Развитие нормативной базы в области пожаротушения литий-ионных аккумуляторов

Аннотация. Проанализирован принцип работы аккумуляторных батарей. Рассмотрены сферы применения литий-ионных аккумуляторных батарей, случаи возгораний на электротранспорте и причины их возникновения. Отмечено, что пожары литий-ионных аккумуляторных батарей не выделены в отдельный класс пожара, и указаны классы пожаров, к которым они могут быть отнесены. Обращено внимание на необходимость включения в действующие нормативные документы технических требований и методов испытаний огнетушащих веществ и средств их подачи на способность к тушению литий-ионных аккумуляторных батареи. Определены направления разработок, необходимых для внесения соответствующих изменений в нормативные документы.

Ключевые слова: литий-ионные аккумуляторные батареи, возгорание литий-ионных аккумуляторных батарей, классификация пожаров, электротранспорт, пожарная безопасность электротранспорта, тепловой разгон.

В настоящее время литий-ионные аккумуляторы и литий-ионные аккумуляторные батареи (далее – ЛИАКБ) все более широко применяются при производстве изделий как общегражданского, так и специального назначения (мобильные телефоны, ноутбуки, планшеты и др.). Они используются на всевозможных видах транспорта, в космической и военной технике. ЛИАКБ – наиболее популярные перезаряжаемые источники энергии благодаря своим уникальным характеристикам: высокой удельной энергии, т. е. способности работать долгое время без подзарядки, длительному сроку службы, достигающему 2000 циклов заряда-разряда, и высокому напряжению, превышающему почти в два раза напряжение, например, свинцово-кислотных аккумуляторов [1, 2].

Самый заметный рост применения ЛИАКБ наблюдается в дорожно-транспортной структуре, в которой существенную долю начинает занимать общественный и частный электротранспорт (электробусы, электромобили). Быстро развиваются также средства индивидуальной мобильности (СИМ), включающие в себя электросамокаты, моноколеса и прочие средства перемещения на электрической тяге.

Распоряжением Правительства Российской Федерации от 23 августа 2021 г. № 2290-р утверждены Концепция по развитию производства и использования электрического автомобильного транспорта в Российской Федерации на период до 2030 года и План мероприятий («дорожная карта») по развитию производства и использования электрического автомобильного транспорта в России на период до 2024 года.

На территории Москвы функции общественного транспорта выполняют более 1000 электробусов, которые начиная с 2018 г. перевезли более 200 млн пассажиров. Это направление приобретает дополнительную актуальность в свете открытия в 2022 г. на заводе ООО «Моторинвест» (Липецкая область) первого в России специализированного завода электромобилей под брендом EVOLUTE. Производственный цикл предприятия включает в себя сварку, окраску, сборку. Возобновлена работа завода «Москвич». Под маркой «Москвич 3» начато производство методом крупноузловой сборки компактного кроссовера, выпускаемого, в частности, на электротяге.

Вопрос пожарной безопасности электротранспорта имеет чрезвычайную высокую значимость. Анализ источников показывает большое количество случаев воспламенения литий-ионных батарей [3–5]. В информационном поле появляется все больше сообщений о пожарах ЛИАКБ. Значительное число опасных случаев происходит в процессе эксплуатации электроприборов различного назначения, начиная от сотовых телефонов и портативных аккумуляторов, заканчивая средствами индивидуальной мобильности, электромобилями и электробусами [6, 7].

Несмотря на очевидные достоинства электротранспорта: экологичность, простота обслуживания, отсутствие горючего и дорогостоящего технического обслуживания, в последнее время происходит все больше возгораний электротранспорта, в ряде случаев без видимых причин, а тушить его гораздо сложнее, чем обычные транспортные средства.

В авариях с участием электротранспорта существует серьезная проблема: возгорание или повторное возгорание спустя время после аварии, причем длительность времени непредсказуема, известны случаи повторного возгорания через день, через две, три недели. Например, случай, когда гибридный Chevrolet Volt загорелся на парковке тестового центра NHTSA спустя три недели после теста на боковой удар. Также имеют место быть возгорания на стоянках электромобилей, которые не участвовали в ДТП.

