В статье рассмотрены случаи пожаров электромобилей. Пожарная опасность электромобиля определяется энергетической емкостью и уровнем заряда батареи. Пожар автомобиля сложнее потушить из-за затрудненного доступа к батарее и возможности повторного возгорания. Наиболее эффективным средством тушения является вода, при этом для тушения и охлаждения батареи требуется значительное количество. При подаче воды непосредственно внутрь батареи требуемый расход воды значительно сокращается. Статья опубликована китайскими коллегами (Ссылка на оригинальную статью).
Аннотация
За последнее десятилетие электромобили (EV – electric vehicle) значительно изменили автомобильную промышленность во всем мире, чему способствовало быстрое развитие технологии литий-ионных аккумуляторов. Однако риск возгорания и опасность, связанные с этим типом высокоэнергетических аккумуляторов, стали серьёзной проблемой безопасности электромобилей.
В этой статье рассмотрены особенности пожаров электромобилей, связанным с выделением тепла и возгоранием литий-ионных аккумуляторов. Выделение тепла или возгорание могут произойти в результате экстремальных условий эксплуатации, которые могут быть результатом неправильной эксплуатации или дорожно-транспортных происшествий.
Повреждение аккумулятора может сопровождаться выделением токсичного газа, возгоранием, струйным пламенем и взрывом. В этой статье рассмотрены случаи возгорания аккумуляторных батарей в электромобилях, гибридных автомобилях и электробусах, чтобы обеспечить качественное понимание риска и опасности, возникающих при пожарах электромобилей. Кроме того, проанализированы важные характеристики возгорания аккумулятора, которые проявляются при разных сценариях возгорания электромобилей, которые были полученные при помощи замеров.
Замеренное значение максимальной мощности тепловыделения (PHHR – peak heat release rate, кВт) зависит от энергетической емкости литий-ионных батарей (E_{B}, Вт-ч) и имеет следующую зависимость PHHR = 2 E^{0,6}_{B}.
Что касается полномасштабного эксперимента при пожаре электромобиля, ограниченные данные показали, что тепловыделение и опасность пожара электромобиля сопоставима с пожаром автомобиля, работающем на ископаемом топливе.
Как только батарея электромобиля загорается, возникает большая трудность в тушении пожаров электромобилей, потому что горящий аккумуляторный блок расположен внутри и недоступен для огнетушащих веществ, подающихся снаружи, и может повторно воспламениться без достаточного охлаждения.
В результате, для охлаждения аккумулятора, тушения пожара и предотвращения повторного возгорания требуется чрезмерное количество огнетушащего вещества. Решая эти проблемы, этот обзор призван помочь исследователям и отраслям промышленности, работающим с аккумуляторами, электромобилями и специалистам в области проектирования пожарной безопасности, стимулировать активное исследовательское сотрудничество и привлекать будущие исследования и разработки по повышению общей безопасности будущих электромобилей. Только в этом случае общество достигнет уровня комфорта при использовании электромобилей сопоставимого с использованием классических автомобилей.
Ключевые слова: Литий-ионная батарея, электромобиль, пожар, пожарные исследования, мощность пожара, пожаротушение.
1. Введение
Электромобиль (EV – electric vehicle) использует электродвигатель и использует электроэнергию в качестве движущей силы. Термин EV обычно относится к дорожным транспортным средствам, но в более общем плане он также может включать железнодорожные транспортные средства, надводные и подводные суда, а также применятся в аэрокосмической отрасли. В данной статье этот термин применяется только к дорожным электромобилям, которые полностью или частично питаются от литий-ионного аккумулятора (LIB – Li-ion battery).
Электромобили с аккумуляторами (BEV – battery electric vehicles) работают исключительно на электроэнергии, тогда как подключаемые гибридные электромобили (PHEV – plug-in hybrid vehicles) и гибридные электромобили (HEV – hybrid electric vehicles) также могут питаться от двигателя внутреннего сгорания.
Электромобиль был изобретен в 1800-х годах как следствие серии прорывов, касающихся аккумулятора и электродвигателя [1]. В 1900-х годах был короткий период, когда электромобили пользовались спросом из-за нехватки топлива и экологических кризисов [2]. Однако интерес к электромобилям упал после 1930-х годов, когда нефть и бензин стали дешевыми и легкодоступными, что позволило автомобилям с бензиновым двигателем передвигаться быстрее и дальше [3].
Сегодня в эксплуатации находятся миллиарды автомобилей с двигателями внутреннего сгорания (ICEV – internal combustion engine vehicles), которые потребляют около 87% топлива или около 33% нашей глобальной энергии [4]. Однако ограниченные природные энергетические ресурсы, растущее население мира и глобальное показывают людям проблему энергетической уязвимости и необходимость поиска более устойчивых видов транспорта.
Наряду с быстрым развитием литий-ионных батарей с 1990-х годов, электромобили вернулись на мировую арену в 21 веке. Сегодня электромобили являются не только символом экологичного транспорта, но и демонстрируют исключительные водительские характеристики [1,2]. Однако, по сравнению с ДВС-автомобилями, которые непрерывно использовались и развивались на протяжении прошлого столетия, электромобили все еще далеки от зрелости, особенно когда речь заходит об их предполагаемой пожарной безопасности. Эта проблема безопасности препятствует тому, чтобы электромобили стали доминирующим видом транспорта [5,6].
Внедрение электромобилей и их пожары, привлекли значительное внимание средств массовой информации. В таблице 1 перечислены некоторые инциденты с пожарами на электромобилях, произошедшие в 2018 году, на рисунке 1 показаны некоторые фотографии таких инцидентов. В целом, большинство несчастных случаев с пожарами на электромобилях вызваны тепловыделением из литий-ионных батарей.
Наиболее распространенные причины пожаров электромобилей [7]:
- самовозгорание на парковке
- поджог
- при длительной зарядке (перегрузка)
- самовозгорание во время вождения
- возгорание после ДТП (столкновение на высокой скорости)
Таким образом, склонность к самовозгоранию при обычных условиях зарядки, парковки и вождения, а тажке из-за перегрева литий-ионных батарей делает пожары электромобилей уникальными и они сильно отличается от пожаров ДВС-автомобилей.
Таблица 1. Список некоторых случаев пожаров электромобилей, произошедших в 2018 году
| Дата | Расположение | Модель и тип электромобиля* | Инцидент | Комментарий |
| 8 января [8] | Чунцин, Китай | Tesla, BEV | Пожар на парковке | Самовозгорание |
| 15 марта [9] | Бангкок, Тайланд | Porsche Panamera, PHEV | Пожар во время зарядки | Кабель для зарядки был подключен к розетке в гостиной без встроенных систем безопасности и огонь перекинулся на дом |
| 18 марта [10] | Каталония, Испания | BMW i3 REx, PHEV | Пожар на парковке | Самовозгорание |
| 23 марта [7] | Калифорния, США | Tesla Model X, BEV | Пожар после ДТП | Пожар потушен на месте, но через 5 дней на эвакуационной стоянке дважды самовозгорался |
| май [11] | Аньхой, Китай | Другой, BEV | Пожар во время зарядки | |
| май [11] | Неизвестно | Yiema, BEV | Пожар во время зарядки | |
| 8 мая [12] | Флорида, США | Tesla Model S, BEV | Пожар после ДТП | Пожар быстро потушили, но во время погрузки на эвакуатор и на эвакуационной стоянке пожар начинался снова |
| 15 мая [13] | Тичино, Швейцария | Tesla, BEV | Пожар после ДТП | Автомобиль врезался в ограждение, перевернулся и загорелся |
| 20 мая [11] | Ханчжоу, Китай | Jiangling, BEV | Пожар во время зарядки | |
| 21 мая [11] | Хубэй, Китай | Zhong Tai, BEV | Пожар во время движения | Самовозгорание без ДТП |
| 28 мая [11] | Шэньчжэнь, Китай | Другой, BEV | Пожар во время зарядки | |
| 4 июня [11] | Шаньдун, Китай | Другой, BEV | Пожар во время движения | Самовозгорание без ДТП |
| 5 июня [11] | Пекин, Китай | Другой, BEV | Пожар во время зарядки | |
| 15 июня [14] | Калифорния, США | Tesla Model S, BEV | Пожар во время движения | Пожар потушен на месте без повтороного возгорания |
| 12 декабря [15] | Гелдерланд, Нидерланды | Jaguar I-Pace, BEV | Пожар на парковке | Передняя часть автомобиля сгорела, но аккумуляторный блок не пострадал |
| 18 декабря [16] | Калифорния, США | Tesla Model S | Пожар на парковке | Пожар начался на парковке автосервиса, и самовозгорался дважды |
*Примечание: BEV – battery electric vehicles: электромобили с аккумуляторами; PHEV – plug-in hybrid vehicles: подключаемые гибридные электромобили.
Аккумулятор – это не только топливо для работы электромобиля, но и основное топливо для пожара на электромобиле, подобно тому, как бензин или дизельное топливо являются основным топливом для подпитки пожаров ДВС-автомобилей. Механизмы теплового разгона батареи, а также явления, риски и опасности были рассмотрены в [17-20]. В этих обзорах особе внимание уделялось характеристикам безопасности материала и химического состава аккумуляторов и обобщались последние научные данные о динамике возгорания аккумуляторов. Однако общий риск возгорания и опасности электромобилей все еще недостаточно изучены.
Огневые испытания крупномасштабных аккумуляторных блоков для электромобилей и полномасштабных электромобилей стоят дорого и публикуются редко. С расширением рынка электромобилей количество владельцев электромобилей постоянно растет. Между тем, плотность энергии в батареях продолжает увеличиваться [21], несмотря на нерешенные проблемы пожарной безопасности.
В результате вероятность несчастных случаев с пожарами электромобилей возрастет. В этой статье рассматриваются эти риски возникновения пожара, а также несчастные случаи с участием электромобилей, питающихся от аккумулятора, особенно от литий-ионных батарей. Также подробно рассматриваются некоторые крупномасштабные огневые испытания электромобилей и соответствующие способы повышения пожарной безопасности.
Рисунок 1. Типичные случаи пожаров электромобилей за последние годы: (a) электромобиль Renault-Samsung модели «SM3.Z.E» загорелся во время движения 15 января 2016 года в Корее [22]; (b) электробус с чистым аккумулятором загорелся на зарядной станции 26 апреля 2015 года в Шэньчжэне, Китай, и этот электробус не заряжался, когда он загорелся [23]; (c) Tesla Model S выпустила дым во время движения 15 июня 2018 года в Калифорнии, США, и пожар был потушен путем подачи 1135 л воды и пены [14]; и (d) авария с пожаром на электромобиле произошла на парковке 20 мая 2018 года в Ханчжоу, Китай [24].
