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Akku-Brand in Segelflugzeugen mit FES-System und LiPo-Akkupacks

Veröffentlicht am 23. November 2017
Zugriffe: 7773

http://UL-Segelflug.de/images/stories/Blogs/2017/1734_LiPo-Fire/TS_AAIB-Incident-Report-Figure1_Crown-Copyright-2017.jpgAm 10. August 2017 kam es auf Parham-Airfied/Sussex in Großbritannien zu einem Akku-Brand, der in einem HPH Glasflügel 304eS/Shark Eigenstarter mit FES-Antrieb eingebaut war. Glücklicherweise geriet der Akku erst nach der Landung in Brand und nicht in der Luft. Während des Ausrollvorgangs roch der 55 Jahre alte Pilot Brandgeruch, während gleichzeitig von hinten Rauch in das Cockpit strömte. Der Pilot konnte das Flugzeug nach Stillstand unverletzt verlassen.

In Brand geratene oder explodierende Lithium-Polimer-Akkus (LiPo-Akkus) sind inzwischen keine Seltenheit mehr, seitdem diese die schwereren und größeren Blei-Akkus weitestgehend verdrängt haben. LiPo-Akkus finden wir heute in allen gängigen Gerätschaften, ob im Handy, im Tablet, im Akkuschrauber, im Fotoapparat, in Taschenlampen, am E-Bike, im Auto oder in Sport- und Verkehrsflugzeugen.

Nach einer Mitteilung der FAA gibt es einen alarmierenden Anstieg von Vorfällen in der Luftfahrt, bei denen fehlerhafte Lithium-Polimer-Akkus in elektronischen Geräten zur plötzlichen Rauchentwicklung, zu Explosionen oder/und zu Akkubränden geführt haben. Allein im ersten Halbjahr 2017 registrierte die FAA bereits 18 Vorfälle in Flugzeugen oder Flughafengebäuden, die im Zusammenhang mit LiPo-Akkus standen. 31 Vorfälle wurden 2016 registriert, 16 in 2015, neun in 2014 und acht in 2013. Die Anzahl der Vorfälle hat sich somit innerhalb von fünf Jahren bereits mehr als vervierfacht!

Abgesehen davon, dass auch wir als Privatpiloten meist einen oder mehrere LiPo-Akkus an Bord haben, sei es im Handy, im Navi, im Fotoapparat oder als Backup-Batterien eingebaut in unterschiedlichsten Fluginstrumenten im Instrumentenbrett, dürfte die größte Gefahr aber von Lithium-Polimer-Akkus ausgehen, mit denen der E-Motor von Elektroflugzeugen angetrieben wird. Sollten diese in Brand geraten, kann man nur hoffen, dass sich das Flugzeug zum Zeitpunkt der Brandentstehung nicht mehr in der Luft, sondern bereits am Boden befindet. Möglichkeiten zum Löschen eines Batteriebrandes im Flug sind (bisher) nicht vorhanden. Auch gibt es keine Möglichkeit, einen brennenden Akku im Flug vom Flugzeug zu trennen und aus dem Flugzeug zu werfen.

Obwohl sich die nachfolgend beschriebenen Vorfälle sowie die daraus resultierende EASA EAD und die neueste LTA des LSG-B ausnahmslos auf Flugzeugtypen mit FES-Antrieb beziehen, ist nicht das FES-System das Problem, sondern der LiPo-Akku selbst. Die Problematik kann also 1:1 auch auf andere Antriebsarten übertragen werden, ja selbst auf LiPo-Akkus die als Austausch für Blei- oder Nickel-Cadmiium-Batterien in Segelflugzeugen oder UL-Flugzeugen eingebaut/ausgetauscht/nachgerüstet worden sind. Die bessere und weit unkritischere Akkualternative wären LiFePo4-Akkus (Lithium-Eisenphosphat-Akkus), die auf Grund des festen Elektrolyt und der Zellchemie als eigensicher gelten, d.h. ein "thermisches Durchgehen" und eine Membranschmelzung wie bei Lithium-Ionen-Akkumulatoren gilt als ausgeschlossen.

