Nové způsoby hašení lithiových baterií a jejich zkoušení

Baterií s obsahem lithia je mnoho typů, ale pro naše zkoušení jsme využili nejvíce rozšířené baterie typu Li-on a Li-pol ve dvou konstrukčních provedeních. Prvním typem byly baterie cylindrické, které byly zakrytovány do jedné baterie (modulu). V tomto modulu bylo přibližně 1000 ks cylindrických baterií rozdělených do tří pater. Tento typ baterií se velmi často používá v drobné elektronice, elektrokoloběžkách, automobilech Tesla a dalších zařízeních. Pro představu o konstrukci a specifikacích tohoto typu baterií je níže uveden obr. 1. Druhým typem byly baterie prizmatického typu. Tyto baterie jsou vždy vyrobeny do určitých modulů a následně se skládají do větších balení. Typově se tyto baterie používají všude okolo nás, hlavně v mobilních telefonech, noteboocích, drobné elektronice. Téměř všechny automobilky používají prizmatické baterie. Schéma této baterie je uvedeno na obr. 2. Ač možná na první pohled nedůležitá věc, jako je konstrukce baterie, nám přinesla dostatek informací o tom, že je nutné pohlížet i na tento rozdíl. Bylo zjištěno, že konstrukce baterie má velký vliv na chování baterie v průběhu požáru, a to jsou velmi důležité informace pro zasahující jednotky.

Obr. 1 Cylindrické baterie využité při zkouškách hašení

Obr. 2 Prizmatické baterie využité při zkouškách hašení

Dnešní popsané způsoby hašení baterií s obsahem lithia jsou na první pohled prosté, zjednodušeně řečeno – utopte to ve velkém množství vody. Tento postup je jednoduché aplikovat na mobilní telefon nebo elektrokoloběžku, ale již tak jednoduše ho nelze aplikovat na osobní automobil nebo zařízení větších rozměrů. Není to pouze o rozměrech předmětu, který ukrývá samotnou baterii, ale i o rychlosti zásahu, následných potížích s kontejnerem obsahujícím kontaminovanou vodu z hašení a dalších. U postupu s využitím mobilního kontejneru a ponořením například vozidla do několika kubíků vody, nemůžeme rozhodně mluvit o rychlém a efektivním zásahu.

Obr. 3 Připravený vstup pro přímé připojení hadice

Obr. 4 Hašení pomocí vysokotlakého zařízení COBRA

Vytipovali jsme tři nové způsoby hašení lithiové baterie. První způsob hašení se zakládal na připraveném vstupu v krytu baterie, obr. 3. Tento připravený vstup byl v podobě půlspojky typu D a byl by na vozidle/baterii připraven jako preventivní ochrana při zahoření vozidla. Zasahující jednotka by pouze odkryla místo, kde by byl připraven vstup do baterie a připojením hadice by mohlo proběhnout zaplavení baterie vodou či vodou s příměsí vhodného hasiva. Při druhém způsobu hašení bylo využito vysokotlakého zařízení COBRA, obr. 4. Toto zařízení umožní invazivní vstup do baterie pomocí řezání vodním paprskem s abrazivem. V okamžik, kdy se zařízení prořízne do baterie, je vypnut přístup abraziva a do vnitřní části baterie vstupuje pouze voda, nebo voda s příměsí hasiva. Posledním zkoušeným způsobem hašení bylo využití hasebního hřebu. Tento hřeb vyobrazený na obr. 5 byl konkrétně vyvinut pro hašení lithiových baterií, které se využívají v automobilovém průmyslu. Hasební hřeb je možné připojit na pneumatické kladivo, pomocí kterého je hřeb zatlučen do baterie a následně po připojení je baterie zaplavena hasivem.

