Un nuevo y revolucionario método probado extingue incendios de vehículos eléctricos de iones de litio en diez minutos con un uso mínimo de agua

Un informe de pruebas hecho público esta semana por la Agencia Sueca de Contingencias Civiles (MSB) demuestra que un extintor cortante puede apagar con seguridad un incendio de batería en muy poco tiempo, con un uso mínimo de agua y sin riesgo de reignición.

El informe se basa en los resultados de una serie de pruebas realizadas en el marco de un proyecto de colaboración en el que han participado varias partes interesadas, entre ellas la Comisión de Extricación y Nuevas Tecnologías del CTIF y el CTIF de Suecia, cuyo grupo de referencia ha estado formado por Tore Eriksson, Tom van Esbroeck y Michel Gentilleau . Yvonne Näsman y Per-OlaMalmquist , de CTIF, han sido miembros del proyecto en nombre de MSB.se.

Las pruebas se diseñaron para examinar si la inyección de agua en una batería de iones de litio que hubiera entrado en un estado de fuga térmica podría suprimir y extinguir eficazmente el fuego sin que se reavivara.

Seprobaron varios tipos de equipos, como clavos de niebla, picos, boquillas tradicionales y varios extintores penetrantes (que utilizan agua nebulizada para abrir agujeros en la carcasa protectora de la batería).

Tenga en cuenta que, por motivos de seguridad , en el informe no se recomienda el uso de clavos de niebla ni de picos (para romper la carcasa de la batería antes de aplicar el agua).

Varias herramientas y métodos probados

Como parte interesada en el proyecto, nuestro miembro asociado del CTIF , Cobra Cold Cut Systems, proporcionó su lanza de presión Cobra Ultra High.

También se probó la lanza de extinción Murer. Ambas herramientas extinguen incendios desde una distancia segura mediante el uso de una niebla de agua que puede penetrar paredes y otras superficies duras .

En el caso dela escala completa, se utilizó el extintor de corte Cobra para penetrar la carcasa protectora de la batería de litio EV, con una introducción mínima de oxígeno en la célula.

Evitar las llamas de chorro y otros riesgos utilizando las herramientas de penetración adecuadas

Se probaron varios métodos y herramientas, y las herramientas de extinción de alta presión produjeron los mejores resultados. También proporcionaron los métodos más seguros para el operario, con el menor riesgo de reignición o de peligrosas llamas de chorro.

La razón del mayor éxito de la extinción con los extintores de corte, frente a otros métodos, es que esas herramientas utilizan agua a alta presión (a veces mezclada con un abrasivo) para cortar la carcasa de la batería, minimizando la introducción de oxígeno en la célula.

Los medios de extinción utilizados fueron

• Cobra Ultra High Pressure Lance (UHPL) firefighting equipment - this equipment uses abrasive entrained in water to pierce and then water mist to suppress/extinguish. Todo ello se aplica mediante una acción continua. Utiliza agua a 58 l/min.
• Equipo de lanza penetrante aislada: utiliza un suministro de agua a baja presión para aplicar agua, pero sin utilizar abrasivo; utiliza agua a 25 l/min.
• Inyección de agua mediante un hacha y un tubo conectado a un suministro de agua. Se utiliza el hacha para hacer el agujero en la batería y luego la tubería para inyectar el agua en la batería. Se utiliza agua a 75 l/min.

Clavos de niebla y picos no recomendados por razones de seguridad

En el informe no se recomiendanotros métodos probados, como el uso de clavos de niebla o piquetas para romper el armazón de la batería antes de aplicar el agua.

La razón por la que los clavos de niebla y las piquetas se consideraron inadecuados es que esos métodos mostraban una mayor tendencia a que salieran de la batería peligrosas llamas en chorro, y también exponían al bombero a un mayor riesgo de electrocución por la corriente remanente en la batería.

El informe de la MSB subraya que los operarios que deseen intentarlo sólo deben hacerlo tras una minuciosa evaluación de riesgos y después de haber recibido la formación adecuada en el uso de herramientas homologadas al efecto por el fabricante. El informe también subraya la importancia de utilizar únicamente herramientas y métodos aprobados por el empresario.

Extinción con éxito de una batería de vehículo eléctrico en 4 minutos - con sólo 63 galones de agua

Se probaron varios módulos de batería independientes y también un vehículo eléctrico a escala real, llevando las baterías a un estado de embalamiento térmico que provocaba el incendio de la batería. Se introdujo agua transcurridos 15 minutos desde los primeros signos de propagación, para simular un tiempo de respuesta típico de los servicios de bomberos.