1.1. Растущий спрос на электромобили
Согласно индексу электромобилей McKinsey, продажи электромобилей резко растут с каждым годом с 2010 года (Рисунок 2) [25]. Рыночный масштаб электромобилей также увеличился с незначительного до 2010 года до 1,3% от всех новых проданных автомобилей в 2017 году. Сегодня объем проданных новых электромобилей превышает миллион единиц. Аккумуляторные электромобили составляют 66% от этого общего количества. Темпы роста продаж электромобилей в основном были выше, чем у гибридов. Следовательно, электромобили с большей вероятностью еще больше укрепят свои позиции доминирующего электромобиля в будущем [26]. Однако обратите внимание что на рынках, отличных от рынка дорожных электромобилей, могут наблюдаться и другие тенденции.
Рынок электромобилей имеет отличные показатели во многих странах и регионах по всему миру. В 2018 году Китай лидировал на рынке с долей рынка 48%, за ним следовал Европейский союз с 26% [27]. Хотя потребители, как правило, устойчивы к новым технологиям («социальные» барьеры) [28], а электромобили все еще менее устоявшиеся и надежные («технические» барьеры) с точки зрения срока службы, дальности хода, доступности зарядных станций, чем автомобили с бензиновым двигателем.
Государственные субсидии, однако, являются отличным стимулом для развития рынка электромобилей. Фактически, государственная политика играет важную роль в продажах электромобилей и их динамике на каждом крупном рынке. Кроме того, постоянное снижение стоимости аккумулятора, а также повышение производительности аккумулятора и растущие объемы производства еще больше продвигают рынок электромобилей. В результате ожидается, что стоимость аккумуляторных блоков для электромобилей снизится до 150 долларов США за кВтч в течение 2020-2023 годов [29].
Рисунок 2. Процент продаж электромобилей на мировом автомобильном рынке и общемировой показатель для двух типов электромобили с аккумуляторами с 2012 по 2017 год по версии McKinsey [25].
Благодаря стимулированию позитивной государственной политики Европейский союз лидирует в продвижении рынка электромобилей. В Норвегии на электромобили приходится 34,7% рынка продаж новых автомобилей в 2017 году и 52%, если учитывать гибридные автомобили[30].
Льготы, предлагаемые правительством Норвегии, включают:
- электромобили освобождаются от налога на регистрацию транспортного средства;
- электромобили освобождаются от налога на добавленную стоимость;
- электромобили платят самую низкую ставку лицензионного сбора за транспортное средство.
- электромобили имеют доступ к автобусным полосам и освобождены от платы за проезд [31].
Франция занимает второе место после Норвегии на европейском континенте по регистрации гибридных и электрических легковых автомобилей [32]. Согласно индексу электромобилей, подготовленному OSV Ltd (Франция) удалось обогнать Норвегию, занимающую лидирующую позицию, на европейском рынке электромобилей. Правительство запланировало программу исследований и разработок для электромобилей стоимостью 400 миллионов евро. В 2017 году было установлено 11 987 точек зарядки электромобилей, и на продажи электромобилей приходится 1,5% французского рынка личных автомобилей.
Германия поставила перед собой цель стать ведущим рынком и поставщиком электромобилей к 2020 году в рамках своей долгосрочной концепции мобильности с нулевым уровнем выбросов [33]. Правительство Германии запустило несколько планов в области исследований и разработок в области электромобилей, что сделает отечественное производство приоритетным и обеспечит обучение немецких специалистов этой технологии.
В США внутренний масштаб электромобилей увеличивается с 9750 в 2011 году до 762 000 в 2017 году [29]. Это (R & D). Например, 240 миллионов долларов будут потрачены на аккумуляторы для электромобилей, улучшение частично связано с государственной политикой и снижением стоимости аккумуляторов [34]. Федеральное правительство США инициировало налоговую льготу для электромобилей, приобретенных с 2010 года. Налоговый вычет составляет от 2500 до 7500 долларов за каждое транспортное средство в зависимости от емкости аккумулятора и полной массы транспортного средства.
Помимо финансовых стимулов, были предложены другие способы, такие как освобождение полосы движения транспортных средств с высокой загруженностью (HOV – high occupancy vehicle) и ускоренное приобретение номерных знаков. Продление политики стимулирования электромобилей до 2020 года обеспечивает устойчивый рост рынка [35].
В Китае правительство предоставляет щедрые субсидии на приобретение электромобилей с 2009 года [36]. Эти субсидии, которые являются частью программы субсидирования электромобилей в Китае, были обновлены в 2013 году для увеличения запаса хода электромобилей, а не емкости аккумулятора, чтобы повысить качество и безопасность электромобилей.
Цель программы субсидирования Китая – повысить популярность электромобилей и создать отечественных лидеров и экосистемы для электромобилей на ближайшие десятилетия. Прогнозируется, что к 2040 году в Китае будет выпущено 200 миллионов электромобилей, и доля рынка составит 60% от общего объема местных продаж легковых автомобилей [29].
Япония имела долгую историю использования электромобилей из-за своих ограниченных природных ресурсов. Первый электромобиль японского производства, Nissan Tama, вышел на рынок еще в 1947 году [37]. Япония вкладывает значительные средства в исследования аккумуляторных батарей и была одной из первых стран, представивших гибридный автомобиль на мировом рынке [38].
В результате несколько самых популярных электромобилей, доступных сегодня, таких как Nissan LEAF и Toyota Prius, являются японскими. Помимо вышеперечисленных, многие другие страны по всему миру предоставляют существенные налоговые скидки при покупке электромобилей и владении ими. Примерами таких стран являются Сингапур, Нидерланды и Ирландия [29].
1.2. Аккумуляторы для электромобилей и их пожароопасность
Пожары являются одним из факторов риска, который окружает транспортные средства. С увеличением количества электромобилей они начали становиться все более заметными. В большинстве случаев возгорания электромобилей и гибридов, особенно при самовозгорании, возгорание начинается в системе питания аккумулятора (Рисунок 1).
С точки зрения движущей силы, емкость аккумулятора можно сравнить с объемом бензина в топливном баке ДВС-автомобиля. Таким образом, возгорание электромобилей связано с риском возникновения пожара и опасностью, связанной с аккумуляторным элементом и системой питания, а также с размером и емкостью аккумуляторного блока.
В целом, чем больше количество ячеек батареи и чем большее количество энергии они могут содержать, тем выше риск возгорания для электромобилей [18,39,40].
Рисунок 3. Типичные элементы аккумуляторной батареи для электромобилей: (a) пакетный элемент; (b) призматический элемент; (c) цилиндрический элемент; (d) приблизительный размер элемента питания популярных электромобилей (e) аккумуляторная батарея мощностью 60 кВт*ч полностью собрана компанией LG Chem в Корее, в которой используется 288 призматических ячеек; (f) аккумуляторный модуль Tesla, состоящий из сотен цилиндрических ячеек; (g) аккумуляторная батарея Nissan LEAF [41-45].
Количество аккумуляторов, используемых электромобилями, может быть очень большим. Это необходимо, поскольку мощность, потребляемая обычным электромобилем, в тысячи раз больше и быстрее, чем у обычного смартфона. Аккумуляторы электромобилей должны обеспечивать большую мощность (до ста кВт) и высокую энергоемкость (до десятков кВт-ч). Одновременно они решают значительные проблемы, связанные с ограниченным пространством и весом, сохраняя при этом доступную цену [46].
Как правило, аккумуляторы для электромобилей состоят из элементов, модулей и комплекта [47].
- Аккумуляторные элементы, базовый элемент литий-ионной батареи, соединяются последовательно или параллельно, образуя аккумуляторный модуль.
- Каркас используется для скрепления элементов вместе и защиты их от внешних ударов, перегрева и вибрации.
- Аккумуляторный блок – это узел, который объединяет модули в инфраструктуру блока.
Эта инфраструктура включает в себя конструктивные компоненты, электропроводку, контуры охлаждения и силовую электронику [48]. Кроме того, установлено несколько модулей с системами, которые управляют питанием, зарядкой / разрядкой и температурой [49]. Обычно их называют системой управления аккумуляторами (BMS – Battery Management System). Такая уплотненная конструкция позволяет электромобилю накапливать много энергии. Однако это также затрудняет регулирование температуры внутри корпуса [50].
Свойства отдельных элементов аккумулятора определяют ходовые качества электромобиля. В электромобилях использовались традиционные аккумуляторные технологии, такие как свинцово-кислотные, никель-кадмиевые (NiCd) и никель-металлогидридные (NiMH) батареи.
Несмотря на меньшую пожароопасность, чем у литий-ионных батарей, их плотность энергии и емкость, а также скорость зарядки и разрядки гораздо более ограничены. Это делает их непригодными для современных электромобилей.
С тех пор как доктор Гуденаф изобрел литий-ионную батарею в 1980 году, а Sony коммерциализировала ее в 1991 году, литий-ионные батареи широко используются во всех видах электрических устройств, включая электромобили.
Сегодня литий-ионные батареи доминирует на рынке электромобилей, и ожидается, что это произойдет в ближайшие несколько десятилетий [21,29]. Популярность литий-ионных батарей в первую очередь обусловлена их высокой плотностью энергии и длительным сроком службы по сравнению с традиционными аккумуляторными технологиями [51]. Кроме того, меньший вес делает литий-ионные батареи наиболее подходящим для транспортных средств, поскольку это может повысить эффективность транспортировки.
В зависимости от конфигурации и производственного процесса различают три типа ячеек: цилиндрические, призматические и пакетные ячейки, как показано на Рисунке 3. Все эти три типа ячеек используются в реальных транспортных средствах, и в Таблице 2 перечислены основные параметры трех распространенных аккумуляторных элементов.
Как правило, емкость литий-ионных элементов, используемых в электромобилях, может варьироваться от 3 до 300 Ач для разных типов и производителей. На уровне транспортного средства типичная плотность энергии превышает 100 Вт-ч/кг, как показано в Таблице 3.
Плотность энергии зависит от химического состава и конструкции ячейки литий-ионной батареи. Например, Tesla использует NCA (никель, кобальт и оксид алюминия) в цилиндрическом элементе 18650, который обеспечивает впечатляющую удельную энергию в 3,4 Ач на элемент или 248 Втч/кг. Самая высокая энергоемкость, характерная для легковых электромобилей, имеет Tesla Model S, которая обеспечивает около 100 кВт*ч. Такая энергетическая емкость может обеспечить запас хода более 380 км на одной зарядке [52].
Однако опасность возгорания электромобилей также возрастает с увеличением количества и емкости аккумуляторов (или топлива), поскольку потенциальная нагрузка топливом также увеличивается [18,39,53].
