Per-Ola Malmquist in a screen shot from his video about extinguishing EV fires.
24 May 2023

Clone of Новый испытанный революционный метод тушит возгорания литий-ионных электромобилей за десять минут с минимальным использованием воды

Flooding an EV battery cell with water using a cold cutting tool.
Parts of the tests involved flooding an isolated EV battery cell with water several tools, on this picture an E-Extinguishing lance was used.

Отчет по результатам испытаний, обнародованный на этой неделе Шведским агентством по чрезвычайным ситуациям (MSB), показывает, что режущий огнетушитель может безопасно потушить пожар аккумулятора за очень короткое время, с минимальным использованием воды и без риска повторного возгорания.

Отчет основан на результатах ряда испытаний, проведенных в рамках совместного проекта с участием нескольких заинтересованных сторон, включая Комиссию CTIF по тушению и новым технологиям и CTIF Швеции, где Торе Эрикссон, Том ван Эсбрук и Мишель Жентильо входили в состав референтной группы. Представители CTIF Ивонн Нэсман и Пер-ОлаМальмквист были членами проекта от имени MSB.se.

Целью испытаний было выяснить, может ли впрыскивание воды в литий-ионную батарею, перешедшую в состояние теплового раз ряда, эффективно подавить и потушить пожар без повторного возгорания.

Было испытанонесколько различных видов оборудования, включая туманные гвозди, кирки, традиционные насадки и различные проникающие огнетушители (которые используют водяной туман для проделывания отверстий в защитной оболочке батареи).

Обратите внимание, что в целях безопасности в отчете не рекомендуется использовать туманные гвозди или кирки (для разрушения оболочки батареи перед подачей воды).

Несколько протестированных инструментов и методов

В качестве участника проекта наш ассоциированный член CTIF компания Cobra Cold Cut Systems предоставила свое копье высокого давления Cobra Ultra High.

Также было протестировано огнетушащее копье Murer. Оба инструмента тушат пожар с безопасного расстояния с помощьюводяного тумана, который может проникать сквозь стены и другие твердые поверхности .

В полномасштабном случае огнетушитель Cobra Cutting был использован для проникновения в защитную оболочку литиевой батареи EV с минимальным попаданием кислорода в элемент.

Избегайте реактивного пламени и других рисков, используя соответствующие инструменты для проникновения.

Было протестировано несколько методов и инструментов, и инструменты для тушения под высоким давлением дали наилучшие результаты. Они также обеспечили наиболее безопасные методы для оператора, с наименьшим риском повторного воспламенения или опасного струйного пламени.

Причина более успешного тушения с помощью режущих огнетушителей, в отличие от других методов, заключается в том, что эти инструменты используют воду под высоким давлением (иногда смешанную с абразивом), чтобы прорезать оболочку батареи, сводя к минимуму попадание кислорода в элемент.

Использовались следующие средства пожаротушения:

  • противопожарное оборудование Cobra Ultra High Pressure Lance (UHPL) - это оборудование использует абразив, содержащийся в воде, для пробивания, а затем водяной туман для подавления/тушения. Все это осуществляется одним непрерывным действием. При этом используется вода со скоростью 58 л/мин.
  • Изолированное проникающее копье - для нанесения воды используется водопровод низкого давления, но без использования абразива, расход воды составляет 25 л/мин.
  • Инъекция воды с помощью топора и трубы, подключенной к водопроводу. Топор используется для проделывания отверстия в батарее, а труба - для закачки воды в батарею. При этом используется вода со скоростью 75 л/мин.

Туманные гвозди и кирки не рекомендуются по соображениям безопасности

Другие испытанные методы, такие как использование туманных гвоздей или кирки для разрушения оболочки батареи перед подачей воды, не рекомендованы в отчете.

Причина, по которой туманные гвозди и кирки были признаны неприемлемыми, заключается в том, что эти методы показали повышенную склонность к опасным струйным выбросам пламени из батареи, а также подвергли пожарного большему риску поражения электрическим током от оставшегося в батарее тока.

Вотчете MSB подчеркивается, что операторы, желающие попробовать этот метод, должны делать это только после тщательной оценки рисков и только после прохождения соответствующего обучения по использованию инструментов, одобренных для этой цели производителем. В отчете также подчеркивается важность использования только инструментов и методов, одобренных работодателем.