En la prueba de incendio a escala real, la duración total del esfuerzo de extinción, desde el momento en que se aplicó agua por primera vez en el incendio del vehículo hasta el momento en que se determinó que la batería de iones de litio era inerte, fue de sólo diez minutos para extinguir todo el incendio del vehículo. El tiempo total de extinción sólo de la batería fue de 4 minutos.

Elconsumo de agua para extinguir la batería de iones de litio se calculó en sólo 240 litros.

Incluyendo el tiempo para extinguir todo el incendio del vehículo, se utilizó un total de 750 litros / 200 galones en total, en un esfuerzo combinado con el extintor de corte Cobra y la extinción tradicional con agua.

Esto puede compararse con ejemplos de la vida real en los que algunos servicios de bomberos han utilizado miles de litros de agua, para lo que han necesitado varios camiones cisterna, en la extinción de un solo incendio de un vehículo eléctrico.

Muchos servicios de bomberos también han sido testigos de casos en los que se han enviado varios equipos, que han pasado horas intentando contener incendios de VE, con resultados a veces muy dispares.

Sin signos de reignición con un uso mínimo de agua

Tras sólo diez minutos de ser inundadas con una cantidad relativamente pequeña de agua, las baterías no mostraron signos de reignición. Las mediciones de voltaje de los módulos de batería también mostraron en todas las pruebas que las celdas de batería afectadas y las celdas vecinas se enfriaron y mostraron una caída de voltaje. Otras celdas de la batería mantuvieron la carga completa o la carga residual.

Algunas de las celdas de batería en las que se había aplicado el extintor de corte Cobra no mostraban tensión residual alguna.

Laobservación más importante es que en todos los casos las celdas de batería afectadas, y las celdas vecinas, se enfriaron mediante la introducción de agua y mostraron una caída de tensión. Esto también detuvo la propagación del fuego en la batería e impidió que el incendio siguiera extendiéndose.

lea un resumen del informe en la página de inicio de cold cut systems

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A continuación se muestra un vídeo educativo de 28 minutos en el que se demuestra cómo se realizaron las pruebas.

Las pruebas se llevaron a cabo en 2022, después de que una serie de ensayos preliminares resultaran prometedores en 2021.

Se realizaron varios tipos diferentes de pruebas, incluidas pruebas de incendio en baterías de vehículos eléctricos aisladas, y también una prueba de incendio a escala real en una batería de iones de litio dentro de un vehículo eléctrico.

El archivo "Putting out battery fires with water" es el informe oficial del proyecto realizado por MSB. Puede descargarse en formato pdf.

Esta es una versión traducida automáticamente del documento original en sueco. En breve se publicará una versión del documento traducida por profesionales.

El agua debe aplicarse simultáneamente a la penetración o se producirán peligrosas llamaradas.

Las pruebas demuestran claramente que es importantepoder aplicar agua simultáneamente a la penetración de la cubierta protectora de la batería. Otros métodos, que implican romper primero la carcasa de la batería, dan tiempo a que entre oxígeno en las celdas, lo que puede provocar que la batería se encienda de nuevo. El cortador en frío permite inundar la batería con agua antes de que el oxígeno pueda entrar en las celdas de la batería, lo que hace que la batería se inerte en menos tiempo y proporciona un entorno de trabajo más seguro para el operario.

Sin reignición en las baterías probadas contra incendios

La reignición de las baterías de iones de litio que se han quemado previamente es bastante común y puede plantear problemas para las grúas y los depósitos de chatarra. Aunque los resultados de estas pruebas no son necesariamente concluyentes en lo que respecta a la reignición, los métodos probados son prometedores. El texto que figura a continuación está traducido directamente del informe sueco:

"La monitorización para detectar una posible reignición se limitó a 15 minutos, lo que puede ser aceptable en una situación de prueba de ingeniería. Sin embargo, la experiencia sobre el terreno ha demostrado que la reignición puede producirse después de un tiempo considerable: horas o días desde el momento del incendio. Durante los dos o tres días que el pack de baterías estuvo almacenado tras el incendio y antes de ser desmontado, no se produjo ninguna reignición".

Vídeo propio de Cold Cut System:

El siguiente vídeo del canal de YouTube de Cold Cut Systems muestra algunos de los métodos utilizados en las pruebas. El método de extinción de incendios de baterías de VE con Cobra se basa en el informe de la Agencia Sueca de Contingencias Civiles (MSB), "Demostración del método de extinción de baterías de iones de litio". Esta película está hecha para visualizar las pruebas que se hicieron en el VE completo y no es de las pruebas reales.