Таблица 2. Основные параметры трех типичных аккумуляторных элементов [54].
| Производитель | Конфигурация | Размеры [мм] | Напряжение [В] | Емкость [А-ч] | Удельная мощность [Вт/кг] | Вес [г] |
| Panasonic | Цилиндрический | 18,5×65,3 | 3,6 | 3,2 | 120 | 48.5 |
| Hitachi | Призматический | 148×91×26,5 | 3,6 | 28 | 2300 | 720 |
| Kokam | Пакетный | 462×327×15,8 | 3,6 | 240 | 360 | 4780 |
Таблица 3. Информация о батарейном блоке для выбранного электромобиля с конкретной моделью и результатом испытаний дальности хода [26]
| Модель | Емкость [кВт-ч] | Плотность батареи [Вт-ч/кг] | Тип ячеек | Дальность хода [км] |
| Nissan Leaf S (2017) [55] | 40 | 229 | Пакетный | 243 (EPA) |
| Renault Zoe 40 (2017) [56] | 41 | 228 | Пакетный | 400 (NEDC) |
| BMW i3(2016) [57] | 42,2 | 230 | Призматический | 246 (EPA) |
| Tesla Model S (2017) [58] | 90 | -250 | Цилиндрический
18650 |
509 (NEDC) |
С тех пор как десять лет назад литий-ионный аккумулятор стал основным источником питания для электромобилей, риск возгорания литий-ионных батарей стали серьезной проблемой безопасности. Это связано с увеличением масштабов использования и энергетической емкости аккумуляторного блока. Само слово Литий (как химический элемент) связано с вопросами безопасности [18,59,60].
Когда литий-ионный аккумулятор подвергается внешнему воздействию и подвергается экстремальным условиям эксплуатации, он может сломаться, выбросить искры, легковоспламеняющиеся газы и токсичный дым, которые могут воспламениться в дальнейшем и привести к постоянному горению, струйному пламени или взрыву газа [21,61,62].
Хотя обычная аккумуляторная система имеет низкую вероятность самовозгорания [63,64], она уязвима к внешним термическим, механическим и электрическим воздействиям, которые могут возникнуть в экстремальных условиях эксплуатации или инцидентах. Для сравнения, электрические удары и экстремальные условия эксплуатации редки для большинства портативных электронных устройств, таких как ноутбук и смартфон, но они считаются нормальными условиями эксплуатации.
Напротив, условия эксплуатации аккумулятора электромобиля более суровые, учитывая частое ускорение и замедление в сложных дорожных условиях. Более того, емкость аккумулятора (или расход топлива) электромобилей в тысячи раз больше, чем у портативных электронных устройств, что означает более серьезную пожароопасность в случае перегрева и воспламенения.
Однако, с другой стороны, меры безопасности, которые включены в конструкцию электромобиля и аккумуляторного блока, являются более совершенными, что снижает вероятность (самопроизвольного) отказа. Следовательно, нецелесообразно оценивать пожароопасность аккумулятора в электромобилях, основываясь на впечатлении о пожароопасности аккумулятора в портативных электронных устройствах.
Тепловое воздействие: Пользователи ожидают, что смогут управлять своим электромобилем точно так же, как обычным автомобилем внутреннего сгорания, то есть даже в экстремально холодных и жарких условиях. Например, ожидается, что электромобили можно будет использовать в Калифорнии, где летом температура может превышать 45 °C, или на улицах Норвегии и Канады с дневной температурой зимой ниже -5 °C, а иногда и ниже -15 °C. Как и у бытовых приборов, аккумулятор лучше всего работает при комнатной температуре (20~30 °C). Экстремально высокие и холодные температуры отрицательно сказываются на производительности аккумулятора и сокращают срок службы (Рисунок 4).
В условиях высокой температуры могут происходить некоторые нежелательные химические реакции, которые приводят к перегреву батарей [18,60]. При плохой способности к тепловому рассеиванию, тогда возможно спровоцировать тепловой выброс [18,63], что в конечном итоге может привести к возгоранию электромобиля.
При низких температурах внутреннее сопротивление аккумулятора увеличивается. Это сопротивление может способствовать росту металлических дендритов [1], а также вызывать дополнительные эффекты нагрева внутри батареи, что увеличивает вероятность возгорания батареи [18,50,65].
Рисунок 4. Литий-ионные батареи должны работать в ограниченном диапазоне температур и заряда, чтобы гарантировать оптимальный срок службы и безопасность [5].
Механическое воздействие: Большинство коммерческих литий-ионных батарей относительно хрупки без защиты конструкции электромобиля и/или батарейного модуля и корпуса блока питания. Как и любое другое обычное транспортное средство, дорожно-транспортное происшествие – это событие, которое может произойти в течение срока службы электромобиля. Тем не менее, при современном дизайне литий-ионных батарей и электромобилей, подавляющее большинство повреждений не причинят вреда аккумулятору [66,67].
Пакеты литий-ионной батареи обычно встраиваются в усиленные участки автомобиля (см. Рисунок 5), с целью устранения риска быть пробитым в условиях аварии. Однако на высоких скоростях, которых некоторые электромобили способны достигать за очень короткое время [52], даже самого высокого уровня защиты недостаточно для постоянного предотвращения возгорания (см. Таблицу 1).
Рисунок 5. (a) Литий-ионную батарею обычно располагаются внутри «безопасной зоны» [66], и (b) схема расположения батареи Nissan Leaf [68].
Электрическая перегрузка: Стремление к быстрой зарядке и разрядке в сочетании с высокими ходовыми качествами электромобилей негативно влияет на их пожароопасность [69,70]. Литий-ионные батареи созданы для получения и хранения заранее определенного количества энергии за определенный промежуток времени.
Превышение этих пределов, которое может быть результатом слишком быстрой зарядки или перезаряда, может ухудшить их производительность или привести к преждевременному выходу из строя. Обычно злоупотребление электричеством сопровождается джоулевым нагревом и внутренними химическими реакциями. Первое выделяет тепло, тогда как второе со временем может привести к внутреннему короткому замыканию.
Некоторые пожары электромобилей могут возникать в результате неподходящих условий эксплуатации и внутренних неисправностей, таких как короткое замыкание в цепи высокого напряжения, перезаряд и перегрев окружающей среды, как показано в Таблице 1. Однако для многих электромобилей большинство видов злоупотреблений электрическим током невозможны, если их система управления батареей спроектирована должным образом и функционирует корректно [71].
Помимо выхода из строя элемента питания, вероятно, что значительная часть случаев, когда имели место инциденты с «самовозгоранием» или «самопроизвольным возгоранием», связаны с некачественными процедурами производства и проектирования и/или неадекватными электронными системами управления, системой управления батареи и системами управления передачей электроэнергии.
1.3. Опасность возгорания электромобилей
Проблемы, связанные с возгораниями электромобилей, в основном связаны с использованием литий-ионных батарей. Поскольку производители электромобилей стремятся увеличить диапазон движения на электротяге и увеличивают размер аккумулятор, они также увеличивают потенциальное выделение тепла от электромобилей при возникновении пожара.
Это увеличение риска возгорания пропорционально увеличению массы и емкости аккумулятора (или топлива). При сжигании литий-ионных батарей образуются легковоспламеняющиеся/взрывоопасные газы и токсичный дым, такой как водород (H2), метан (CH4), монооксид углерода (CO) и фтористый водород (HF) могут представлять угрозу для людей [72,73].
Проблемы пожарной безопасности электромобилей сложны и многоплановы и требуют всестороннего рассмотрения. Тем не менее, лучшее понимание этих ключевых параметров пожара помогает обеспечить систематическую оценку возгорания электромобилей.
Тепловой разгон и возгорание аккумулятора: Возгорания электромобилей могут быть вызваны отказом аккумулятора, и наиболее распространенным отказом батареи является тепловой разгон. Тепловой разгон – широко наблюдаемое явление в химерных процессах и процессах горения, относящееся к событию перегрева, при котором происходят экзотермические цепные реакции, преодолевающие охлаждение [53,74,75].
Для литий-ионных батарей тепловой разгон обычно означает резкое повышение температуры аккумулятора (более 10 °C/мин [76]) или активацию предохранительного клапана, что указывает на запуск экзотермических термохимических и электрохимических реакций. Тепловой разряд аккумулятора обычно сопровождается выбросом большого количества темного дыма, горячих искр и мощной струи пламени [72].
Поскольку этот процесс происходит внутри отдельных элементов, его потенциальный риск возрастает, если допустить распространение теплового выброса или возгорания по всей батарее [18,77].
После начала термического разгона дым выходит из предохранительного клапана или через трещины в корпусе аккумулятора. Этот дым состоит из смеси легковоспламеняющихся и токсичных газов. Легковоспламеняющиеся газы могут воспламеняться от находящихся поблизости источников воспламенения, таких как огонь, искры и электрические дуги, или даже могут самовоспламеняться из-за плохого охлаждения. Возникающее пламя может дополнительно нагревать аккумулятор. Если скорость выделения газа из корпуса аккумулятора ниже скорости образования газа внутри, элемент батареи также может лопнуть.
Предохранительный клапан может выпускать некоторое количество скопившегося газа, который обычно образуется в процессе теплового разгона до воспламенения, но он может быть не в состоянии предотвратить нагрев элемента извне, например, излучением пламени или горящей батареей поблизости. Кроме того, если позволить выделяющемуся газу накапливаться в замкнутом пространстве и смешиваться с окружающим кислородом, то при наличии источника зажигания, такого как искры и пламя, может произойти взрыв газа [18,53].
Выделение энергии при возгорании аккумулятора электромобиля: Как ДВС-автомобили, так и электромобили содержат большое количество легковоспламеняющихся материалов, включая систему питания или топливо (жидкое нефтяное топливо или аккумулятор) и легковоспламеняющиеся пластиковые компоненты [78,79].
Для современных транспортных средств масса пластика, используемого в транспортном средстве, составляет от 100 до 200 кг [78], что больше, чем масса бензина (менее 50 кг) [80]. Поскольку теплота сгорания обычных пластмасс без антипиренов (например, 38,4 МДЖ/кг для полиэтилена и 27 МДЖ/кг для полистирола) не сильно отличается от теплоты сгорания бензина (47 МДЖ / кг), общее выделение тепла при горении пластиковых компонентов может внести значительный вклад в возгорание автомобиля, особенно если бензобак не полон.
Тем не менее, нет существенной разницы между ДВС-автомобилем и электромобилем с точки зрения пластиковых элементов, так что основное различие заключается в их системе питания и топливе (бензин по сравнению с аккумулятором). Поскольку литий-ионная батарея включает в себя множество различных горючих компонентов, теплота его сгорания зависит от химического состава, упаковки, емкости и уровня заряда (SOC).
Например, для коммерческой литий-ионной батареи аккумуляторного типа емкостью 2,9 Ач (11 Втч), теплота сгорания составляет около 4 МДж/кг [81], в то время как для цилиндрической батареи 18650 она составляет около 2 МДЖ/кг [18,39,40]. В целом, теплота сгорания литий-ионных батарей на порядок меньше, чем бензина.
Тем не менее, из-за небольшой (химической или электрической) плотности энергии аккумулятора вес аккумуляторной батареи электромобиля по крайней мере на порядок больше, чем бензина для ДВС-автомобиля. Основываясь на ограниченных данных коммерческих литий-ионных батарей различных размеров, соотношение энергии (E_B в Вт-ч) к весу (M_B в граммах) может составлять E_B = 0,14 M_B, как показано на Рисунке 6(а).
