Detekce požáru a hašení baterií s obsahem lithia
Přehrát audio verzi
Detekce požáru a hašení baterií s obsahem lithia
00:00
00:00
1x
- 0.25x
- 0.5x
- 0.75x
- 1x
- 1.25x
- 1.5x
- 2x
Téma požární ochrany baterií s lithiem se dostává v posledních letech stále více do popředí. Tyto zdroje energie se využívají v širokém spektru – od přenosné elektroniky a zahradní techniky přes elektrokola a skútry až po elektromobily a velká úložiště energie pro zálohování a vyrovnávání sítí. Výhodou je především vysoká energetická hustota, možnost využít téměř celou kapacitu a stále dostupnější cena.
Současně však nesou významná rizika. Energie je uložena v hořlavém elektrolytu, elektrody při hoření uvolňují kyslík a baterie jsou často vystaveny vibracím, nárazům či teplotnímu namáhání. Hrozí i poškození při přebíjení, zkratu nebo hlubokém vybití, stejně jako degradace při stárnutí. Nebezpečí vzniká rovněž při manipulaci s vysloužilými články v elektroodpadu.
Pokud v článku nastartuje nežádoucí reakce, elektrolyt se zahřívá a odpařuje, tlak uvnitř baterie stoupá a plyny unikají přes pojistný ventil (off-gassing). Po dosažení iniciační teploty dochází k jevu thermal runaway – prudkému nárůstu teploty a lavinové reakci, kterou nelze zastavit. Článek exploduje a požár lavinovitě poškozuje okolní články. Z toho je zřejmé, že baterie představují významné požární riziko a klíčová je včasná detekce a reakce.
Detekce požáru
Požadavky na detekci se liší podle druhu a prostředí provozu a fáze životního cyklu baterie:
- Výroba článků – formátování probíhá v ohnivzdorných boxech, kde postačí multisenzorové hlásiče kouře doplněné o senzory oxidu uhelnatého. V případě vzniku požáru lze boxy evakuovat mimo ohrožený prostor a nechat obsah kontrolovaně dohořet.
- Garáže a parkoviště – testy prokázaly, že kombinované požární hlásiče s detekcí oxidu uhelnatého reagují na vznikající požár elektromobilu podstatně rychleji než běžně instalované hlásiče termodiferenciální.
- Montáž modulů a packů – při kompletaci baterií, svařování spojů či zapouzdřování hrozí výrobní vada a vnitřní zkrat. Zde jsou vhodné detektory off-gassingu, které dokážou odhalit páry elektrolytu ještě před fází thermal runaway.
- Úložiště energie – vysoká koncentrace baterií znamená riziko škod v desítkách milionů a vážné následky pro životní prostředí. Systém BMS sice odpojí baterie od vnějšího napětí, ale nedokáže zastavit chemickou reakci, proto je klíčové odhalit problém už při prvních náznacích nestandardního chování baterie.
Na trhu existuje více technologií detekce unikajících zplodin při off-gassingu, převážně katalytické, infračervené nebo elektrochemické detektory různých plynů. Siemens nabízí účinné opatření aspirační jednotky ASD+, které aktivně nasávají vzduch a analyzují jeho složení pomocí dvou různých vlnových délek světla. Odchylky v rozptylu infračerveného a modrého světla na povrchu molekul v měřicí komoře prozradí výskyt výparů elektrolytu a umožní reagovat dříve, než se objeví viditelný kouř nebo plamen.
Reakce na signalizaci nebezpečí
Pokud nastane požár baterie, bývá jeho uhašení velmi obtížné a zásahy se soustředí spíše na omezení šíření. K uvedení pod kontrolu je opět několik možností.
- Sklady baterií – sprinklery s vysokým průtokem vody slouží k ochlazování do příjezdu hasičů. Ti mohou využít speciální trysku s abrazivem, která umožní aplikovat vodu přímo do bateriového packu.