Metodología

Se llevó a cabo una revisión de la bibliografía de investigación existente sobre incendios de baterías de iones de litio para garantizar que se comprendían plenamente todos los riesgos conocidos, así como el mecanismo de propagación del fuego dentro de las baterías de iones de litio.

Una de las conclusiones generales de esta investigación fue que la supresión más eficaz de una batería de iones de litio con propagación térmica se consigue cuando se puede aplicar refrigerante lo más cerca posible del núcleo de la fuente de calor dentro de la batería.

El agua dulce es el medio más fácilmente disponible para los primeros intervinientes y, por tanto, fue el agente elegido para estas pruebas. Uno de los objetivos de las pruebas era comprobar si se podían desarrollar tácticas seguras para que los primeros intervinientes aplicaran agua para enfriar el interior de una batería de iones de litio en embalamiento térmico.

Todas las pruebas se realizaron con baterías de iones de litio con un estado de carga del 100%. El embalamiento térmico se inició utilizando una placa calefactora que se instaló antes de la prueba. Las unidades de batería también se modificaron para superar algunos sistemas de seguridad; las modificaciones no tuvieron ningún impacto en el efecto de refrigeración del agua.

En las pruebas ii) y iii), una vez iniciado el desbordamiento térmico en una celda de la batería, hubo un retraso de 15 minutos antes de aplicar los medios de extinción. Esto se hizo para simular el tiempo necesario para llamar a los servicios de emergencia y para que llegaran al lugar de los hechos. Las pruebas finalizaron cuando la inspección visual indicó que no continuaba la propagación térmica y las temperaturas registradas en el equipo de imagen térmica eran inferiores a 50°C.

Las tres pruebas, en secuencia, fueron:

i). Tres subpacks autónomos - cuatro módulos de batería a 24 voltios, 6,54 kWh

ii) Una batería de tracción independiente de 14,8 voltios y 2,8 kWh.

iii) Un vehículo eléctrico completo con batería de tracción: 27 módulos a 14,8 voltios y 2,8 kWh.

Las pruebas se realizaron con cuatro tipos de configuraciones diferentes:

- subbatería

- batería de coche eléctrico independiente

- vehículo eléctrico completo

- módulo de batería.

Las pruebas se realizarondurante dos días de abril de 2022en un campo de prácticas de la asociación de servicios de emergencia de Södra Älvsborg. Se trata de un campo de prácticas avanzado con muchos años de experiencia en pruebas de herramientas de corte en frío para diversas aplicaciones.

Se realizaron untotal de ocho ensayos, distribuidos en cuatro pruebas diferentes. Las pruebas fueron precedidas de un análisis de riesgos en el que se evaluaron todas las herramientas en función de condiciones específicas. El análisis de riesgos también tuvo en cuenta el diseño de los objetos de prueba.

El análisis de riesgos mostró que podría haber dificultades con el acceso a la batería y la seguridad eléctrica si sólo se utilizaba el equipamiento estándar existente en los camiones de bomberos modernos. Por lo tanto, se decidió incluir en la demostración dos herramientas comerciales, el extintor de corte y la lanza de extinción.

La siguiente conclusión relativa a otros métodos se traduce directamente del documento fuente sueco:

"Cuando hicimos agujerosmientras añadíamos agua, no aparecieron nuevas llamas de chorro. Sin embargo, cuando hicimos agujeros sin añadir agua, aparecieron llamas de chorro. Se llevaron a cabo dos intentos de extinción con herramientas autoconstruidas montadas a partir de equipos que se supone que están en un camión de bomberos estándar moderno: tubo de chorro y manguera estrecha y pico, que se utilizó para hacer agujeros. Aunque funcionó en la demostración,este tipo de enfoque no es recomendable porque la tecnología es difícil de aplicar en un incendio de vehículo real, donde el acceso a la batería es limitado y requeriría trabajar dentro de un vehículo en llamas."