По сравнению с электрической энергией, запасенной в батарее, термохимическая энергия, выделяющаяся при возгорании батареи, включая как тепло, выделяющееся внутри батареи (т.е. внутреннее тепло), так и пламя, при горении горючих газов, выделяющимися из батареи (т.е. тепло пламени), намного выше [18,39,40].
Как показано на Рисунке 6(b) при горении аккумулятора может выделяться в 5-10 раз больше энергии по сравнению с запасенной электрической энергией (или кинетической энергией), в зависимости от уровня заряда аккумулятора.
Рисунок 6. (a) Запасенная энергия и масса обычных коммерческих аккумуляторов различного масштаба по сравнению с бензином, подробные данные и ссылки приведены в Таблице 4, (b) сравнение тепловыделения пламени от возгорания батареи, внутреннего тепла от теплового выброса и запасенной электрической энергии батареи 18650 NMC в зависимости от уровня заряда [40] и (c) тепловыделение от пламени выделяющегося при горении топлива в зависимости от дальности хода.
Согласно данным Министерства энергетики США по автомобилям 2018 года выпуска [82], легкий электромобиль имеет дальность хода от 100 до 550 км со средним пробегом около 200 км, в то время как легкий бензиновый ДВС-автомобиль имеет минимальный пробег 400 км и средний пробег около 700 км, как показано на Рисунке 6 (c).
Предполагая, что теплота горения пламени в семь раз больше запасенной электрической энергии, общее выделение тепла при сгорании аккумуляторной батареи электромобиля в 90 кВт*ч составляет
Q_{LIB}=90\;кВт \times 7= 2,3 \; ГДж \quad \quad \quad (1a)
Аккумулятор емкостью 90 кВт*ч может обеспечивать запас хода в 400 км для легкого электромобиля.
Для лучшего сравнения мы выбираем типичный бензиновый автомобиль с расходом топлива 7,3 л/100 км [80]. Тогда при том же запасе хода в 400 км объем бензина составит около 30 л, а общее тепловыделение при сгорании бензина можно оценить как
Q_{G}=400\;км \times 7,3 \; л/100км \times 47 \; МДж/кг \times 0,75 \; кг/л = 1 \; ГДж \quad \quad \quad (1b)
это примерно половина аккумуляторной батареи электромобиля. Другими словами, при той же дальности хода запас энергии или выделение тепла при пожаре в блоке литий-ионной батареи примерно в два раза больше, чем в бензобаке, что указывает на большую опасность пожара и требует более строгих мер по снижению риска.
Стоит отметить, что бензиновый автомобиль может иметь больший запас хода (например, свыше 800 км) при типичном объеме топливного бака 45-65 л (т.е. 35-50 кг бензина), при этом количество бензина уменьшается с увеличением расстояния.
Напротив, общая масса топлива для электромобилей (LIB) не уменьшается по мере движения электромобилей, и потенциальное тепловыделение горящей батареи существенно не изменяется в диапазоне заряда аккумулятора от 20 до 100% (см. Рисунок 6a-b) [39, 40].
Более того, по сравнению с общим тепловыделением скорость тепловыделения (HRR) при пожаре является наиболее качественным показателем интенсивности и опасности пожара.
Таблица 4. Энергетическая емкость, пиковое значение тепловыделения (PHRR) и масса для аккумуляторов разного размера и применения.
| Батарея и пожар | Емкость, Eb [Вт-ч] | PHRR [кВт] | Масса [g] | Конфигурация |
| Одна ячейка батареи | 11 | 20.9 [81] | 95 [81] | Пакетный |
| 10 | 9.1 [83] | Цилиндрический | ||
| 10 | – | 45 [84] | Цилиндрический 18650 | |
| 8 | 1.9 [85] | Цилиндрический | ||
| 10 | 5.6 [86] | 44.3 [86] | Цилиндрический 18650 | |
| 5 | 8.3 [86] | 40.2 [86] | Цилиндрический 18650 | |
| Переносной батарейный модуль | 112 | 54.8 [87] | 1,228 [87] | Пакетный |
| 124 | – | 639 [87] | – | |
| 107 | – | 734.8 [87] | – | |
| 92 | 28.5 [871 | Пакетный | ||
| 124 | 57 [87] | Пакетный | ||
| 185 | 49.4 [88] | 1,675 [88] | Призматический | |
| 26 | 21[89] | Пакетный | ||
| 259 | 145 [89] | Пакетный | ||
| 800 | 70 [85] | — | Цилиндрический | |
| 288 | 39 [85] | Цилиндрический | ||
| 72 | 14.3 [85] | Цилиндрический | ||
| 32 | 6.6 [85] | Цилиндрический | ||
| 9i | 3[85] | Цилиндрический | ||
| 962 | 442.6 [84] | 4,560 [84] | Цилиндрический | |
| 185 | 37.8 [90] | 900 [90] | Призматический | |
| Батарея электромобиля | 16,000 | 300 [65] | Призматический | |
| 12,000 | 1,515 [91] | |||
| 18,000 | 1,651[91] | |||
| 40,000 | 174,672 [55] | |||
| 41,000 | 179,825 [56] | |||
| 42,200 | 183,478 [57] | |||
| 90,000 | 360,000 [57] | |||
| 24,200 | 318,000 [92] | – | ||
| 64,000 | 457,200 [93] | |||
| Пожар электромобиля (батарея + пластик) | 24,000 | 6,300 [94] | – | – |
| 16,500 | 4,200 [94] | – | – | |
| 23,500 | 4,700 [95] | – | – | |
| Пожар на станции зарядки | 500,000 | 2,555 [96] | – | – |
| 1,000,000 | 5,070 [96] | – | – | |
| 2,000,000 | 10,150 [96] | – | – | |
| 3,000,000 | 15,220 [96] | – | – | |
| 4,000,000 | 20,290 [96] | – | – | |
| 5,000,000 | 25,370 [96] | – | – |
Скорость тепловыделения (HRR): HRR (или мощность возгорания) является наиболее важным параметром для описания пожара[53]. По сравнению с теплотой сгорания или общим тепловыделением при пожаре, HRR является лучшим показателем интенсивности и опасности пожара. HRR может быть выражен как
HHR \; \left[МВт\right]=\dot{m}\Delta H_e=A_f \dot{m}''\eta \Delta H_C \quad \quad \quad (2)
где \dot{m} – скорость горения [кг/с], которая может быть измерена по скорости потери массы во время эксперимента [95]; \Delta H_e – эффективная теплота сгорания [МДж/кг]; A_f – площадь пола/поверхности топлива или огня [м2], равна площади пола электромобиля; \dot{m}'' – поток горения [кг/м2с]; \eta – эффективность горения, которая зависит от подачи кислорода и \Delta H_C – теплота сгорания для батарей электромобилей, которая зависит от типа и уровня заряда аккумулятора.
HRR пожара существенно зависит от расположения топлива и масштабов пожара [53]. Например, сжигание цилиндрического литий-ионного аккумулятора емкостью 7,9 Вт-ч (42 г) может дать PHHR в 2 кВт [40], а сжигание небольшого пакетного литий-ионного аккумулятора емкостью 11 Вт-ч (95 (95 г) может произвести PHHR 20 кВт [81]. Хотя энергия и размер обоих батарей сопоставим, разница в PHHR может быть десятикратной. С другой стороны, для батареи электромобилей емкостью 16 000 Вт-ч, которая в 103 раза мощнее портативных элементов, ее пожарная PHRR может составлять всего 300 кВт, то есть всего в 101~102 раза больше [65].
Таким образом, нецелесообразно считать, что HHR при горении блока батарей из 100 элементов в 100 раз больше, чем при горении одного элемента, поскольку маловероятно, что все имеющиеся элементы батареи воспламеняются и горят одновременно.
На основании данных испытаний, приведенных в литературе, PHRR для литий-ионных батарей различных размеров показаны на Рисунке 7, который примерно соответствует зависимости
PHHR=2E_{B}^{0,6}\quad \quad \quad (3)
где единицами измерения для PHRR и энергии батареи (?_{?}) являются [кВт] и [Втч], соответственно. Для пожара в батарее HRR, общее тепловыделение и выделение токсичных газов зависят не только от химической энергии, запасенной в батарее [97], т.е. от уровня заряда батареи (SOC) и размера блока, но и от расположения элементов батареи (топлива), подачи воздуха (кислорода) и (внутренних и внешних) условий охлаждения.
Рисунок 7. Пиковая скорость тепловыделения (PHHR) при сжигании литий-ионных аккумуляторов различного масштаба, а также сравнение полномасштабных пожаров электромобилей и электромобилей, подробные данные и ссылки приведены в Таблице 4.
Для полномасштабных огневых испытаний электромобилей будет достигнут PHRR для электромобилей, как только блок батареи также будет вовлечен в пожар (т.е. воспламениться) [95,98], аналогично другим пожарным явлениям. Основные характеристики пожара, относящиеся к горящим ДВС-автомобилям и электромобилям, кратко изложены в Таблице 5. Эти результаты могут сильно различаться в зависимости от количества топлива в топливном баке, емкости аккумуляторной батареи и количества полимерного материала на борту.
В целом, данные свидетельствуют о том, что электромобили, которые обычно имеют аккумуляторные батареи емкостью 20-40 кВт*ч для электромобилей и 1-20 кВт*ч для гибридов [5], будут представлять пожароопасную угрозу, сравнимую с таковой для обычных транспортных средств. Стандартные полномасштабные огневые испытания электромобилей и ДВС-автомобилей, а также зависимость HRR от времени более подробно обсуждаются в Разделе 3.1.
Тем не менее, еще предстоит выяснить, верна ли эта зависимость для высокопроизводительных электромобилей и тяжелых электромобилей, которые могут иметь емкость аккумулятора до 100 кВт*ч и 660 кВт*ч соответственно, по сравнению с их аналогами среди ДВС-автомобилей.