Screenshot of a standalone battery module being fire tested. Успешное тушение батареи EV за 4 минуты - с использованием всего 63 галлонов воды

Несколько автономных батарейных модулей, а также полномасштабный EV были протестированы путем приведения батарей в состояние теплового разряда, что привело к возгоранию батареи. Вода была введена через 15 минут после появления первых признаков распространения огня, чтобы имитировать типичное время реагирования пожарной службы.

В полномасштабном испытании общая продолжительность тушения, с момента первого применения воды для тушения пожара в автомобиле до момента, когда было установлено, что литий-ионный аккумулятор инертен, составила всего десять минут для тушения всего пожара в автомобиле. Общее время тушения только батареи составило 4 минуты.

Расход воды на тушение литий-ионной батареи составил всего 240 литров / 63 галлона.

Включая время на тушение всего пожара в автомобиле, было использовано 750 литров / 200 галлонов воды в сочетании с режущим огнетушителем Cobra и традиционным тушением пожара водой.

Это можно сравнить с примерами из реальной жизни, когда некоторые пожарные службы использовали тысячи галлонов воды, требуя несколько автоцистерн, для борьбы с одним пожаром EV.

Многие пожарные службы также были свидетелями случаев, когда на место происшествия отправлялись несколько команд, которые часами пытались локализовать пожар с использованием электромобилей, причем иногда с весьма неоднозначными результатами.

Никаких признаков повторного возгорания при минимальном использовании воды

Всего через десять минут после того, как батареи были залиты относительно небольшим количеством воды, они не показали никаких признаков повторного возгорания. Измерения напряжения батарейных модулей также показали, что во всех испытаниях пораженные элементы батареи и соседние элементы были охлаждены и показали падение напряжения. Другие элементы батареи сохраняли либо полный, либо остаточный заряд.

Некоторые элементы батареи, к которым был применен режущий огнетушитель Cobra, вообще не показали остаточного напряжения.

Самое важное наблюдение заключается в том, что во всех случаях пораженные элементы батареи и соседние элементы охлаждались за счет попадания воды и показывали падение напряжения. Это также остановило распространение огня в батарее и не дало огню распространиться дальше.

читайте краткое содержание отчета на домашней странице системы холодной резки

Image removed.
Graph from the MSB report showing residual voltage in cells after attack with various tools. Some cells showed no residual voltage. " data-entity-type="file" data-entity-uuid="1e094c2b-7caa-4b66-a828-6e41825474ec" height="602" src="/sites/default/files/inline-images/Screen Shot 2023-03-21 at 15.54.04.png" width="565" />

Ниже представлен 28-минутный учебный видеофильм, демонстрирующий, как проводились испытания.

Screenshot of the report by MSBИспытания были проведены в 2022 году, после того как в 2021 году ряд предварительных пробных испытаний показал многообещающие результаты.

Было проведено несколько различных типов испытаний, включая испытания на возгорание изолированных батарей электромобилей, а также полномасштабное испытание на возгорание литий-ионной батареи внутри электромобиля.

Файл "Тушение пожаров батарей водой" - это официальный отчет MSB о проекте. Его можно скачать в формате pdf выше.

Это машинный перевод оригинального шведского документа. Профессионально переведенная версия документа будет опубликована в ближайшее время.

A burning battery cell where the thermal runaway is not interrupted by water.
A burning battery cell where the thermal runaway is not interrupted by water. 

    The remains of a burned lithium-ion battery cell.
    The remains of a burned lithium-ion battery cell.  

    Вода должна наноситься одновременно с проникновением - иначе возникает опасное реактивное пламя

    Испытания ясно показывают, что важноиметь возможность подавать воду одновременно с проникновением в защитную оболочку батареи. Другие методы, предполагающие сначала разрушение оболочки батареи, дают время кислороду проникнуть в элементы, что может привести к повторному возгоранию батареи. Холодный резак позволяет заливать батарею водой до того, как кислород попадет в элементы батареи, что делает батарею инертной за более короткое время и обеспечивает более безопасную рабочую среду для оператора.

    Отсутствие повторного воспламенения в батареях, прошедших огневые испытания

    Повторное воспламенение литий-ионных батарей, которые ранее горели, является довольно распространенным явлением и может создать проблемы для эвакуаторов и складов. Хотя результаты этих испытаний не всегда являются окончательными, когда речь идет о повторном возгорании, протестированные методы показывают многообещающие результаты. Приведенный ниже текст переведен непосредственно из шведского отчета:

    "Мониторинг для обнаружения возможного повторного воспламенения был ограничен 15 минутами, что может быть приемлемо в условиях инженерных испытаний. Однако опыт эксплуатации показал, что повторное воспламенение может произойти спустя значительное время - часы или дни с момента возникновения пожара. В течение двух и трех дней, которые аккумуляторный блок хранился после пожара и до демонтажа, повторного воспламенения не произошло".