Литий-ионные аккумуляторы состоят из анода и катода, разделенных пористым полимерным сепаратором [8] (см. рисунок). Активным материалом катода чаще всего являются оксиды переходных металлов со встроенными в кристалл ионами лития. В аноде обычно используется графит. Электролит, которым залита электрохимическая ячейка, представляет собой органический раствор солей лития. Наличие металлического лития определяет высокую степень опасности ЛИАКБ при эксплуатации, перевозке, хранении. Литий-ионный аккумулятор – это аккумулятор, у которого при заряде от катода ионы лития переходят в анод, а в случае разряда через нагрузку перемещаются обратно.

Главная причина возгорания литий-ионных аккумуляторных батарей – короткое замыкание, которое возникает под воздействием следующих факторов:

Причиной возгорания является также перегрев аккумулятора от внешних источников.

Все это приводит к одному результату – тепловому разгону с последующим возгоранием.

Пожары ЛИАКБ не выделены в отдельный класс, но могут быть отнесены к пожарам классов А2, B, С, D, Е [9].

В Российской Федерации только по литиевым батареям действуют около 20 стандартов, устанавливающих требования к литий-ионным аккумуляторам и аккумуляторным батареям и системам на их основе, например, ГОСТ Р МЭК 62660-2–2020 «Аккумуляторы литий-ионные для электрических дорожных транспортных средств. Часть 2. Испытания на надежность и эксплуатацию с нарушением режимов»; ГОСТ Р ИСО 12405-3–2014 «Транспорт дорожный на электрической тяге. Технические требования к испытаниям модулей и систем тяговых литий-ионных батарей. Часть 3. Требования безопасности» и др., в которых регламентированы методы испытаний аккумуляторных батарей на пожарную опасность.

В то же время в нормативных документах в области пожаротушения отсутствуют технические требования и методы испытаний огнетушащих веществ и средств их подачи относительно их способности к тушению ЛИАКБ. Как уже отмечалось, в классификации пожаров отсутствует класс пожара аккумуляторных батарей.

Огнетушащие вещества (порошки огнетушащие, пенообразователи и др.) и средства их подачи (огнетушители, модули установок: газового, порошкового пожаротушения, тушения тонкораспыленной водой, генераторы огнетушащего аэрозоля и др.) входят в перечень объектов регулирования Технического регламента Евразийского экономического союза «О требованиях к средствам обеспечения пожарной безопасности и пожаротушения» (ТР ЕАЭС 043/2017), перечень стандартов, определенный Решением Коллегии Евразийской экономической комиссии от 19 ноября 2019 г. № 200 «О перечне международных и региональных (межгосударственных) стандартов, а в случае их отсутствия – национальных (государственных) стандартов, в результате применения которых на добровольной основе обеспечивается соблюдение требований технического регламента Евразийского экономического союза «О требованиях к средствам обеспечения пожарной безопасности и пожаротушения» (ТР ЕАЭС 043/2017), и перечне международных и региональных (межгосударственных) стандартов, а в случае их отсутствия – национальных (государственных) стандартов, содержащих правила и методы исследований (испытаний) и измерений, в том числе правила отбора образцов, необходимые для применения и исполнения требований технического регламента Евразийского экономического союза «О требованиях к средствам обеспечения пожарной безопасности и пожаротушения» (ТР ЕАЭС 043/2017) и осуществления оценки соответствия объектов технического регулирования».

Существует необходимость включения в действующие нормативные документы технических требований к огнетушащим веществам и средствам их подачи, касающихся их способности тушить ЛИАКБ.

Прежде чем внести изменения в нормативные документы, предлагается реализовать представленную «дорожную карту», включающую в себя:

В случае реализации данной «дорожный карты» станет возможной разработка изменений в стандарты для огнетушащих веществ и средств их подачи в части внесения технических требований и соответствующих методов испытаний по тушению ЛИАКБ.

Перейти к содержимому PDF