- Menší prostory – často se nasazují aerosoly, chemická, nebo prášková hasiva, která odebírají energii z plamenů nebo zamezují přístupu kyslíku. Nejsou však na hašení bateriových požárů příliš účinná, protože pokud se zásoba hasiva vyčerpá, baterie se opět nekontrolovaně rozhoří. Kromě toho prášek i aerosol zanechávají po spuštění rezidua, která je nutno vyčistit.
- Karanténa – při podezřelém přehřátí baterie lze sadu přemístit do vodního kontejneru. Voda ji ochladí až do úplného vybití energie, které může trvat i několik dní. Díky vzniku kyslíku z chemické reakce umožňuje baterie hoření i pod vodou. Postup také vyžaduje likvidaci kontaminované vody.
- Garáže s elektromobily – systém jemné vodní mlhy zaplaví při požáru vozu prostor kapénkami, které účinně odnímají teplo a zároveň vytěsňují kyslík přeměnou vody na páru. Testy prokázaly, že mlha chrání bezprostředně sousedící vozidla a váže na sebe rezidua z požáru, čímž zlepšuje podmínky pro zásah hasičů.
- Silikonové plachty – používají se k ochraně před rozšířením požáru automobilů zejména na lodích a trajektech. Speciální tkanina určená pro elektromobily odolá teplotám přes 1 500 °C.
- Inertní atmosféra – uzavřená úložiště lze chránit trvalým snížením obsahu kyslíku, a to buď trvale, hypoxickým systémem, nebo inertizací na podnět včasné detekce. Tento scénář využívá i Siemens koncept s názvem LIBESS, který kombinuje detektory off-gassingu ASD+ a systém Siemens Sinorix redukující obsah kyslíku na 11,3 %. Spolehlivost tohoto řešení potvrzují náročné zkoušky a certifikace prestižní zkušebnou VdS.
Zkušenosti ukazují, že nejefektivnější je vždy zásah při prvních signálech problému. Hašení již rozvinutého požáru slouží především k ochraně okolí a nezabrání úplnému zničení zařízení.
Budoucí trendy
Vývoj baterií směřuje k vyšší energetické hustotě, rychlejšímu nabíjení i bezpečnosti. Velký potenciál má pevný elektrolyt, který není hořlavý. Od laboratorních pokusů k masovému nasazení však vede dlouhá cesta.
Dalším vzrůstajícím trendem je strojové učení a umělá inteligence. Moderní BMS shromažďují rozsáhlá data o stavu, kondici a provozním profilu baterií. Pokud jsou data správně analyzována, dokáže v nich budoucí AI rozpoznat vzorce, vedoucí k poruše či přímo k požáru a upozornit na toto nebezpečí dříve, než by reagovaly současné senzory fyzikálních projevů. Do budoucna se tedy očekává kombinace fyzických detektorů, prediktivních algoritmů BMS a nových materiálů, která zásadně zvýší bezpečnost bateriových systémů.
Lithium-iontové baterie jsou nepostradatelným zdrojem energie, ale zároveň představují významné požární riziko. Nejefektivnější ochranou bateriových úložišť je včasná detekce a rychlá reakce, nejlépe ještě před vznikem požáru – v současné době ideálně kombinací detektorů off-gassingu a inertizace. Systém Siemens LIBESS je právě takovým řešením. V garážích s elektromobily jsou pak ideální volbou hlásiče s pokročilou detekcí, propojené s daty z dobíjecí infrastruktury a aplikace vodní mlhy. Budoucnost spočívá kromě vývoje bezpečnějších typů baterií také ve vývoji stále dokonalejších senzorových technologií a jejich propojení s daty z BMS analyzovanými AI.
Systémy automatizovaného řízení budov, systémy řízení energetických systémů, systémy řízení kotelen a předávacích stanic CZT. Přístroje pro měřicí a regulační techniku, integrované systémy budov, konzultace, projekty, software, dodávky na klíč, projekty ...