Таблица 5. Список значений тепловыделения (HRR) электромобилей в ходе недавних полномасштабных огневых испытаний, где tPHRR и THRR – время достижения PHRR (максимальное тепловыделение) и общее HRR (тепловыделения) соответственно.
| Тип | Модель | Вес до эксперимента [кг] | Емкость аккумулятора или топлива | PHRR [МВт] | tPHRR [мин] | THRR [ГДж] |
| Электромобиль | 2011 Nissan Leaf [94] | 1520 | 24 кВт-ч | 6,3 | 40 | 6,4 |
| Неизвестно [95] | 1122 | 16,5 кВт-ч | 4,2 | ~25 | 6,3 | |
| Неизвестно [95] | 1501 | 23,5 кВт-ч | 4,7 | ~20 | 8,5 | |
| Автомобиль 1A [91] | Неизвестно | 100% заряд | 6 | 7 | ||
| Автомобиль 1B [91] | Неизвестно | 85% заряд | 6 | 6 | ||
| Автомобиль 2 [91] | Неизвестно | 100% заряд | 7 | 10 | ||
| 2014 Автомобиль A [99] | 1448 | Большая Li-ion батарея со 100% зарядом | 6,0 | 7 | ||
| 2013 Автомобиль A [99] | 1475 | Большая Li-ion батарея с 80% зарядом | 5,9 | 5,8 | 4,9 | |
| 2013 Автомобиль B [99] | 1659 | Большая Li-ion батарея со 100% зарядом | 6,9 | 10,2 | 4,7 | |
| Гибрид | Небольшой гибрид [91] | Неизвестно | Неизвестно | 6 | ~7 | |
| Большой гибрид [91] | Неизвестно | Неизвестно | 8 | 7,5 | ||
| 2013 Автомобиль C [99] | 1466 | Небольшая Li-ion батарея с 85% зарядом и полным баком бензина | 6 | 7,5 | 4,6 | |
| 2014 Автомобиль C [99] | 1711 | Средняя Li-ion батарея со 100% зарядом и полным баком бензина | 7,9 | 8,3 | 5,9 | |
| ДВС | Неизвестно [95] | 1128 | Полный бак дизеля | 4,8 | ~20 | 6,9 |
| 2003 Honda Fit [94] | 1275 | 10 л бензина | 2,1 | 35 | 4,3 | |
| Неизвестно [95] | 1404 | Полный бак дизеля | 6,1 | ~30 | 10 | |
| 2015 Автомобиль A [99] | 1096 | Полный бак бензина | 7,1 | 6 | 3,3 | |
| 2013 Автомобиль B [99] | 1344 | Полный бак бензина | 10,8 | 8 | 5,0 | |
| Неизвестно [91] | Неизвестно | 40-50 л бензина | 7-9 | ~7 |
Дым и токсичность: Когда температура батареи превышает 150°C, возникает большой риск выброса тепла. При тепловом разгоне либо элемент, либо его предохранительный клапан лопаются и выделяют токсичный газ. По мере распространения теплового разгона все больше элементов батареи будут выходить из строя, образуя все больше дыма и токсичных газов.
Эти токсичными газами являются, например, фтористый водород (HF), цианистый водород (HCN), угарный газ (CO) и т.д. [72,81]. Вдыхание этих газов может привести к головокружению, головной боли, коме, потере сознания или даже смерти [98]. Содержание фтора внутри ячейки батареи может также образовывать оксифторид фосфора (POF3), который может быть более токсичным, чем HF. Формулы реакций для производства HF и POF3 представлены в следующих уравнения:
\text{LiPF}_6 \rightarrow \text{LiF} + \text{PF}_5 \quad \quad \quad (4-1)
\text{PF}_5 + \text{H}_2\text{O} = \text{POF}_3+\text{HF} \quad \quad \quad (4-2)
\text{LiPF}_6 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{LiF}+\text{POF}_3 + \text{HF} \quad \quad \quad (4-3)
Ribière и др. [81] обнаружили, что при сжигании 95-граммового пакета литий-ионной батареи максимальные выбросы CO, NO, SO2, HCl и HF составили 1,77 г, 195 мг, 220 мг, 25 мг и 757 мг соответственно. Эти выбросы газов различаются в зависимости от производителя и типа электромобиля, где химический состав и размер батареи играют роль в потенциальных выбросах газов.
Штурк и др. обнаружили, что скорость выделения газов была медленной и в небольших количествах для LiFePO4 (LFP) ячеек [100]. Однако концентрация HF в выделяемых веществах была выше для LFP, чем для ячеек NMC/LMO, которые выделяли больший объем газа за более короткое время, в то время как общее количество выделяемого HF было одинаковым. Это указывает на то, что поведение выбросов электрического автобуса, в котором LFP используется чаще, чем в пассажирских автомобилях, может отличаться от особенностей выбросов горящего пассажирского электромобиля.
Информация о количестве токсичных газов, выделяемых при пожаре как ДВС-автомобилей, так и электромобилей, очень ограничена. Тесты, проведенные Lecocq и др. [61,95], дают некоторое представление об этом вопросе, как показано в Таблице 6.
Оказалось, что общее количество HF, выделяемого электромобилем, примерно в два раза больше, чем для рассматриваемых ДВС-автомобилей [95]. Обнаруженные количества HF увеличиваются, когда начинает гореть литий-ионная батарея, что произошло только через 30 минут после начала пожара в другой части автомобиля. Если бы пожар начался в батарее, этот выделение можно было бы заметить раньше. Однако риск этого выброса во многом зависит от сценария происшествия. Для внешних сценариев HF скорее всего, поднимется и быстро рассеется, в то время как в закрытых помещениях это может быть проблематично, если газы не будут удалены. Однако для полного исследования этого вопроса необходимы полномасштабные испытания.
Также рекомендуется применять струю воды для удаления токсичных паров и газов, образующихся при пожаре. Кислотные газы, такие как HF, которые выделяются при пожарах ДВС-автомобилей, электромобилей и литий-ионных батарей, можно уменьшить в концентрации, распылив на них воду, чтобы удалить их [1] [101,102].
Хотя эффективность распыления воды не была оценена количественно, утверждается, что этот метод уже используется для смягчения последствий химических пожаров, и, таким образом, может предоставить пожарным полезный инструмент для уменьшения проблем, связанных с пожарами электромобилей в полевых условиях.
Таблица 6. Список выделяемых токсичных газов в результате полномасштабных огневых экспериментов с электромобилями [95].
| Тип | Вес | Емкость аккумулятора или топлива | Общее количество CO (кг) | Общее количество HF (кг) |
| Электромобиль | 1122 | 16,5 кВт-ч | 10,4 | 1,5 |
| ДВС | 1128 | Полный бак дизельного топлива | 12,0 | 0,6 |
| Электромобиль | 1501 | 23,5 кВт-ч | 11,7 | 1,5 |
| ДВС | 1404 | Полный бак дизельного топлива | 15,7 | 0,8 |
По сравнению с пожарными испытаниями отдельных элементов батареи и батарейных блоков (например, [18,39,81,103]), информации о реальном поведении электромобиля в условиях пожара все еще относительно мало. Полномасштабные огневые испытания имеют высокую стоимость и часто ограничены коммерческой тайной. Тем не менее, благодаря научному пониманию маломасштабных испытаний литий-ионных батарей и накопленной базе данных о пожарах электромобилей, можно сделать разумные прогнозы их поведения при пожаре.
2. Уроки прошлых аварий с возгоранием аккумулятора
До сих пор аварии с возгоранием электромобилей широко освещаются и становятся предметом многочисленных обсуждений в различных средствах массовой информации. Хотя общее количество пожаров электромобилей все еще намного меньше, чем пожаров ДВС-автомобилей [5,104], это может быть связано в основном с тем, что доля электромобили на мировом рынке все еще на несколько порядков меньше, чем ДВС-автомобилей.
Согласно статистике, почти половина пожаров в ДВС-автомобилях вызвана поджогами, а многие другие возгорания происходят из-за других существующих пожаров [105]. В 2010 году более 26 автомобилей были уничтожены на подземной парковке без спринклерной системы в Харлеме, Нидерланды. В 2018 году в Ливерпуле (Великобритания) в результате масштабного пожара по цепной реакции было уничтожено не менее 1 400 автомобилей на многоэтажной парковке, который можно было эффективно остановить с помощью спринклерной системы [106]. Другими словами, пожаробезопасность и воспламеняемость автомобиля – это лишь часть причин пожарных аварий.
Ожидается, что пожары на электромобилях будут происходить по той же схеме, что и для ДВС-автомобилей. К сожалению, пока нет четкой статистики по распределению различных причин возгораний электромобилей, например, поджог, возгорание от другого существующего огня, дорожно-транспортные происшествия и самовозгорание. Отметим, что среди ДВС-автомобилей много случаев самовозгорания, но большинство из них происходят со старыми автомобилями.
Как для ДВС-автомобилей, так и для электромобилей большинство случаев самовозгорания начинается в их силовых установках, то есть в двигателе и батарее, соответственно. Поскольку большинство электромобилей в мире все еще относительно новые, а их количество продолжает быстро расти, статистически невозможно провести корректное сравнение пожарного риска между ДВС-автомобилей и электромобилей.
Когда в пожаре участвуют электромобили, основной причиной возгорания часто указывают батарею. Однако существует множество других факторов, которые могут привести к пожару, например, отказ системы зарядки, перегрузка кабеля [107], воспламенение других легковоспламеняющихся материалов и поджог [105]. Пожары, возникающие в электромобилях, являются относительно новыми и зачастую сложными. Тем не менее, их можно разделить на несколько категорий:
- I. Электромобиль загорается в неподвижном состоянии (часто это называют самовозгоранием или самовоспламенением). Это может быть связано с экстремальными погодными условиями, например, низкими/высокими температурами или высокой влажностью. Это может быть связано даже со «спонтанным» отказом внутренних элементов. Часто такие отказы могут быть связаны со злоупотреблениями, которым подвергалась литий-ионная батарея и которые в какой-то момент его жизни превысили пределы безопасной эксплуатации.
- II. Электромобиль загорается во время зарядки. Эта неисправность может быть связана с выходом из строя батареи из-за перезарядки, но чаще всего она связана с неисправными или небезопасными зарядными станциями и/или кабелями. Это также является основной причиной возгорания батареи в других электрических устройствах, например, гироскутерах и смартфонах, где, как выяснилось, отсутствовало управление батареей.
- III. Батарея электромобиля повреждена в результате дорожно-транспортного происшествия или других видов повреждений. Повреждения блока батарей настолько серьезны, что батарея воспламеняется во время или сразу после аварии. Вероятность того, что электромобиль попадет в подобную аварию, будет расти с увеличением количества электромобилей на улицах.
- IV. Батарея электромобиля подверглась термическому воздействию и воспламенилась после того, как было ликвидировано первоначальное возгорание.
- V. Батарея и электромобиль воспламенились под воздействием внешних факторов, которые могут включать поджог, лесной пожар или горящее строение в непосредственной близости от автомобиля.
2.1. Типичные пожарные происшествия с участием аккумуляторных батарей
Самопроизвольное возгорание: Этот пожар произошел с батареей (Lifan 650) в Гуанчжоу, Китай, 31 августа 2018 года [108], как показано на Рисунке 8. Электромобиль самопроизвольно загорелся и был полностью уничтожен, так как пожар не удалось вовремя потушить. Lifan 650 EV – новая модель, и на момент инцидента она была представлена на рынке всего два месяца. Пожар начался в нижней части автомобиля. Там же находился и аккумуляторный блок.
Рисунок 8. Пожар электромобиля Lifan 650 начался с аккумуляторной батареи, установленной в шасси автомобиля, и электромобиль был полностью уничтожен огнем без эффективного тушения пожара [108]
Следующее расследование выявило возможную причину этого пожара на электромобиле. Расследование показало, что электромобиль промок в воде более чем на 2 часа после сильного ливня, из-за которого вода попала в аккумуляторный блок. Впоследствии, когда владелец сел за руль автомобиля, эта утечка, возможно, привела к короткому замыканию внутри аккумуляторного блока и, таким образом, к утечке тепла и возгоранию.