    Собственное видео компании Cold Cut System:

    Приведенное ниже видео с YouTube-канала Cold Cut Systems демонстрирует некоторые из методов, использованных в ходе испытаний. Метод тушения возгораний батарей EV с помощью Cobra основан на отчете Шведского агентства по чрезвычайным ситуациям (MSB) "Демонстрация метода тушения литий-ионных батарей". Этот фильм снят для наглядного представления испытаний, которые проводились на полном EV, и не является результатом реальных испытаний.

    Методология

    Для обеспечения полного понимания всех известных рисков, а также механизма распространения огня в литий-ионных батареях был проведен обзор существующей научной литературы по пожарам в литий-ионных батареях.

    Одним из общих выводов этого исследования было то, что наиболее эффективное подавление термически распространяющегося пожара в литий-ионной батарее достигается, когда охлаждающая жидкость может быть подана как можно ближе к ядру источника тепла внутри батареи.

    Пресная вода является наиболее доступной средой для служб быстрого реагирования и поэтому была выбрана в качестве агента для этих испытаний. Одна из целей испытаний состояла в том, чтобы выяснить, можно ли разработать безопасную тактику применения воды для охлаждения внутреннего пространства литий-ионного аккумулятора при тепловом разряде.

    Все испытания проводились с использованием литий-ионных батарей со 100% зарядом. Тепловой разряд инициировался с помощью нагревательной пластины, которая была установлена перед испытанием. Батарейные блоки также были модифицированы для преодоления некоторых систем безопасности; модификации не повлияли на охлаждающий эффект воды.

    В испытаниях ii) и iii), после того как в одном из элементов батареи началось тепловое истечение, была сделана задержка в 15 минут перед применением огнетушащего средства. Это было сделано для имитации времени, необходимого для вызова спасателей и их прибытия на место происшествия. Испытания были прекращены, когда визуальный осмотр показал отсутствие дальнейшего распространения тепла, а температура, зарегистрированная тепловизионным оборудованием, была ниже 50°C.

    Последовательно проводились следующие три испытания:
    i). Три автономных субпакета - четыре батарейных модуля при напряжении 24 В, 6,54 кВтч
    ii) Одна автономная тяговая батарея на 14,8 В, 2,8 кВтч
    iii) Один полноразмерный электромобиль с тяговой батареей - 27 модулей при напряжении 14,8 Вольт, 2,8 кВтч.

    Испытания проводились на четырех различных типах установок:

    - суббатарея

    - автономная батарея электромобиля

    - полный электромобиль

    - батарейный модуль.

    Испытания проводились в течение двух дней в апреле 2022 годана тренировочном поле в ассоциации аварийных служб Södra Älvsborg. Это передовое практическое поле с многолетним опытом испытаний инструментов холодной резки для различных применений.

    Всего было проведено восемь испытаний, распределенных по четырем различным тестам. Испытаниям предшествовал анализ рисков, в ходе которого все инструменты были оценены с учетом конкретных условий. При анализе рисков также учитывалась конструкция объектов испытаний.

    Анализ рисков показал, что могут возникнуть трудности с доступом к аккумулятору и электробезопасностью, если использовать только существующее стандартное оборудование, установленное на современных пожарных машинах. Поэтому было решено включить в демонстрацию два коммерческих инструмента - режущий огнетушитель и огнетушащее копье.

    A battery pack removed from the vehicle after successful extinguishing.
    A battery pack removed from the vehicle after successful extinguishing. 

    Следующий вывод относительно других методов переведен непосредственно из шведского исходного документа:

    "Когда мы делали отверстия, добавляя воду, новые струи пламени не появлялись. Однако, когда мы проделали отверстия без добавления воды, струйное пламя появилось. Две попытки тушения были проведены с помощью самодельных инструментов, собранных из оборудования, которое, как предполагается, должно быть на современной стандартной пожарной машине: струйная труба и узкий шланг, а также кирка, которая использовалась для проделывания отверстий. Хотя в демонстрации это сработало,такой подход не рекомендуется , поскольку технологию трудно применить при реальном пожаре в автомобиле, когда доступ к аккумулятору ограничен и потребуется работать внутри горящего автомобиля."