Obr. 5 Vyvinutý hasební hřeb pro hašení baterií

Obr. 6 Hoření lithiové baterie

Ve spolupráci s HZS Středočeského kraje a HZS Škoda Auto Mladá Boleslav jsme v termínu 24. – 26. 5. 2021 realizovali cvičení se zaměřením na hašení lithiových baterií. Cvičení proběhlo na Trhací jámě pyrotechnické služby PČR. V průběhu cvičení jsme opakovaně testovali výše popsané způsoby hašení na obou konstrukčních typech baterií. V tomto kroku řešení dané problematiky jsme hasili pouze zakrytované baterie. Sledovali jsme teplotní pole uvnitř baterie, rychlost poklesu tepoty a rychlost hašení. Vše bylo detailně zdokumentováno a následně bylo sledováno, zda se bude baterie zpětně rozhořívat nebo již došlo k finálnímu uhašení. V rámci cvičení bylo provedeno 16 hasebních zkoušek. Příklad hoření baterie je zobrazen obr. 6. Pro zajištění co nejlepší opakovatelnosti zkoušek byly baterie prizmatického typu zkratovány pomocí velkých stykačů a tím bylo docíleno toho, že baterie byly vždy zapáleny stejným způsobem. U baterií cylindrického typů jsme nemohli pro iniciaci požárů využít zkratování, jelikož baterie mají v sobě tolik ochranných prvků proti přetížení, že je nebylo možné všechny demontovat. Z tohoto důvodu jsme přistoupili k zapálení baterie proražením s využitím ruční sekery, kdy bylo vždy jednou nebo dvakrát do baterie seknuto. Tento způsob nebyl tak reprezentativně opakovatelný, ale vždy došlo k velmi rychlému rozhoření baterie a nebylo pochyb o tom, že by tento způsob iniciace nebyl dostatečný.

Po provedení všech hasebních zkoušek bylo možné shrnout naše poznatky a zkušenosti. Nejdůležitější informací je, že se nám všech 16 baterií podařilo rychle, efektivně a bez zpětného rozhoření uhasit. Přesto nelze říci, že jsme nalezli tři nové způsoby hašení lithiových baterií a problém jejich hašení byl vyřešen. Velmi dobře se pracovalo a efektivně hasilo s využitím vysokotlakého zařízení COBRA. Jeho hlavní výhodou bylo vytváření ochranné clony při prořezávání do baterie a tím byl zasahující hasič velmi dobře chráněn. Čas proříznutí do baterie byl dostatečně krátký a následná aplikace hasiva byla efektivní a dostačující.

Hasební postup s využitím hasebního hřebu má základní výhodu z hlediska malé náročnosti na vybavení. Stačí základní vybavení jednotky a navíc pouze hasební hřeb. Pokud byl hřeb nový a ostrý, tak proražení do baterie bylo velmi rychlé. Následně však nebylo tak snadné zajistit připojení hadice. To vše ještě muselo probíhat pod clonou, kterou zajišťovali další kolegové. Následně se zaražený hřeb mohl ponechat v baterii a místo zásahu se mohlo opustit, protože probíhalo samovolné zaplavování baterie a její hašení, což bylo v důsledku bezpečnější pro zasahující jednotku.

Poslední způsob hašení připojením na připravený vstup do baterie byl z hlediska zásahu nejjednodušší, velmi efektivní a rychlý i z pohledu zasahujících hasičů. Jednotka se pod clonou dostala k hořící baterii a následně pouze připojila hadici a mohla místo opustit. Baterie byla následně zaplavována hasivem do úplného uhašení. Za všechny způsoby hašení je zde uveden graf na obr. 7, který znázorňuje teplotní pole uvnitř prizmatické baterie při zkoušce hašení s vysokotlakým zařízením COBRA. Na obrázku je znázorněn teplotní průběh s popisem probíhajících vizuálních situací. Hlavní poznatkem je zjištění o tom, jak rychle bylo možné vstoupit do baterie a také to, že za dalších několik desítek sekund došlo k rychlému poklesu teploty a v čase několika minut ke kompletnímu uhašení baterie bez zpětného rozhoření.

Obr. 7 Graf teplotního průběhu na čase uvnitř baterie

Abychom mohli všechny, nebo alespoň některé způsoby převést do praxe, je nutné upřesnit a doladit námi zkoušené postupy, modernizovat například hasební hřeb, aby připojení hadice bylo jednodušší a vytvářel ochranou clonu pro zasahujícího hasiče. Dále je potřeba řešit vstup, který by se mohl stát preventivním prvkem. Tato část je ale velmi složitá a komplikovaná, protože by toto řešení museli převzít například výrobci vozidel. Hlavním úkolem v další fázi řešení je provedení dalších zkoušek, a to nejen s bateriemi, ale i s celými vozidly nebo zařízeními, ve kterých se baterie skrývají. Uhašení baterie je jedním z řešených problémů, ale neméně důležitým aspektem celého problému hašení je přístup k samotné baterii. Proto konečný postup pro hašení lithiových baterií musí být univerzální, jednoduchý a efektivní.

Článek vyšel v časopisu 112.

Zdroj

• KARL, Jan. Návrhy nových způsobů hašení Li-baterií a jejich zkoušení. 112 [online]. 2022, XXI(2) [cit. 2022-05-04]. Dostupné z: https://www.hzscr.cz/clanek/casopis-112-rocnik-xxi-cislo-2-2022.aspx?q=Y2hudW09Mg%3d%3d