Было зарегистрировано несколько других случаев, когда электромобили самопроизвольно загорались без предупреждения во время движения, после экстремальных погодных условий или при парковке (см. Таблицу 1). К сожалению, последующие отчеты с указанием вероятной причины этих событий публикуются нечасто.
14 декабря 2015 года совершенно новый электробус был уничтожен в результате самопроизвольно возникшего пожара (Рисунок 9) [109]. Это был первый в Гонконге электробус местного производства, который обладал высокой энергоэффективностью – 0,78 кВтч/км и большим запасом хода – 380 км после четырехчасовой зарядки. Этот электробус только что прошел дорожные испытания и был готов к продаже.
Первый свидетель сообщил в полицию, что на стоянке, где был припаркован новый электробус, шел густой черный дым. Через полчаса пожарным удалось потушить пожар. Однако было установлено, что сам автобус полностью разрушен. Было подозрение, что некоторые сотрудники технической поддержки нарушили герметичность корпусов аккумуляторных батарей во время настройки и проверки производительности. Последующее попадание воды в поврежденные корпуса аккумуляторных батарей в конечном итоге привело к короткому замыканию и самовозгоранию.
Рисунок 9. Фотографии (a) первого в Гонконге электробуса местного производства и (b) места пожара в этом электрическом автобусе 14 декабря 2015 года [109].
Зарядка: 1 января 2016 года автомобиль Tesla Model S загорелся в процессе зарядки. Результат этого события показан на Рисунке 10. Согласно новостным сообщениям, основная причина этого инцидента была связана с ошибкой в бортовом зарядном оборудовании автомобиля. После того, как пожар начался в зарядном оборудовании, он распространился на остальную часть автомобиля, включая аккумуляторный блок [110]. Однако, как только аккумуляторный блок воспламенился, из него начали вылетать искры и языки пламени.
Наконец, возможность потушить пожар был потеряна после того, как он проник в пассажирский салон. Чтобы ограничить опасность возгорания электромобилей, важно локализовать возгорание аккумулятора, если оно все-таки возникнет, или предотвратить его вовлечение в любой пожар.
Рисунок 10. Пожар в Tesla Model S во время зарядки на станции наддува в Норвегии 1 января 2016 года, где огонь также перекинулся на пассажирский салон [110].
Столкновение на высокой скорости: Автомобиль Tesla Model S загорелся после столкновения с дорожным мусором в виде большого металлического предмета [111]. Объект проник в аккумуляторный блок снизу и вызвал возгорание, этот случай показан на Рисунке 11 (a).
К счастью, система оповещения электромобиля обнаружила проблему и проинформировала водителя о необходимости остановиться в безопасном месте. Это дало водителю достаточно времени, чтобы выбраться из транспортного средства до возникновения пожара. После этого события Tesla оснастила свои электромобили баллистическими экранами и дефлекторами, чтобы дорожный мусор не нанес какого-либо повреждения содержимому аккумуляторной батареи.
Другая Tesla Model S на высокой скорости врезалась в бетонное ограждение на скоростной автомагистрали Арльберг, Австрия 18 октября 2017 года, как показано на Рисунке 11(b) . Возгорание произошло в аккумуляторной батарее в передней части автомобиля, где она ударилась о бетонную стену [112].
Сообщалось, что пожар на батарее был чрезвычайно сильным и произвел много токсичных газов. В общей сложности в тушении пожара были задействованы 35 пожарных, которые подали большое количество воды для охлаждения аккумулятора. Затем автомобиль был помещен в карантин на 48 часов для наблюдения за ним на предмет повторного возгорания.
Обратите внимание, что возгорание аккумулятора не обязательно является результатом экстремальных условий аварии. На Саут-Джордан, США, электромобиль врезался в тяжелый грузовик на скорости 60 миль в час (97 км/ч). Сообщений о пожаре не поступало, несмотря на значительный ущерб, причиненный в результате лобового столкновения [113].
Рисунок 11. Пожар в Tesla Model S (a) Tesla Model S загорелась после столкновения недалеко от Сиэтла, США [111]; и (b) Tesla Model S на большой скорости врезалась в бетонное строительное ограждение в Австрии и вызвала пожар [112].
Повторное возгорание: Инциденты, связанные с электромобилями, также могут привести к вторичным тепловым явлениям, возникающим в результате общего ущерба, нанесенного литий-ионной батарее [12]. Как упоминалось ранее, за ДТП и пожаром в Австрии последовал период, в течение которого осуществлялся мониторинг риска этого события. Есть, в частности, случаи, когда повторное возгорание действительно происходило один или несколько раз. Примером этого является Tesla Model S, которая разбилась во Флориде, США, врезавшись в стену на скорости 140 км/ч. Удар привел к тому, что автомобиль был охвачен пламенем.
После того, как пожар был потушен и транспортное средство было удалено с места происшествия, оно вновь загорелось. Когда разрушенный автомобиль, наконец, прибыл на эвакуационную парковку, он снова загорелся. Другие случаи повторного возгорания электромобилей после аварии представлены в Таблице 1. Это вызывает обеспокоенность у специалистов по ликвидации последствий ДТП, у которых обычно нет инструментов или подготовки для безопасного тушения пожара в таких случаях.
Внешние факторы: Зарегистрировано не так много случаев возгорания электромобилей из-за внешних факторов. Однако они происходят, как показала статистика, которую предоставила Tesla. По их данным, примерно 15 % автомобилей Tesla, участвовавших в инцидентах с пожарами в период 2012-2018 годов, были вызваны причинами, не связанными с автомобилем, такими как возгорания сооружений, поджоги и т.д. [104].
Рисунок 12. Пожарный тушит пожар из-за неисправного аккумулятора на крыше электробуса [114].
В сентябре 2016 года в США неправильно обжатый провод на крыше автобуса привел к неисправности электрического соединения, в результате чего начали нагреваться близлежащие элементы питания (Рисунок 12). Обычно система управления батареей (BMS) отключает аккумулятор, когда это происходит [114]. Однако в данном случае функция контроля температуры BMS перестала работать уже за пять дней до возгорания автобуса. Таким образом, аккумулятор продолжал нагреваться до тех пор, пока не вышел из строя. Расследование пришло к выводу, что у этого электробуса был недостаток в конструкции с точки зрения пожарной безопасности, и, кроме того, было предложено установить резервные датчики температуры для контроля состояния аккумулятора.
Рисунок 13. Цепной пожар в электробусах в Пекине, Китай, в 2017 году, когда пожарные использовали дополнительное количество воды для охлаждения автобусов, чтобы предотвратить повторное возгорание аккумулятора, а в качестве первоначального источника возгорания рассматривались кучи сережек, упавших с деревьев [115].
1 мая 2017 года на парковке курортного отеля Crab Island Resort в Пекине (Китай) произошел серьезный цепной пожар [116]. В результате пожара было уничтожено около 80 электробусов и несколько частных транспортных средств поблизости (Рисунок 13). Последующее расследование пожара показало, что фейерверки, использованные на свадебном торжестве, подожгли кучу сережек, расположенную рядом с электробусами. На стоянке были сережки тополя и ивы (или семена), которые каждую весну скапливались на земле без надлежащей утилизации. Эти сережки содержат много биомасла, благодаря которому они легко воспламеняются и вырабатывают достаточно топлива, чтобы вызвать сильный цепной пожар.
В электрических автобусах, участвовавших в вышеупомянутом мероприятии, использовались батарейные элементы LFP. Они имеют относительно низкую энергетическую плотность по сравнению с другими химическими веществами и, как часто говорят, обеспечивают относительно более высокую пожаробезопасность [117].
Как правило, для воспламенения элемента батареи LFP требуется температура 350~500 °C. Это намного выше, чем ~200 °C для других литий-ионных батарей [118]. Однако такая высокая температура воспламенения все же намного ниже, чем температура пламени (>1200 °C) и температура огненного шлейфа (>600 °C).
Если рядом с автомобилем горит существующий пожар, внутренние батареи могут нагреться до критических условий теплового выброса и вызвать цепной пожар, учитывая, что распространение огня, по сути, является непрерывным процессом воспламенения [119]. В качестве альтернативы, и, возможно, более вероятно, что сначала воспламенились другие горючие материалы в автобусе.
Первоначальный возгорание сережек деревьев, возможно, было легко потушить. Однако, как только в дело были вовлечены другие горючие материалы и аккумуляторный блок, ситуация еще больше обострилась, позволив пожару выйти из-под контроля, поскольку он продолжал распространяться.
2.2. Случаи пожаров с участием электромобилей и гибридов
Гибридные электромобили используют в качестве источника энергии комбинацию электричества и бензина. Существует два типа гибридных транспортных средств. Традиционные гибриды могут преобразовывать избыточную химическую энергию из ископаемого топлива через двигатель внутреннего сгорания в электрическую энергию и накапливать ее в аккумуляторном блоке [120]. Подключаемый гибридный автомобиль (PHEV) дополнительно может заряжать батарею непосредственно от сети. Таким образом, у потребителей есть выбор между использованием в качестве источника зарядке топливо в, либо зарядную станцию [121].
Другими словами, в гибридном транспортном средстве есть два типа энергетической системы и топлива, то есть электрическая энергетическая система с аккумулятором и обычный двигатель внутреннего сгорания на ископаемом топливе. В выхлопной системе этих транспортных средств может возникнуть высокая температура, достаточная для воспламенения находящегося на борту легковоспламеняющегося топлива.
Самовозгорание: 7 июня 2008 года Toyota Prius была уничтожена в результате движения по автостраде (Рисунок 14). Эта конкретная Toyota Prius была преобразована в PHEV. Основываясь на отчете пожарных следователей, основная причина может быть связана с неправильной сборкой болтовых соединений с электрическими выступами внутри аккумуляторного блока. Незакрепленные соединения, вызванные соединением с высоким сопротивлением, привели к перегрузке, которая вызвала перегрев и утечку тепла из аккумуляторного элемента и, в конечном итоге, вызвала пожар [122].
Рисунок 14. Toyota Prius, переделанный владельцем в подключаемый гибридный электромобиль (PHEV), был поврежден в результате возгорания аккумулятора. Этот пожар произошел в результате перегрева аккумулятора [122].
16 марта 2016 года в Шэньчжэне (Китай) произошло возгорание гибридного электробуса (Рисунок 15). Этот автобус общественного транспорта самовозгорелся во время движения по улице. Пожар начался в задней части автобуса, и большая часть автобуса была уничтожена в результате пожара. Расследование показало, что самовозгорание произошло в задней части автобуса рядом с двигателем внутреннего сгорания [123]. Аккумуляторный блок, установленный с обеих сторон автобуса, был неповрежденным. Таким образом, в официальном отчете было указано, что пожаром не был связан с батареей или системой управления батареей.
Стоит отметить, что, в связи с этим пожаром в гибридном автомобиле аккумуляторная система – не единственная причина, вызвавшая пожар. Около 1% всех автобусов с двигателями внутреннего сгорания попадают в пожары. Эти пожары чаще всего возникают в моторном отсеке, поскольку именно здесь легковоспламеняющееся топливо и горячие поверхности находятся в непосредственной близости друг от друга. В теплом климате пожары также могут возникать в районе колесных колодцев [3].
