СПОСОБ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ЗАЩИТЫ И ОХЛАЖДЕНИЯ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ НА ТРАНСПОРТЕ
METHOD FOR FIRE PROTECTION AND COOLING OF ACCUMULATOR BATTERIES IN TRANSPORT

Изобретение относится к противопожарной технике, а именно способу предотвращения возгораний аккумуляторных батарей и отсеков с ними на транспорте, а также эффекту охлаждения аккумуляторных батарей с помощью токонепроводящего газового огнетушащего вещества - галогенуглеводорода (например: огнетушащий состав ФК-5-1-12, хладон 114В2), находящегося в жидкой фазе с низким давлением насыщенных паров при нормальных условиях. Блоки аккумуляторных батарей, используемые на транспорте, находятся в контейнере, в который залито газовое огнетушащее токонепроводящее вещество в жидкой фазе. При тепловом пробое аккумуляторной батареи газовое огнетушащее токонепроводящее вещество препятствует возможности возгорания, а также обладает эффектом отвода избыточного тепла от блоков аккумуляторных батарей.
Технический результат - высокая эффективность противопожарной защиты за счет применения газового огнетушащего токонепроводящего вещества путем создания огнетушащей концентрации по всему объему контейнера с аккумуляторными батареями ввиду нахождения вещества в жидкой фазе. Применение возможности ингибирования химических реакций в зоне возможного возгорания аккумуляторной батареи из-за эффекта теплового пробоя. Тушение возгорания в начальной его стадии. Создание не поддерживающей горение атмосферы в контейнере с аккумуляторными батареями и дополнительный отвод избыточного тепла от аккумуляторных батарей ввиду высокой теплопроводности газового токонепроводящего огнетушащего вещества, находящегося в жидкой фазе.
Любое устройство аккумулированной энергии может быть опасно, и их производители должны выполнять требования по безопасности, а не просто предупреждать пользователей. Количество произведенных по литий-ионной технологии аккумуляторов исчисляется миллионами. Также все популярнее становятся электромобили, а их количество увеличивается с каждым годом. Следовательно, невозможно, чтобы все эксплуатируемые в мире аккумуляторы работали без сбоев. Аккумуляторные батареи, используемые на транспорте, могут получать повреждения в результате дорожно-транспортных происшествий. В результате исследования дефектных аккумуляторов установлено, что к сбою приводил контакт частей аккумулятора с микроскопическими металлическими частицами, вследствие чего возникало короткое замыкание.
Производители аккумуляторов стараются свести к минимуму наличие таких частиц, но сложные технические процессы при сборке делают задачу ликвидации абсолютно всех посторонних веществ трудновыполнимой. Современные элементы с ультратонкими сепараторами размером 24 микрометра или меньше (1 мкм = 0,001 мм) более чувствительны к загрязнениям, чем ранние конструкции с более низкими показателями емкости.
Литий-ионные технологии, использующие оксиды металлов, постепенно приближаются к теоретическому пределу удельной энергоемкости. И вместо того, чтобы оптимизировать мощность, производители батарей вынуждены уделять все больше внимания совершенствованию производственных методов, которые призваны повысить безопасность и увеличить долговечность батарей. Но настоящей проблемой являются те редкие случаи, когда короткое замыкание возникает внутри самого электрического элемента.
Существует два основных типа сбоев электрических батарей. Первый из них связан с ошибками проектирования самой батареи или отдельных ее компонентов. Именно такие дефекты при обнаружении приводят к массовым отзывам уже произведенных аккумуляторов. Более сложными случаями являются моменты, когда дефекты напрямую не связаны с конструкцией батареи. Чаще всего они проявляются вследствие неправильной эксплуатации, например, в случае зарядки при низкой температуре или при работе в условиях сильной вибрации.
Слабое короткое замыкание внутри элемента приведет лишь к повышению саморазряда и минимальному теплообразованию, так как участвующие в этом замыкании токи будут очень слабы. Но если достаточное количество микроскопических металлических частиц сформируют "мост" между электродами, то сила тока короткого замыкания может достичь опасного значения. В электрическом элементе изначально небольшое короткое замыкание приводит к температурному повреждению изолирующего слоя, в результате чего сила короткого замыкания увеличивается. Температура очень быстро возрастает до 500°С, и в такой момент электрический элемент воспламеняется или даже взрывается. Этому явлению было дано название - тепловой пробой. Во время теплового пробоя высокая температура неисправного элемента может распространиться на соседние элементы, приводя к цепной реакции. Весь аккумулятор, таким образом, может быть уничтожен в течение нескольких секунд.