Der nachfolgende Bericht ist ein Extrakt aus dem offiziellen und veröffentlichten AAIB Bulletin S3/2017 Special der Air Accidents Investigation Branch.
In einer Fußnote weist die Untersuchungsbehörde auf den folgenden Sachverhalt hin:

This Special Bulletin contains facts which have been determined up to the time of issue. It is published to inform the aviation industry and the public of the general circumstances of accidents and serious incidents and should be regarded as tentative and subject to alteration or correction if additional evidence becomes available.
© Crown copyright 2017

Fire damage to FES batteries and FES battery compartment

Glück im Unglück hatte der Pilot einer HPH Glasflügel 304eS/Shark (Bj. 2016) mit FES-Antriebssystem, bei der unmittelbar nach der Landung und noch während des Ausrollens, der Akku für den FES-Antrieb in Brand geraten ist. Nach Aussage des PIC gab es im gesamten Flugverlauf keine besonderen Vorkommnisse, die auf Batterieprobleme hingewiesen hätten. Lediglich beim Aufsetzen auf der Piste vernahm er ein unübliches Geräusch hinter sich. Nach dem Verlassen des Cockpits stellte er fest, dass die Batterieraum-Abdeckung fehlte und Flammen und Rauch aus dem Batteriefach schlugen. Die abgesprengte Batteriefach-Abdeckung wurde später in der Nähe des Aufsetzpunktes gefunden. Diese wies jedoch keinerlei Brandschäden auf, lediglich die hintere Carbon Verriegelungslasche war abgebrochen. Die Abdeckung wurde vermutlich als Folge eines plötzlichen Druckanstiegs innerhalb des Batteriefachs abgesprengt.

Der Pilot berichtete außerdem, dass im Januar 2017 eine der beiden FES-Batterien aus seinem Auto auf den Boden gefallen war, wobei er die Fallhöhe mit ca. 20 cm angab. Bei einer anschließenden Sichtkontrolle wurden keine Beschädigungen am Batteriegehäuse festgestellt. Da er sich die S/N der herunter gefallenen Batterie nicht notierte, konnte im Nachhinein nicht mehr geklärt werden, ob es sich bei der in Brand geratenen Batterie um die gleiche gehandelt hat, die zuvor aus dem Auto gefallen war.

http://UL-Segelflug.de/images/stories/Blogs/2017/1734_LiPo-Fire/GT_LiPo-Fire_AAIB-Incident-Report-Figure1c_Crown-Copyright-2017.jpgHPH Glasflügel 304es/FES nach dem Ausrollvorgang auf Parham-Airfiel/Sussex (Großbritannien)

Die Flugplatz-Feuerwehr war schnell am Flugzeug und versuchte in einem ersten Löschangriff, das Feuer mit einem CO2-Feuerlöscher zu löschen. Dieser Löschversuch blieb jedoch erfolglos. In einem zweiten Löschversuch wurde dann ein "wässriger, filmbildender Schaum" (Aqueous film-forming foam (AFFF)) in das FES-Batteriefach gesprüht, womit das Feuer erfolgreich gelöscht werden konnte.

Die spätere Unfalluntersuchung durch die AAIB ergab, dass das Feuer in der vorderen FES-Batterie ausgebrochen war. Das Akku-Gehäuse war geborsten und der gesamte Akku durch das Feuer völlig zerstört. Während das hintere Akku-Gehäuse starke äußere Beschädigungen aufwies, waren die inneren Komponenten lediglich leicht beschädigt, wobei die einzelnen Zellen ihre Ladespannung behalten hatten.

http://UL-Segelflug.de/images/stories/Blogs/2017/1734_LiPo-Fire/GT_LiPo-Fire_AAIB-Incident-Report-Figure2c_Crown-Copyright-2017.jpgSchnitt durch den vorderen Flugzeugrumpf mit FES, Cockpit und dahinter liegendem Batteriefach

http://UL-Segelflug.de/images/stories/Blogs/2017/1734_LiPo-Fire/GT_LiPo-Fire_AAIB-Incident-Report-Figure4c_Crown-Copyright-2017.jpgVordere FES-Batterie nach Ausbau durch das AAIB zeigt den vollen Schaden durch die Feuereinwirkung

http://UL-Segelflug.de/images/stories/Blogs/2017/1734_LiPo-Fire/GT_LiPo-Fire_AAIB-Incident-Report-Figure5c_Crown-Copyright-2017.jpgBatterieraum nach dem Brand und ausgebauter FES-Batterien (linkes Bild: Blick in Flugrichtung, rechtes Bild: Blick nach hinten)