Рисунок 15. Авария с пожаром в гибридно-электрическом автобусе 16 марта 2016 года в Шэньчжэне (Китай), где аккумуляторный отсек не поврежден после пожара [124].
Гибрид Kia Optima 2013 года выпуска загорелся во время движения [125]. Водителю удалось выбраться из машины несмотря на то, что вся машина была охвачена пламенем через 30 секунд после его запуска (Рисунок 16). На основании осмотра, компания Kia заявила, что у автомобиля не было отказа двигателя, и причины могут быть электрического характера. Однако точную причину пожара установить не удалось. В статье также упоминалось, что это не единичный случай, и были другие автомобили Kia, которые самопроизвольно воспламенялись по неустановленным причинам [125].
Рисунок 16. Авария с пожаром гибрида в январе 2018 года: (a) гибрид Kia2013 Optima был охвачен пламенем; (b) разрушенный автомобиль после этого инцидента с пожаром [125].
Процесс зарядки: Porsche Panamera загорелся, когда его аккумулятор заряжался дома [126]. Этот пожар произошел 16 марта 2018 года в районе Талинг Чан в Бангкоке. Владелица вспомнила, что она пригнала машину домой около 10 часов вечера и подключила ее к домашнему комплекту для подзарядки аккумулятора как она это делает ежедневно. В 6 утра она услышала взрыв. Она обнаружила, что машина объята пламенем. Огонь также повредил роскошный дом владелицы (Рисунок 17).
Причиной возникновения этого пожара считается неправильная установка и эксплуатация системы зарядки. По словам официального дистрибьютора Porsche в Таиланде, поврежденный автомобиль был приобретен у неофициального импортера. Таким образом, электрические шнуры, розетки и другое оборудование системы зарядки транспортных средств, импортированных независимыми фирмами, могли не соответствовать требованиям безопасности для использования в Таиланде.
Рисунок 17. Porsche Panamera PHEV загорелся во время зарядки 16 марта 2018 года, Таиланд: (a) пожар был сильным и повредил дом владельца; (б) пожарные пытались потушить пожар водой [126].
3. Проведение тестов и способы защиты при пожарах электромобилей
3.1. Стандартные тесты пожарной безопасности электромобилей
Литий-ионные батареи должны соответствовать многочисленным стандартам обязательных испытаний (например ISO 12405-3, ISO 6469-1, UN 38.3, UN R100, SAE J2464, SAE J2929, IEC 62133, IEC 62660-2, IEC 62660-3, GB/T 31485), прежде чем их можно будет использовать для электромобилей. Однако это связано с различными требованиями в разных странах [127,128]. Как правило, испытания аккумуляторов электромобилей можно разделить на тесты производительности и безопасности [129]. Проверка безопасности дает представление об их реакции на отказ, будь то внутренние или внешние причины, которые будут рассмотрены в этом разделе.
Рисунок 18. (a) испытание аккумуляторной батареи электромобиля на термическую перегрузку, при которой батарея нагревается из-за воспламенения бензина в противне, и (b-c) испытание аккумуляторной батареи на механическую перегрузку (испытание на раздавливание) с емкостью аккумуляторных элементов 40 Ач, 16,8 В, и уровне заряда (SOC) = 100% (неопубликованные тесты авторов); и полномасштабные испытания электромобилей (d) испытание на падение и (e) воспламенение от внешних источников пожара [130].
Полный набор тестов на перегрузки был определен в руководстве по тестированию на перегрузки для электромобилей и гибридов [131].
Существуют три типичных фактора, вызывающих тепловой выброс батареи:
- механические перегрузки
- тепловые перегрузки
- электрические перегрузки
Таким образом, руководство по тестированию на перегрузки, предназначенное для имитации обычных условий эксплуатации, а также этих трех воздействий, которые превышают обычные условия эксплуатации.
На рисунке 18 показана группа типичных тестов на перегрузку батарей электромобилей отдельно и электромобилей целиком. Правила испытаний охватывают четыре уровня:
- уровень отдельной ячейки батареи
- уровень батарейного модуля
- уровень батарейного блока
- уровень электромобиля
Руис и др. [132] и Тидблад [128] представили всесторонний обзор различных международных стандартов и правил и обобщили испытания на безопасность литий-ионных аккумуляторов в автомобилестроении для применения в различных агрессивных средах.
Испытания на механические повреждения включают серию методов испытаний, таких как испытание на падение, испытание на вибрацию, испытание на механические удары и испытание на раздавливание. Согласно международным стандартам SAE J2464 [133] и SAE J2929 [134], шкала для испытания на падение проводится только на уровне упаковки. В то время как уровень тестирования шире для некоторых национальных правил, таких как UL 2580 [135], Freedom CAR [131] и QC / T 743 [131], который охватывает уровень ячейки, модуля и упаковки.
Недавно в сотрудничестве с пожарной службой Шиена, Greenland Energy и Университетским колледжем Юго-Восточной Норвегии и RISE был проведен полномасштабный тест на падение электромобиля, в котором электромобиль с литий-ионным аккумулятором емкостью 26 кВт*ч был сброшен с высоты 20 м. Как показано на Рисунке 18(d), примерно через 6 минут после удара температура батареи быстро повысилась, и она начала гореть. Через 9 минут автомобиль был охвачен пламенем [130].
Испытание на вибрацию проводится для проверки показателей безопасности при механической нагрузке, вызванной вибрацией, которую аккумуляторная система, вероятно, будет испытывать при нормальной эксплуатации транспортного средства. Профиль вибрации задается заказчиком и верифицируется для применения в транспортном средстве [136].
При испытании на раздавливание к раздавливающему стержню, который использовался для создания силы раздавливания, предъявляются различные требования в зависимости от испытываемой батареи.
Испытание на термическое повреждение также состоит из нескольких методов испытаний. Например, в SEA J2464 [137] тестирование на термическую перегрузку включает проверку на опасность высоких температур для уровня модуля упаковки и выше, тест на термостабильность для уровня ячейки, циклирование без терморегулирования для уровня модуля и упаковки и циклирование термического удара для уровня ячейки или выше и тест на устойчивость к пассивному распространению для уровня модуля или упаковки.
Весь аккумуляторный блок подвергается воздействию внешнего пожара при испытании в соответствии с Приложением 8E R100 [138]. Здесь аккумулятор подвергается воздействию внешнего пламени в течение 2 минут, а затем подвергается наблюдению до тех пор, пока температура поверхности тестируемого объекта не достигнет температуры окружающей среды или не будет снижаться в течение не менее 3 часов. Если в течение этого времени нет признаков взрыва, испытание считается успешным.
Это испытание очень похоже на то, которое обычно проводится для топливных баков обычных транспортных средств, за исключением длительного периода наблюдения. Однако обратите внимание, что для ДВС-автомобилей может быть принято решение выполнить тест на полномасштабном уровне (аналогично испытанию электромобиля целиком) или на уровне компонентов (аналогично испытанию батарейного блока).
Некоторые опубликованные тесты показали, что этот тест не является серьезной проблемой при выполнении на уровне электромобиля, поскольку обычно требуется 25-40 минут, прежде чем батарейный блок начнет гореть. Если пакет батареи рассматривается отдельно, время может сократиться до 2-11 минут [5].
Рисунок 19. Примеры схемы измерения температуры аккумуляторных элементов [136].
Есть несколько основных параметров, которые следует измерять во время тестов. Обычно они состоят из напряжения, тока и температуры. Согласно IEC 62660-2 [136], сопротивление используемых вольтметров должно должно быть не менее 1 M\Omega/V. Температуру элемента измеряют с помощью устройства для измерения температуры поверхности. Температуру следует измерять в месте, которое наиболее точно отражает температуру элемента.
Температуру можно измерить в дополнительном подходящем месте. На Рисунке 19 показан пример измерения температуры для различных типов ячеек батареи.
Выход из строя аккумулятора может иметь несколько различных последствий, например, выброс воздуха, пожар или даже взрыв. Эти различные опасности классифицированы Европейским советом по автомобильным исследованиям и разработкам (EUCAR), см. Таблицу 7. Реакцию аккумулятора на неблагоприятные условия эксплуатации можно классифицировать в зависимости от уровня опасности. Взрыв классифицируется как наиболее серьезное событие.
За исключением тестов на перегрузки, оценка химической опасности также учитывается некоторыми стандартами. В тесте на химическую опасность основное внимание уделяется выбросам и воспламеняемости токсичных газов или дыма, образующихся в процессе термического разгона.
Некоторые стандарты, такие как SAE J2464: 2009 [137], SAE J2929: 2013 [139] и UL 2580: 2013 [135], предоставляют подробную информацию о количественной оценке и определении токсичности и воспламеняемости выбросов литий-ионных аккумуляторов . Измеренный состав выбросов должен быть ниже определенных уровней концентрации.
Таблица 7. Уровень серьезности опасности и описания [137]
| Уровень опасности | Описание | Критерии классификации и эффект |
| 0 | Нет эффекта | Нет эффекта. Нет потери функциональности |
| 1 | Пассивная защита активирована | Отсутствие повреждений или опасности; обратимая потеря функции. Замена или повторная настройка Замена или перенастройка защитного устройства достаточна для восстановления нормальной функциональности. |
| 2 | Дефект/повреждение | Опасности нет, но батарея повреждена; необратимая потеря работоспособности. Замена или ремонт. |
| 3 | Незначительные утечка/вентиляция | Признаки утечки или вентиляции аккумуляторных ячеек с потерей веса батареи <50% от веса электролита. |
| 4 | Значительная утечка/вентиляция | Признаки утечки или вентиляции аккумуляторных ячеек с потерей веса батареи >50% от веса электролита. |
| 5 | Разрыв | Потеря механической целостности корпуса батареи, приведшая к выбросу содержимого. Кинетическая энергия высвобожденного материала недостаточна для нанесения физического ущерба внешним элементам электромобиля. |
| 6 | Пламенное горение | Воспламенение и длительное горение горючего газа или жидкости (примерно более одной секунды), исключая искры. |
| 7 | Взрыв | Очень быстрое высвобождение энергии, достаточное для возникновения волн давления и/или осколков которые могут нанести значительный структурный и/или телесный ущерб, в зависимости от размера батареи. Кинетическая энергия летящих обломков батареи может быть достаточной для причинения ущерба. |
3.2. Оценка риска возникновения пожара
Возгорание аккумуляторной батареи всегда начинается с утечки тепла. До сих пор большинство фундаментальных исследований рассматривало электрохимические реакции внутри батарей, которые ответственны за утечку тепла [17,140,141].
Как правило, эти реакции представляют собой разложение активного материала, реакцию между материалом анода и электролитом, разрушение сепаратора и разложение катода. Во многих прикладных исследованиях, проведенных промышленностью и научными кругами, изучался тепловой разряд различных батарей при различных условиях эксплуатации и различных внешних воздействиях [81,142,143].