Известно устройство автоматической локальной пожарной защиты и способ разрушения оболочки капсулы с нанопорошком (Патент RU №2633955, опубл. 19.10.2017, бюл. №29). Устройство для автоматической локальной пожарной защиты автомобиля выполнено в виде капсулы, которая зафиксирована в оболочке удерживающими лямками, имеющими возможность совместного перемещения с капсулой при воздействии на нее инертных газов, выделяемых при срабатывании газогенерирующего заряда, в сторону ножа. Нож выполнен, например, крестообразным и жестко зафиксирован на оболочке перед распылительным насадком, причем оболочка капсулы выполнена более эластичной по сравнению с лямками. Устройство для автоматической локальной пожарной защиты автомобиля осуществляется следующим способом. Разрушение оболочки капсулы с нанопорошком заключается в том, что деформацию оболочки капсулы производят путем выделения инертных газов медленно горящим газогенерирующим пиротехническим зарядом, а перемещение капсулы на участке ее разрушения производят совместно с удерживающими лямками навстречу средству локального разрушения до момента полного разрушения оболочки капсулы ножом.
Недостатком данного способа является использование в виде огнетушащего вещества нанопорошка, что создает невозможность создания огнетушащей концентрации по всему объему защищаемого отсека с аккумуляторными батареями. Также вследствие быстрого оседания огнетушащего порошка после срабатывания устройства отсутствует возможность создания не поддерживающей горение атмосферы в отсеке с аккумуляторными батареями для предотвращения возможности появления повторных возгораний. Огнетушащие порошки не обладают эффектом охлаждения.
Известна автоматическая установка газового пожаротушения (Патент RU №2108828).
Автоматическая установка газового пожаротушения содержит датчик обнаружения пожара, блок управления, емкость с огнетушащим веществом, электроуправляемый клапан, распределительную сеть и выпускной насадок, при этом емкость с огнетушащим веществом соединена через электроуправляемый клапан с распределительной сетью и выпускным насадком, а блок управления соединен с датчиками обнаружения пожара и электроуправляемым клапаном.
Недостатком данного способа является то, что система пожаротушения находится всегда под избыточным давлением, что представляет трудности во время ее эксплуатации и требует специального периодического обслуживания. Также ввиду использования распределительной сети и выпускных насадков система обладает высокой металлоемкостью, что отрицательно сказывается на возможности ее размещения в отсеках с аккумуляторными батареями на транспорте.
Известна разработка компании ROTAREX в области обнаружения и тушения возгорания (Пожаротушение двигателей, html), принятая за прототип способа противопожарной защиты и охлаждения аккумуляторных батарей на транспорте. Датчиком обнаружения пожара в системе пожаротушения двигателя ROTAREX является гибкая линейная сенсорная трубка, заполненная азотом. Она легко устанавливается над двигателем, вокруг него, вблизи возможных мест возгорания. За счет своей гибкости сенсорная трубка устанавливается даже в труднодоступных местах, что позволяет на 100% перекрыть всю защищаемую область. В случае повышения температуры до +175°С в любой точке сенсорной трубки вследствие пожара система пожаротушения для автомобиля моментально и автоматически инициирует пуск огнетушащего состава.
Недостатком данного способа является то, что система пожаротушения находится всегда под избыточным давлением, что представляет трудности во время ее эксплуатации и требует специального периодического обслуживания. Подача огнетушащего состава осуществляется уже после возгорания. Сложность создания огнетушащей концентрации во всем объеме защищаемого отсека.
Технической задачей предлагаемого изобретения является применение нового способа предотвращения возгораний аккумуляторных батарей на транспорте газовым токонепроводящим огнетушащим составом, находящемся в жидкой фазе при нормальных условиях, а также дополнительного охлаждения аккумуляторных батарей.
Сущность заявляемого изобретения заключается в повышении противопожарной защиты отсеков с аккумуляторными батареями на транспорте, а также отводе избыточного тепла от аккумуляторных батарей. Аккумуляторные батареи или блоки аккумуляторных батарей находятся в герметичном контейнере, в конструкцию которого включен клапан сброса избыточного давления. В герметичный контейнер с аккумуляторными батареями залито газовое токонепроводящее огнетушащее вещество - галогенуглеводород (например: огнетушащий состав ФК-5-1-12, хладон 114В2) в жидкой фазе так, чтобы весь объем контейнера был заполнен. При перегреве аккумуляторных батарей газовое огнетушащее вещество отбирает на себя избыточное тепло, а при повышении давления срабатывает клапан сброса избыточного давления. При тепловом пробое или повреждении аккумуляторной батареи газовое огнетушащее вещество препятствует возможному возгоранию, тем самым обеспечивая противопожарную защиту отсека с аккумуляторными батареями на транспорте.
Технический эффект заключается в том, что газовый огнетушащий токонепроводящий состав обладает принципиальным рядом преимуществ перед другими традиционными огнетушащими веществами, такими как вода, пена, огнетушащие аэрозоли, огнетушащие порошки: имеет высокую огнетушащую способность, обладает флегматизирующими свойствами. Использование воды для тушения крупных литий-ионных аккумуляторных батарей, которыми оснащены электромобили, крайне опасно из-за бурной реакции лития с водой. Использование порошков не позволяет создать огнетушащую концентрацию во всем объеме отсека и не позволяет создать атмосферу, не поддерживающую горение для исключения возможности появления повторных возгораний. Также использование огнетушащих аэрозолей и огнетушащих порошков, обладающих значительной коррозионной активностью, приводит к сильному загрязнению различных электронных систем, токопроводящих контактов и т.д., что может привести к их повреждению.