Einen ähnlichen Fall mit Batterie-Feuer in einem Segelflugzeug ereignete sich bereits am 27. Mai 2017 auf dem Benesov-Airport in Tschechien. Dort war das Segelflugzeug (gleicher Flugzeugtyp) bereits abgebaut und für die Verladung in den Flugzeughänger vorbereitet. Beide FES-Batterien waren zu diesem Zeitpunkt im Flugzeug installiert und untereinander elektrisch verbunden. Dieser Zustand stand allerdings im Gegensatz zum Flug- und Betriebshandbuch des Segelflugzeugs, in dem die Trennung der Verbindungskabel für den Flugzeugtransport gefordert ist. Der "FES-Power Switch" sowie der "Avionics Master Switch" und auch der Schalter der "FCU" standen in "OFF-Position".

Auch bei diesem Brandereignis entstand das Feuer im vorderen FES-Akkupack und auch hierbei entstand erheblicher Sachschaden am Segelflugzeug. Der Pilot hatte berichtet, dass er während des Ausrollvorgangs über eine harte Bodenwelle gerollt sei, aber abgesehen davon der gesamte Flug ohne besondere Vorkommnisse verlaufen sei. Selbst während der Abrüstung des Segelflugzeugs gab es keinerlei Anzeichen einer Hitzeentwicklung im Batterieraum.
Allerdings soll es sich auch in diesem Fall um eine mögliche Vorschädigung eines Akkus auf Grund eines hrten Falls auf den Boden gehandelt haben.

Als Ergebnis dieser beiden Vorfälle hat die EASA ein Emergency Airworthiness Directive (EAD 2017-0167-E) veröffentlicht, das die folgenden Segelflugzeugtypen mit FES-System betrifft:

- Glasflügel 304 es powered sailplane (HPH spol. s.r.o)
- Discus-2c FES powered sailplane
(Schempp-Hirth Flugzeugbau GmbH)
- LAK-17B FES powered sailplane (Sportine Aviacija)

Das EASA-EAD bezieht sich selbstverständlich nur auf solche Flugzeugtypen, die unter die Kontrolle und den Einflussbereich der EASA fallen.

Ungeachtet dessen gibt die Britische Behörde (AAIB) auch Empfehlungen für Änderungen an Flugzeug- und Systemhersteller, die die nachfolgend aufgeführten UL-Segelflugzeugtypen herstellen, die in Großbritannien unter der nationalen Single-Seat Deregulation (SSDR) und damit außerhalb der EASA-Kontrolle betrieben werden können:

- Silent 2 Electro/FES
- AS 13.5m FES

(In Deutschland sind diese Typen unter die Bau- und Prüfvorschriften der LTF-UL)

In allen zuvor aufgeführten Flugzeugtypen bzw. UL-Segelflugzeugtypen (Luftsportgeräte) sind LiPo-Akkus des slowenischen Herstellers LZ Design d.o.o verbaut.

Mit Datum vom 22. November 2017 hat auch das LSG-B an alle im Luftsport-Geräteverzeichnis eingetragenen Flugzeughalter einer Silent 2/Electro/FES eine entsprechende LTA verschickt, nach der betroffene Flugzeuge mit sofortiger Wirkung stillzulegen sind. Während beim Schempp-Hirth Discus 2c/FES ein Weiterbetrieb nach Ausbau der Batteriepacks im reinen Segelflugbetrieb möglich ist, ist der Weiterbetrieb mit ausgebauten FES-Batteriepacks bei der Silent 2 Electro/FES aus Schwerpunktgründen jedoch untersagt.

Das AAIB zeigt sich in seinem Report auch darüber besorgt, dass die derzeit in Betrieb befindlichen FES-Batterie-Installationen keinerlei Warnungen vorsehen, die den Piloten über ein Batterie-Feuer oder andere bedrohliche Situationen informieren, wie z. B. Feuer innerhalb des Batterie-Stauraums oder einen Druckanstieg innerhalb der LiPo-Akkupacks. Wie der Brand im FES-Battery-Compartment der G-GSGS eindrücklich zeigt, kann sich ein Feuer im Batterieraum hinter dem Piloten sehr schnell entwickeln, ohne dass der Ort der Brandentwicklung vom Piloten im Cockpit eingesehen werden kann. Nebenbei bemerkt gibt es keinerlei Möglichkeit, einen Brand im FES-Battery-Compartment im Flug zu bekämpfen, oder die weitere Brandentwicklung durch eine Abschaltung der Energiezufuhr innerhalb der Batterie zu unterbrechen. Ein einmal in Gang gesetzter "Amoklauf" einer einzelnen Zelle leitet somit im Inneren des Akkupacks eine Kettenreaktion aus.