"Los riesgos asociados a la manipulación de una batería quemada con una cantidad significativa de energía residual deben sopesarse siempre frente a los beneficios de acortar el tiempo de respuesta. Tenga en cuenta que también las baterías de iones de litio que se han dejado quemar pueden contener tensión residual y siempre deben tratarse teniendo esto en cuenta hasta que se confirme que la batería está eléctricamente muerta". Durante la demostración, se utilizaron tanto una cámara térmica como un termopar. Es importante tener en cuenta que la cámara termográfica es sensible a la reflexión, por lo que puede resultar difícil obtener una imagen completamente veraz de la propagación del calor en el interior de la batería. En caso de incendio en un vehículo eléctrico y su batería, es de suma importancia que el personal de respuesta tome nota de la información de seguridad y respuesta del fabricante del vehículo en la tarjeta de rescate del vehículo(Rescue Sheet) y las instrucciones de rescate(Emergency Response Guide, ERG) para poder hacer una planificación de la respuesta basada en las condiciones específicas del caso en cuestión."

Resumen de las pruebas:

Esto es sólo un resumen de las pruebas, aunque se puede acceder al informe completo (en sueco) a través de MSB.se.

Se puede leer un resumen de las pruebas en inglés en la página de inicio del sistema de corte en frío Cobra

Resultados y metodología:

Las pruebas tuvieron mucho éxito y demostraron, entre otras cosas, que:

• Es posible interrumpir la propagación térmica en una batería de iones de litio mediante una operación de extinción activa en la que la batería se inunda con agua.
• Las operaciones de extinción en las que la batería de iones de litio se inunda con agua pueden acortar el tiempo de la operación y reducir las necesidades de personal y recursos materiales.

Resultados de las pruebas

En las dos primeras pruebas, los tres métodos para inyectar agua en la propia batería funcionaron hasta el punto de que fueron capaces de reducir el calor en las celdas de la batería afectada y extinguir el incendio. Las baterías no volvieron a encenderse tras ser extinguidas en ninguna de las pruebas.

Sin embargo, el uso de un hacha para hacer el orificio de acceso al agua en la carcasa de la batería provocó un aumento inicial de la intensidad de las llamas del chorro emergente de la batería hasta que se conectó la tubería y el agua pudo inundar las celdas de la batería. Este método también fue el menos preciso en cuanto a dirigir el agua a las celdas en fuga térmica o en propagación térmica.

Un factor clave fue la suposición de que en el caso extremo de que los módulos de la batería no sufrieran daños, su tensión permanecería intacta, mientras que el otro caso extremo sería que un módulo de batería completamente quemado no mostraría tensión residual. Por lo tanto, la tensión residual de los módulos de batería individuales se consideró una indicación del alcance de los daños causados por la propagación de la fuga térmica. En todas las pruebas, las celdas de batería afectadas y las celdas vecinas se enfriaron y mostraron una caída de tensión. Otras celdas de la batería mantuvieron la carga completa o la carga residual.

En la última prueba de VE completo se utilizó un vehículo totalmente incendiado (es decir, la cabina del vehículo estaba totalmente incendiada y las celdas de la batería de iones de litio se encontraban en situación de fuga térmica). La cabina del vehículo se extinguió con una boquilla de extinción de incendios convencional y, a continuación, se utilizó un equipo de imagen térmica para mostrar los puntos más calientes de la batería. A continuación, se utilizó Cobra para penetrar tanto en la carrocería del vehículo como en la carcasa de la batería y luego aplicar agua dentro de la propia batería. El periodo total de extinción del incendio fue de 10 minutos desde la primera aproximación con Cobra hasta la conclusión de la lucha contra el fuego, cuando todas las temperaturas de la superficie habían descendido por debajo de 50°C. 15 minutos después de la extinción, se elevó el vehículo entero dos veces 1 metro con una carretilla elevadora y se dejó caer para simular una manipulación brusca; no se produjo ninguna reignición. A continuación, el vehículo se colocó en un lugar de cuarentena durante dos días sin que se produjera ninguna reignición.

El Cobra se utilizó durante unos cinco minutos con 240 litros de agua. La boquilla de extinción se utilizó durante cuatro minutos con 510 litros de agua, lo que da un total de 750 litros. Esta cifra es significativamente inferior a los 1.670 litros utilizados en una prueba realizada por Exponent y The Fire Protection Research Foundation en 2013.

El uso de Cobra permite al operador actuar desde una distancia más segura al establecer un orificio de entrada para la inyección de agua.

A la primera señal de propagación, se inició una cuenta atrás de 15 minutos para imitar el tiempo de respuesta normal de los servicios de emergencia.

A continuación se inició el intento de extinción. Para controlar el fuego, se utilizó agua nebulizada del extintor de corte para abatir las llamas e intentar extinguir el incendio de la cabina.