    "Риски, связанные с обращением со сгоревшей батареей со значительным количеством остаточной энергии, всегда должны быть взвешены против преимуществ сокращения времени реагирования. Обратите внимание, что литий-ионные батареи, которым позволили перегореть, могут содержать остаточное напряжение, и с ними всегда следует обращаться с учетом этого, пока не будет подтверждено, что батарея электрически мертва". Во время демонстрации использовались как тепловизионная камера, так и термопара. Важно отметить, что тепловизор чувствителен к отражению, поэтому может быть трудно получить абсолютно правдивую картину распространения тепла внутри батареи. В случае пожара в электромобиле и его батарее крайне важно, чтобы персонал реагирования принял к сведению информацию о безопасности и реагировании, предоставленную производителем транспортного средства в карточке спасения(Rescue Sheet) и инструкции по спасению(Emergency Response Guide, ERG), чтобы иметь возможность планировать реагирование с учетом конкретных условий в данном случае."

    Резюме испытаний:

    Это только краткое описание испытаний, однако с полным отчетом можно ознакомиться (на шведском языке) на сайте MSB.se.

    Краткое описание испытаний на английском языке можно прочитать на домашней странице Cobra Cold Cut System.

    Результаты и методология:

    Испытания прошли очень успешно и продемонстрировали, помимо прочего, следующее:

    • Возможно прервать тепловое распространение в литий-ионной батарее посредством активного тушения, при котором батарея заливается водой.
    • Операции тушения, при которых литий-ионная батарея заливается водой, могут сократить время операции и уменьшить потребности в персонале и материальных ресурсах.

      Результаты испытаний
      В первых двух испытаниях все три метода заливки воды в саму батарею сработали в той степени, в которой они смогли уменьшить тепло в пораженных элементах батареи и потушить пожар. Ни в одном из испытаний батареи не воспламенились после тушения.

      Однако использование топора для проделывания отверстия для доступа воды в корпусе батареи вызвало первоначальное увеличение интенсивности возникающего струйного пламени из батареи, пока не была подсоединена труба и вода не смогла залить элементы батареи. Этот метод также был наименее точным с точки зрения направления воды на те элементы, которые находились в состоянии теплового разгона или теплового распространения.

      Ключевым фактором было предположение, что в крайнем случае, когда модули батареи не пострадали, их напряжение останется нетронутым, в то время как в другом крайнем случае полностью сгоревший модуль батареи не покажет остаточного напряжения. Таким образом, остаточное напряжение отдельных батарейных модулей считалось показателем степени повреждения, вызванного распространением теплового побега. Во всех испытаниях пораженные элементы батареи и соседние элементы охлаждались и показывали падение напряжения. Другие элементы батареи сохраняли либо полный, либо остаточный заряд.

      В последнем испытании полного EV участвовал автомобиль, полностью охваченный огнем (т.е. кабина автомобиля была полностью охвачена огнем, а элементы литий-ионной батареи находились в состоянии теплового срабатывания. Кабина автомобиля была потушена с помощью обычной противопожарной насадки, затем было использовано тепловизионное оборудование, чтобы показать самые горячие участки внутри батареи. Затем использовалась установка Cobra для проникновения как в кузов автомобиля, так и в корпус батареи, после чего вода была подана внутрь самой батареи. Общее время тушения пожара составило 10 минут с момента первого подхода с помощью Cobra до завершения тушения, когда температура всех поверхностей опустилась ниже 50°C. Через 15 минут после тушения весь автомобиль был дважды поднят на 1 метр с помощью вилочного погрузчика, а затем сброшен для имитации грубого обращения - повторного возгорания не произошло. Затем автомобиль был помещен в карантинное место на два дня, и возгорания не произошло.

      Кобра использовалась в течение примерно пяти минут, израсходовав 240 литров воды. Насадка для пожаротушения использовалась в течение четырех минут, израсходовав 510 литров воды, что в общей сложности составило 750 литров. Это значительно меньше, чем 1670 литров, использованных во время испытаний, проведенных Exponent и The Fire Protection Research Foundation в 2013 году.

      Использование Cobra позволяет оператору действовать с более безопасного расстояния при создании отверстия для закачки воды.

      При первых признаках распространения огня запускался обратный отсчет с 15 минут, чтобы имитировать обычное время реагирования аварийной службы.

      Затем начиналась попытка тушения. Для борьбы с огнем использовался водяной туман из режущего огнетушителя, чтобы сбить пламя и попытаться потушить пожар в кабине.