Aus diesem Grunde fordert das AAIB eine zeitnahe Warnung über ein LiPo-Battery-Fire oder andere lebensbedrohliche Situationen, damit der Pilot rechtzeitig Entscheidungen treffen kann, was zu tun ist: Sofortige Landung oder ggf. Ausstieg aus dem Cockpit mittels Fallschirm.

Anmerkung:

Im Falle eines Batteriebrandes während des Fluges in größerer Höhe und in einem UL-Segelflugzeug wie z. B. dem Silent 2 Electro/FES, der gemäß Gerätekennblatt wahlweise entweder mit Personenfallschirm, oder einem Gesamt-Rettungssystem betrieben werden kann (Entscheidung des Halters), wäre das Gesamtrettungssystem wohl die schlechtere Alternative. Die einzige Option wäre hier der sofortige Ausstieg aus dem Cockpit mittels Personenfallschirm.

In diesem Zusammenhang sollte man als Halter vielleicht auch einmal darüber nachdenken, ob man in Anbetracht des Gefahrenpotentials von LiPo-Antriebsakkus, nicht zusätzlich zum Rettungsgerät sicherheitshalber auch einen Personenfallschirm mitführen sollte. "Hosenträger zum Hosengürtel als Backup-System - unter diesen Gesichtspunkten vielleicht doch nicht ganz so abwegig"!

Freigabe zur Nutzung des Reports und der darin abgebildeten Fotos:

AAIB investigations are conducted in accordance with Annex 13 to the ICAO Convention on International Civil Aviation, EU Regulation No 996/2010 and The Civil Aviation (Investigation of Air Accidents and Incidents) Regulations 1996.
The sole objective of the investigation of an accident or incident under these Regulations is the prevention of future accidents and incidents. It is not the purpose of such an investigation to apportion blame or liability.
Accordingly, it is inappropriate that AAIB reports should be used to assign fault or blame or determine liability, since neither the investigation nor the reporting process has been undertaken for that purpose.

Extracts may be published without specific permission providing that the source is duly acknowledged, the material is reproduced accurately and is not used in a derogatory manner or in a misleading context.

© Crown copyright 2017

Download Stellungnahme LZ-Design

Download AAIB-Incident-Reports im Originaltext.

Deutsche Übersetzung des AAIB-Incident-Reports wird an dieser Stelle demnächst zum Download bereit gestellt!

Download EASA-EAD 2017-0167-E

Download LSG-B LTA LSG 17-001

Download FAA Lithium-Ion_Batteries on fire

Download Video Brennende Akkus Institut für Schadenbehebung

Download Video Brandgefährliche Akkus Landesschau Baden-Württemberg

 

Kommentare   

 
#1 Christian Caldr 2017-11-24 18:13
Wieso ist beim Manntragenden immer alles so primitiv?

Es gibt Lipo Bags die Lipo Brände zuverlässig verhindern, wird im Modellbau zb für das sichere laden und Transportieren des Akkus benutzt.
Dies lässt sich auch dementsprechend weiterentwickeln.
Wiegt auch "nichts".

Und ganz ehrlich, ein System für Speziallöschschaum mit automatischer Einspritzung in den Akkuraum bei Brand/Feuer/Rauch ist nach heutigem Stand auch problemlos möglich....
_________________________________________________________
Hallo Chris,

LiPo-Bags sind sicherlich besser als nichts, sofern es sich um sehr kleine LiPos handelt. Welchen Schutz ein LiPo-Bag tatsächlich bietet, zeigt ein Video mit diversen Versuchen mit unterschiedlichen Behältnissen.
Test 2 im Video ist bereits sehr aussagekräftig und zeigt, welche Wirkung und Energie bereits ein 16 Ah Akku entwickelt.
https://www.youtube.com/watch?v=CnNId0mDnBo

Gruß Klaus
 
 
#2 Alexander Garten 2017-12-01 10:37
Hallo Christian Caldr,
die Lipo-Bags etc. sind bei kleinen Akkupacks evtl. ausreichend, aber doch nicht mehr in der hier verwendeten Leistungsklasse.
 

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