Cuando fue posible abrir la puerta trasera, se utilizaron imágenes térmicas para escanear el interior del vehículo y buscar puntos calientes en el paquete de baterías.

Para ello se midieron los gradientes térmicos en el suelo de la cabina. El viento y el control de los gases mediante un ventilador PPV (Positive Pressure Ventilation) dificultaron el acceso a uno de los lados del vehículo debido a la espesura del humo y las llamas.

El extintor de corte se utilizó en el túnel del cardán y se emplearon extensores de lanza para facilitar el acceso y evitar el contacto con la carrocería. Durante el tiempo que el extintor estuvo en funcionamiento, se utilizó un tubo de chorro convencional como protección personal para el operador del extintor.

Cuando el fuego se calmaba y se extinguían las llamas más cercanas al operador del extintor, la persona con la viga de protección (el operador de la viga) continuaba con el foco en la extinción del incendio del compartimento. Obsérvese que el deber principal del operador del rayo x durante toda la operación era proteger al operador del extintor de las llamaradas y las llamas. La prueba se dio por terminada cuando la cámara termográfica mostró una temperatura estable por debajo de 50 °C.

Una vez interrumpido el esfuerzo de extinción, continuó la vigilancia continua de la temperatura con una cámara termográfica durante 15 minutos, para garantizar que se detenía la propagación. Para simular una retirada del vehículo, éste se levantó aproximadamente medio metro un par de veces con la ayuda de una carretilla elevadora, y se dejó caer al suelo para ver si era posible provocar una reacción que pudiera dar lugar a una reignición.

Conclusiones

• Es posible interrumpir la propagación térmica en una batería de iones de litio mediante una operación de extinción activa en la que la batería se inunda con agua.
• Las operaciones de extinción en las que la batería de iones de litio se inunda con agua pueden acortar el tiempo de la operación y reducir las necesidades de personal y recursos materiales.
• Es difícil determinar el grado de propagación en una batería de iones de litio durante un incendio en curso basándose en factores observables externos como imágenes térmicas, control de temperatura, humo y ruido.
• La química de la célula, el estado de carga, la arquitectura de la batería y la arquitectura del vehículo son propiedades del sistema que afectan a la forma en que se desarrolla una oleada térmica y su propagación durante un evento térmico en un vehículo eléctrico.
• A la hora de planificar una intervención, es importante consultar primero la Hoja de Rescate y la Guía de Respuesta ante Emergencias (ERG) del vehículo para evaluar las condiciones de una operación de extinción activa.
• Los ensayos realizados demuestran que es posible acceder a la batería con las herramientas probadas. Las Cámaras de Imagen Térmica y las Hojas de Rescate pueden proporcionar información que ofrezca mayores probabilidades de éxito en una operación.
• Al manipular un vehículo eléctrico y su batería de tracción después de un suceso térmico, siempre debe tenerse en cuenta el riesgo de energía eléctrica y química residual, que puede provocar una reignición.

Antecedentes:

En 2021, Cold Cut Systems llevó a cabo un estudio preliminar en Kungsbacka, en el que participó como referencia la Agencia Sueca para la Seguridad y la Preparación de la Comunidad (MSB). El objetivo era investigar si era posible interrumpir el proceso térmico en una batería de iones de litio en propagación estableciendo un flujo de agua interno en el paquete de baterías.

Cold Cut Systems utilizó un extintor de corte (lanza Standard Cobra) en el estudio piloto con buenos resultados. Se determinó que había pruebas suficientes para motivar la realización de más estudios y pruebas con el fin de desarrollar directrices para los esfuerzos ofensivos de extinción de incendios de baterías de iones de litio.

Esta demostración es una actividad dentro del ámbito de este trabajo.

El objetivo general de la demostración era contribuir con experiencia experimental a la metodología de inundación de baterías de iones de litio con agua en caso de incendio y demostrar que puede contribuir a una extinción más rápida y eficaz, siempre que sea posible acceder a la batería de forma segura.

El objetivo de las labores de extinción era detener la propagación térmica en la batería de iones de litio.

La demostración se limitó a objetos de prueba compuestos por pilas de iones de litio con un contenido máximo de níquel del 60% en el material del cátodo. Los sistemas de electrodos más ricos en níquel y con mayor densidad energética tienen una mayor reactividad y deben investigarse por separado.

En los objetos de muestra están representadas tanto las celdas prismáticas como las de bolsa. Las celdas cilíndricas no se han estudiado en esta demostración.