Eliminacja zagrożenia pożarowego systemów magazynowania energii z akumulatorami litowymi

• Autorzy: Świątek Jacek

Identyfikatory

DOI

10.15199/74.2023.4.4

Warianty tytułu

EN

Fire hazard eliminating of energy storage systems with lithium batteries

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zasobniki z akumulatorami litowo-jonowymi są powszechnie stosowane, stają się nieodłącznym elementem otaczającego nas świata. Są to systemy o dużej gęstości energii, szybko ładowalne, ale z drugiej strony niestabilne chemiczne, z koniecznością ciągłego nadzoru elektroniką pomiarową BMS. Praca baterii poza zakresem termicznym i napięciowym spowoduje utratę kontroli nad systemem. W przypadku gdy zawiodą zabezpieczenia BMS, to akumulatory mogą wejść w proces rozbiegu termicznego. To zwykle kończy się gwałtownym wzrostem temperatury i wewnętrznego ciśnienia, co spowoduje zwarcie i zapłon. Pożar baterii litowych jest bardzo trudny do zwalczania, ponieważ wewnątrz ogniwa wytwarza się tlen i palne węglowodory jako efekt dekompozycji elementów. Pożar jest samoczynnie podtrzymywany, dlatego tą część baterii powinniśmy wyizolować do całkowitego wypalenia i nie dopuścić propagacji ognia w otoczeniu. Trzeba zrobić wszystko, aby do takiej sytuacji nie dopuścić, a jeżeli to się stanie, to zastosować przemyślaną, skuteczną strategię gaszenia. W artykule omówiono podstawowe typy akumulatorów jonowych, wyjaśniono, dlaczego są one niestabilnie chemiczne i jakie stosujemy zabezpieczenia. Wyjaśniono zjawisko rozbiegu termicznego i jak dochodzi do wewnętrznego zapłonu. Na zakończenie pokazano skuteczność środków gaśniczych i jakie powinny być stosowane strategie gaszenia.

EN

Lithium-ion battery packs are widely used and become an integral part of the around us world. These are systems with high energy density, fast charging, but on the other hand chemically unstable, with the need for constant supervision with BMS measuring electronics. Operation of the battery outside the thermal and voltage range, may loss of control over the system. In the event that the BMS protection fails, the batteries may enter to the thermal run-away process. This usually results in a rapid increase in temperature and internal pressure and next do internal short circuit and fire. The fire of lithium batteries is very difficult to fight because oxygen and combustible hydrocarbons are produced inside the cell, as a result of the decomposition of its elements. The fire is self-sustained, this part of the battery should be isolated until it burns out completely and the fire should not propagate in the surroundings. Therefore, it is necessary to do everything to prevent such situation, and if it does occur, to apply effective extinguishing strategy. The article shown the basic types of lithium-ion batteries, explains why they are chemically unstable and what protections should be used. Next was explained thermal run-away process and how start internal ignition. Finally are shown the effective- ness of extinguishing agents and extinguishing strategies which should be taken.

Słowa kluczowe

PL

bateria litowa; bateria litowo-jonowa; bateryjny magazyn energii; rozbieg termiczny; pożar baterii litowych

EN

lithium battery; lithium ion battery; Battery Energy Storage System; BESS; thermal run-away; lithium battery fire

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Wiadomości Elektrotechniczne
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 91, nr 4
• Strony: 20--25
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., il., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Świątek Jacek

• APS Energia S.A., Stanisławów Pierwszy

Bibliografia

• [1] Arumugam M. 2017. An Outlook on Lithium Ion Battery Technology, Materials Science and Engineering Program & Texas Materials Institute, University of Texas at Austin, Austin, Texas 78712, United States (DOI: 10.1021/acscent-sci.7b00288, ACS Cent. Sci., 3: 1063-1069, http://pubs.acs.org/jurnal/ acscii).
• [2] Biczel P., J. Świątek. 2017. Magazyny energii z akumulatorami chemicznymi, ich funkcje w systemie elektroenergetycznym. Wiadomości Elektrotechniczne, 10: 58-64. (DOI:10.15199/74.2017.10.5).
• [3] Held M., M. Tuchschmid, M. Zennegg, R. Figi, C. Schreiner, L.D. Mellert, U. Welte, M. Kompatscher, M. Hermann, L. Nachef. 2022. Thermal runaway and fire of electric vehicle lithium-ion battery and contamination of infrastructure facility. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 165 (https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112474).
• [4] https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/, Dziennik Ustaw 2019, poz. 769, Warszawa, dnia 26 kwietnia 2019 r., W sprawie wejścia w życie zmian do załączników A i B do Umowy europejskiej dotyczącej międzynarodowego przewozu drogowego towarów niebezpiecznych (ADR), sporządzonej w Genewie dnia 30 września 1957 r.
• [5] https://www.straz.gov.pl/panstwowa_straz_pozarna/Przydatne_dokumenty, „Standardowe zasady postępowania podczas zdarzeń z samochodami osobowymi z napędem elektrycznym”, opracowanie 06/2020, Komenda Główna Państwowej Straży Pożarnej.
• [6] Jaroszyński L. 2011. Akumulatory litowe w pojazdach elektrycznych. Przegląd Elektrotechniczny, 87(8).
• [7] Jurgen Timpert „Akumulatorowe systemy Magazynowania Energii: wydajność i okres eksploatacji”. Europejski Instytut Miedzi, Leonardo Energy.
• [8] Kiełbasa T., M. Gołaszewska. 2022. Analiza instalacji przeciwpożarowych wodnych i gazowych. Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego - Państwowy Instytut Badawczy, Przewodnik Projektanta, 4 (https://www.izbudujemy.pl).
• [9] Lenard S. 2020. Baterie litowo-jonowe jako jeden z filarów e-mobilności - zagrożenia i wyzwania, praca „Bezpieczeństwo - wybrane konteksty” (red. naukowa Chabasińskiej A., Orłowskiej B., Warchała A.) Akademia im. Jakuba z Paradyża w Gorzowie Wielkopolskim.
• [10] Lesiak P., D. Pietrzela, P. Mortka. 2021. Metody gaśnicze stosowane do gaszenia pożarów samochodów elektrycznych. Safety&Fire Technology, 58(2): 38-57.
• [11] Mikolajczak C., M. Kahn, K. White, R.T. Long. 2011. Lithium-Ion Batteries Hazard and Use Assessment, Final Report, Fire Protect ion Research Foundation, (www.nfpa.org/Foundation).
• [12] Russoa P., C. Di Barib, M. Mazzaroc, A. De Rosac, I. Morriellod. 2018. Effective Fire Extinguishing Systems for Lithium-ion Battery Morriellod. Chemical Engineering Transactions, 67: 727-732.
• [13] Siemens AG 2019. Fire protection for Li-ion battery energy storage systems, White paper.
• [14] Świątek J. 2022. Magazyny energii jako element transformacji systemu energetycznego. Wiadomości Elektrotechniczne (DOI 10.15199/74.2022.2.1).