut, samen circa 1,4 miljoen liter water.
Het NIPV trekt uit onderzoek en praktijk een aantal lessen:
- de blussende werking van aerosol is bij lithium-ionbranden "in het algemeen beperkt";
- na de brand in Helmond noemt het NIPV het uitbrandscenario een van de realistische handelingsperspectieven;
- bij lithium-ionopslag hanteert de brandweer de inzetstrategie "defensief buiten".
Zie ook een batterijbrand blussen.
Herontsteking
Een batterijbrand die uit lijkt, kan terugkomen. Bij de brand in een EOS op de Automotive Campus in Helmond op 25 december 2023, volgens het NIPV de eerste EOS-brand met lithium-ionbatterijen in Nederland, brak later die week opnieuw brand uit in hetzelfde systeem. Het incident liep tot en met 30 december 2023. PGS 37-1, die vóór deze brand verscheen, eist onder meer dat de bewaking na afschakelen blijft werken totdat de installatieverantwoordelijke ter plaatse is (M34, M35), en dat een aangetaste module uiterlijk binnen 24 uur na stabilisatie wordt verwijderd en afgevoerd (M37).
Giftige stoffen en bluswater
Naast vuur en explosie zijn er chemische gevaren. Waterstoffluoride is zeer giftig. Bluswater kan corrosief en giftig zijn, en bij beschadiging kan elektrolyt vrijkomen. In vochtige omstandigheden kunnen ontledingsproducten volgens PGS 37-1 reageren tot onder meer fluorwaterstofzuur, lithiumhydroxide en zoutzuur. Bij een scenario met een giftige wolk luidt het advies van de brandweer: binnenblijven, ramen en deuren dicht en ventilatie uit. Het noodplan uit PGS 37-1 (M64) moet daarom ook de nazorg voor elektrolyt en bluswater beschrijven.
Hoe vaak gaat het mis?
Volgens het Amerikaanse onderzoeksinstituut EPRI daalde het aantal incidenten met batterijopslag per geïnstalleerd vermogen tussen 2018 en 2023 met 97%, van circa 9,2 naar circa 0,2 per GW. EPRI kan niet garanderen dat de database alle incidenten bevat. Een incident kan wel grote gevolgen hebben: bij de brand in de batterijopslag van Moss Landing (Californië) in januari 2025 kregen ongeveer 1.200 tot 1.500 omwonenden een evacuatiebevel, dat de volgende dag werd opgeheven.
Wie een batterijsysteem heeft of plant, vindt de technische achtergrond bij thermal runaway en de bijbehorende maatregelen in de rubriek maatregelen.