Способ тушения возгораний отсеков с аккумуляторными батареями на транспорте Российский патент 2023 года по МПК A62C3/07 A62D1/00 

Изобретение относится к противопожарной технике, а именно способу тушения возгораний аккумуляторных батарей и отсеков с ними на транспорте с помощью автономной автоматической установки газового пожаротушения с токонепроводящим газовым огнетушащим веществом - галогенуглеводородом (например: огнетушащий состав ФК-5-1-12, хладон 114В2), находящемся в жидкой фазе с низким давлением насыщенных паров при нормальных условиях.

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, их количество увеличивается с каждым годом. Следовательно, невозможно, чтобы все эксплуатируемые в мире аккумуляторы работали без сбоев. Аккумуляторные батареи, используемые в электромобилях, 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.

Известна разработка компании ROTAREX в области обнаружения и тушения возгорания (Пожаротушение двигателей, html) (http://flamestop.ru/pozharotushenei-dvigateley). 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.

Известна автоматическая установка газового пожаротушения (Патент RU №2108828, МПК А62С 35/00 (1995.01), А62С 37/00 (1995.01), содержащая 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 технического решения 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 в электромобилях.

Известно устройство автоматической локальной пожарной защиты и способ разрушения оболочки капсулы с нанопорошком (Патент RU №2633955, МПК А62С 3/00 (2006.01), опубликовано 19.10.2017, бюл. №29), принятые за прототип заявляемого способа тушения возгораний отсеков с аккумуляторными батареями в электромобилях.

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 электромобиля для предотвращения возможности появления повторных возгораний.

Задача заявляемого технического решения заключается в повышение эффективности пожаротушения за счет применение нового способа тушения возгораний отсеков аккумуляторных батарей на транспорте газовым токонепроводящим огнетушащим составом - галогенуглеводородом с применением газогенератора.

Результат - высокая эффективность пожаротушения за счет применения газового огнетушащего токонепроводящего состава путем создания огнетушащей концентрации по всему объему отсека с аккумуляторными батареями ввиду высокой проникающей способности состава. Применение возможности ингибирования химических реакций в зоне горения. Тушение возгорания в начальной его стадии. Создание не поддерживающей горение атмосферы в отсеке транспортного средства для предотвращения возможности появления повторных возгораний.

Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что в способе тушения возгораний отсеков с аккумуляторными батареями на транспорте с помощью автономной автоматической установки газового пожаротушения при возгорании аккумулятора в отсеке срабатывает медленно горящий газогенерирующий пиротехнический заряд. В результате чего в емкость для хранения газового токонепроводящего огнетушащего состава - галогенуглеводорода (например: огнетушащий состав ФК-5-1-12, хладон 114В2) нагнетаются инертные газы. Вследствие повышения давления в емкости происходит выброс газового токонепроводящего состава через насадок-распылитель в горящий отсек. Происходит тушение возгорания путем ингибирования химических реакций и охлаждение отсека за счет поглощения тепла при вскипании и испарении сжиженного газового токонепроводящего огнетушащего состава. Газовый состав занимает весь объем защищаемого отсека в расчетной концентрации. В отсеке создается атмосфера, препятствующая возможности появления повторных возгораний.

Технический эффект заключается в том, что газовый огнетушащий токонепроводящий состав - галогенуглеводород 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.

Заявлен способ тушения возгораний аккумуляторных батарей и отсеков с ними на транспорте с помощью автономной автоматической установки газового пожаротушения, при этом в качестве огнетушащего вещества используют токонепроводящее газовое огнетушащее вещество - галогенуглеводород, находящееся в жидкой фазе под давлением насыщенных паров при нормальных условиях, с последующим его вытеснением из емкости хранения посредством инертных газов, полученных в результате срабатывания газогенерирующего пиротехнического заряда, вследствие увеличения давления в емкости хранения, вследствие чего газовый состав занимает весь объем защищаемого отсека и создается атмосфера, препятствующая возможности появления повторных возгораний.

Способ тушения возгораний аккумуляторных батарей и отсеков с ними на транспорте с помощью автономной автоматической установки газового пожаротушения, отличающийся тем, что в качестве огнетушащего вещества используют токонепроводящее газовое огнетушащее вещество - галогенуглеводород, находящееся в жидкой фазе под давлением насыщенных паров при нормальных условиях, с последующим его вытеснением из емкости хранения посредством инертных газов, полученных в результате срабатывания газогенерирующего пиротехнического заряда, вследствие увеличения давления в емкости хранения.