      Когда удалось открыть заднюю дверь, для сканирования салона автомобиля и поиска горячих точек в аккумуляторном блоке использовалась тепловизионная съемка.

      Это было сделано путем измерения тепловых градиентов в полу кабины. Из-за ветра и борьбы с газами с помощью вентилятора PPV (вентиляция с положительным давлением) доступ к одной стороне автомобиля был затруднен из-за густого дыма и пламени.

      Режущий огнетушитель был использован в карданном туннеле, а для облегчения доступа и во избежание контакта с кузовом использовались удлинители копья. Во время работы огнетушителя в качестве индивидуальной защиты оператора огнетушителя использовалась обычная струйная трубка.

      Когда пожар утихал и пламя, ближайшее к оператору огнетушителя, было потушено, человек с защитным лучом (оператор луча) продолжал сосредоточиться на тушении пожара в отсеке. Обратите внимание, что основной обязанностью оператора луча х на протяжении всей операции была защита оператора огнетушителя от вспышки и пламени. Испытание было прекращено, когда тепловизор показал стабильную температуру ниже 50 °C.

      После прекращения тушения непрерывный мониторинг температуры с помощью тепловизионной камеры продолжался в течение 15 минут, чтобы убедиться, что распространение прекратилось. Для имитации демонтажа транспортного средства его несколько раз поднимали на полметра с помощью вилочного погрузчика и опускали на землю, чтобы проверить, можно ли спровоцировать реакцию, которая может привести к повторному возгоранию.

      Выводы

      • Можно прервать тепловое распространение в литий-ионном аккумуляторе с помощью активного тушения, когда аккумулятор заливается водой.
      • Операции тушения, при которых литий-ионная батарея заливается водой, могут сократить время операции и уменьшить потребности в персонале и материальных ресурсах.
      • Трудно определить степень распространения огня в литий-ионной батарее во время пожара на основе внешних наблюдаемых факторов, таких как тепловидение, мониторинг температуры, дым и шум.
      • Химический состав элементов, состояние заряда, архитектура батареи и архитектура транспортного средства - это свойства системы, которые влияют на развитие теплового всплеска и распространения во время теплового события в электромобиле.
      • При планировании вмешательства важно в первую очередь изучить "Лист спасения" и "Руководство по реагированию на чрезвычайные ситуации" (ERG) транспортного средства, чтобы оценить условия для активного тушения.
      • Проведенные испытания показали, что доступ к аккумулятору возможен с помощью проверенных инструментов. Тепловизионные камеры и спасательные листы могут предоставить информацию, повышающую вероятность успеха операции.
      • При обращении с электромобилем и его тяговой батареей после термического воздействия необходимо всегда учитывать риск остаточной электрической и химической энергии, которая может привести к повторному возгоранию.

      История вопроса:

      Предварительное исследование было проведено компанией Cold Cut Systems в Кунгсбаке в 2021 году, в котором в качестве референта участвовало Шведское агентство по общественной безопасности и готовности (MSB). Цель состояла в том, чтобы выяснить, возможно ли прервать тепловой процесс в распространяющейся литий-ионной батарее путем создания внутреннего потока воды в аккумуляторном блоке.

      Компания Cold Cut Systems использовала режущий огнетушитель (Standard Cobra lance) в пилотном исследовании с хорошими результатами. Было установлено, что имеется достаточно доказательств для проведения дальнейших исследований и испытаний с целью разработки рекомендаций по наступательному тушению пожаров литий-ионных батарей.

      Данная демонстрация является мероприятием в рамках данной работы.

      Общая цель демонстрации заключалась в предоставлении экспериментального опыта по методологии заливки литий-ионных батарей водой в случае пожара и показать, что это может способствовать более быстрому и эффективному тушению, при условии, что есть возможность безопасного доступа к батарее.

      Цель усилий по тушению заключалась в том, чтобы остановить тепловое распространение в литий-ионной батарее.

      Демонстрация была ограничена тестовыми объектами, состоящими из литий-ионных элементов с максимальным содержанием никеля 60 процентов в материале катода. Более богатые никелем и энергоемкие электродные системы имеют более высокую реактивность и должны быть исследованы отдельно.

      В объектах-образцах представлены как призматические ячейки, так и ячейки в виде мешочков. Цилиндрические ячейки в данной демонстрации не изучались.

      A burning battery cell where the thermal runaway is not interrupted by water.
      A burning battery cell where the thermal runaway is not interrupted by water.