Ван и др. [18] дал подробный обзор оценки рисков, связанных с литий-ионным аккумулятором. В основном, эти риски оцениваются на основе различных тестов на перегрузки батарей.
Хотя эти ранее проведенные исследования [144-146] обеспечили некоторое базовое понимание риска возгорания аккумуляторных батарей и поддержали концепцию тепловой безопасности литий-ионных аккумуляторов [147-150], все еще остается много неизученных явлений в динамике возгорания батарей электромобилей большого размера и особенностей пожаров, когда электромобиль горит полностью.
С другой стороны, также легко неверно истолковать данные о возгорании батарей небольшого размера, чтобы оценить опасность пожара электромобиля, когда он горит полностью. Например, вес электромобиля (2250 кг для Tesla Model S) на пять порядков больше, чем у элемента питания (45 г для элемента 18650). Для сравнения, HRR пожара может увеличиться только на три порядка с нескольких кВт для элемента питания [39], до нескольких сотен кВт для одного аккумуляторного блока электромобилей [73] и нескольких МВт для полномасштабного пожара на электромобилях [91].
Пока что по-прежнему не хватает исследований, позволяющих оценить риск развития пожара с ячейки батареи до возгорания электромобиля целиком. Что еще более важно, из-за быстрого развития аккумуляторных батарей и электромобилей противопожарные испытания и исследования и разработки систем противопожарной защиты для электромобилей все еще сильно отстают.
Как было отмечено выше, скорость тепловыделения (HRR) является наиболее важным параметром для оценки пожарной опасности [53]. Как видно из уравнения (3), мощность пожара электромобиля можно оценить с помощью HRR блока батарей, учитывая площадь электромобиля.
Согласно Временному руководству для электрических и гибридно-электрических транспортных средств, оснащенных высоковольтными батареями, предложенному Министерством транспорта США [151], «в случае пожара электромобиля (EV) или гибридно-электрического транспортного средства (HEV) мы всегда предполагаем, что высоковольтная батарея (HV) и связанные с ней компоненты находятся под напряжением и полностью заряжены».
Другими словами, при оценке рисков, связанных с батареей, ее уровень заряда (SOC) следует принимать за 100%, что представляет собой наихудший сценарий пожара. Если взять в качестве примера электромобиль с питанием от литий-титанатных (LTO) батарей, то средний тепловой поток (\dot{q}'') LTO составляет примерно 2,3 МВт/м2 на стадии полной зарядки [152].
Это сопоставимо с 2~3 МВт/м2 для бензина и других углеводородных видов жидкого топлива с той же площадью горения [53]. Учитывая, что площадь пола обычного электромобиля составляет A_{EV} \approx 3 \; м^2, среднюю пожарную HRR этого типа EV можно оценить как
HRR=A_{EV}\dot{q}''=3\; м^2 \times 2,3 \;МВт/м^2 \approx 7 \;МВт \quad \quad \quad (5)
которые в целом согласуются с данными, приведенными в Таблице 5. Поэтому для гибридного автомобиля с батареей LTO HRR может быть рассчитана аналогичным образом, учитывая емкость батареи [152]. Этот расчет HRR можно использовать для оценки необходимого объема воды или других средств пожаротушения для тушения пожара электромобиля.
Макнейл [91] провел несколько полномасштабных испытаний электромобилей и гибридных электромобилей для измерения HRR и температуры при возгорании электромобиля. Чтобы начать пожар, электромобиль подвешивали над пропановой газовой горелкой, которая имела фиксированную HRR 2 МВт. Затем HRR пожара электромобиля вычислялась на основе калориметра потребления O2 с поправкой на производство CO и сажи.
На рис. 20(a) показана измеренная HRR для трех испытаний пожара электромобиля: (1) электромобиль типа A с уровнем заряда (SOC) батареи 100%, (2) электромобиль типа A с уровнем заряда (SOC) батареи 85%, и (3) электромобиль типа B с уровнем заряда (SOC) батареи 100%.
На рис. 20(b) показана измеренная HRR маленького и большого гибридного автомобиля. Для более точного сравнения HRR электромобиля сравниваются с базовыми HRR автомобилей с двигателем внутреннего сгорания (ДВС), которые имеют различные объемы топливных баков от 40 до 50 л.
Рисунок 20 . Динамика HRR в зависимости от времени проведения испытаний транспортных средств, подвешенных над пропановой горелкой мощностью 2 МВт: (а) три разных электромобиля с чистыми батареями и (б) малый гибрид и большой гибрид по сравнению с бензиновыми автомобили с топливными баками и двигателями внутреннего сгорания (ДВС) [91].
Эти тесты показывают, что HRR составляет среднее значение 5~6 МВт и пиковое значение 8~9 МВт, что близко к значению формулы (3). Кроме того, результаты также показывают, что у пожаров на электромобилях и гибридных автомобилей HRR аналогичен таковому при возгорании автомобиля с ДВС, а также при возгорании противня с бензином. Это также наблюдалось в тестах Лекока и др.[95]. Другими словами, термическая опасность пожара на электромобилях сравнима с опасностью обычных дорожно-транспортных происшествий.
Как электрические, так и бензиновые автомобили подвергаются одинаковому риску возгорания после серьезной аварии [151]. Фактически, пиковое значение скорости тепловыделения (PHRR) электромобиля даже ниже, чем у автомобиля с ДВС, что подтверждает мнение о том, что электромобиль безопаснее, чем обычные транспортные средства или гибридные транспортные средства [117]. Однако для полной оценки пожарной опасности электромобилей требуются более полномасштабные испытания с различными типами электромобилей и гибридов.
Шведский институт SP Technical Research провела еще одно полномасштабное огневое испытание дизельного гибридного автобуса в ноябре 2014 года (Рисунок 21) [153]. Пожар начался в моторном отсеке и в конце концов охватил весь автобус. По мере распространения огня температура аккумулятора повысилась через 7 минут после повышения температуры в салоне. Как только аккумулятор начал гореть, и без того интенсивный пожар стал еще более разрушительным. Наконец, горение батареи замедляется, но остается устойчивым в течение очень длительного времени, что типично для возгорания батареи LFP.
Батареям обычно требуется определенный период времени, чтобы накопить достаточно энергии для начала выброса тепла. Это отличает электромобили от бензина обычного автомобиля тем, что топливо легче достигает предела воспламеняемости или температуры вспышки и может воспламеняться от искры или пламени. Однако после того, как пламя прикоснется к батарее или произойдет взрыв, потушить возгорание батареи будет сложно.
В случае выхода из строя аккумулятора в начале может не быть явных признаков возникновения пожара. Батарейный блок, в частности, находится в закрытом помещении и может находиться под капотом или внутри корпуса электромобиля. Следовательно, пожар, скорее всего, не будет замечен, когда он находится на ранней стадии развития, пока у пассажиров еще достаточно времени, чтобы покинуть транспортное средство [154]. Чтобы увеличить время спасения для пассажиров, крайне важно своевременно обнаружить неисправность аккумулятора и как можно раньше потушить пожар.
Раннее обнаружение и охлаждение могут, в частности, задержать распространение тепла между элементами питания, а также между аккумуляторными модулями. В случае положительного эффекта это снижает риск распространения пожара от аккумуляторного блока к окружающей среде. Одним из разумных решений является разработка надежной системы обнаружения пожара для системы питания и эффективной системы тушения пожара на электромобилях.
Рисунок 21. Полномасштабное испытание на огнестойкость гибридного автобуса с электрическим дизельным двигателем (a) аккумуляторный блок с термопарами и (b) автобус загорелся через 32,5 мин [153].
В связи с резким увеличением числа электромобилей также растут опасения, связанные с работой с библиотеками и электромобилями, готовыми к утилизации [155]. В Европе вторичной переработке подвергается лишь 5% литий-ионных аккумуляторов [156]. Выброшенные аккумуляторы могут загрязнять нашу экологию, и поэтому с ними необходимо обращаться бережно. Кроме того, несомненно, существует потенциальный риск возгорания при сборе, переработке, обработке и утилизации аккумуляторов и электромобилей. Этот риск связан с уровнем заряда (SOC) и емкостью рассматриваемой батареи.
Накопленные аккумуляторы и электромобили имеют более низкую температуру самовоспламенения или более высокий риск самовоспламенения. Таким образом, риск пожара, вероятно, возрастет во время сбора аккумуляторов и утилизации электромобилей [63,64].
Экологические проблемы также связаны со растеканием воды, которая подавалась на тушение пожара. Анализ растворенных веществ в стоке противопожарной воды показал, что она может содержать повышенные уровни фтора и хлорида [157]. Было установлено, что эти полученные значения превышают допустимые пределы в Германии. В результате рассматриваемый сток противопожарной воды пришлось направить на утилизацию на станции очистки сточных вод.
Один из вариантов – переложить электромобиль в контейнер перед подачей огнетушащих веществ [158]. Одним из преимуществ такого подхода является то, что стоки противопожарной воды и токсичные вещества содержатся в изолированном объеме, так что они не растекаются в окружающую среду и их легче направить на утилизацию.
3.3. Стратегии тушения пожаров электромобилей
По сравнению с многочисленными исследованиями теплового разряда аккумулятора и стратегий его защиты, существует гораздо меньше исследований по тушению возгорания аккумулятора и технологиям пожаротушения. Несмотря на это, в исследованиях указано, что пожары литий-ионных батарей трудно тушить, для их тушения требуется большое количество огнетушащих вещества, при этом батареи могут возгораться повторно [159]. С этими повторно возникающими пожарами трудно бороться, поскольку они могут возникать случайным образом и даже после того, как с момента первичного теплового воздействия прошло значительное количество времени.
Один из способов гарантировать отсутствие повторного возгорания – это дать транспортному средству или батарее полностью выгореть. Когда израсходовано все активное вещество из комплекта литий-ионной батареи, риск повторного воспламенения становится намного ниже. Однако на практике это не всегда может быть возможным или подходящим подходом, обычно требуется локализация и ликвидация пожара.
В стандарте NFPA 10-2018 пожары разделены на пять различных классов [160]. Электромобиль напрямую не подпадает ни под одну из этих категорий, но его отдельные компоненты подпадают. Их можно разделить следующим образом:
- A. Твердые легковоспламеняющиеся материалы в электромобилях, например, поролон для сидений и пластиковая внутренняя отделка;
- B. Горючие газы, выделяющиеся из аккумулятора после перегрева, охлаждающая жидкость, тормозная жидкость, жидкость для омывателя лобового стекла, трансмиссионная жидкость и жидкое топливо, хранящиеся в гибридных электромобилях;
- C. Электрические устройства и система управления батареей (BMS);
- D. Частицы металла лития Li, выделяющиеся из заряженных литий-ионных аккумуляторов.
Следовательно, если для тушения возгорания аккумулятора используется только углекислый газ или другие химические вещества, то, хотя пожар можно локализовать, при использовании углекислого газа невозможно охладить аккумуляторный блок или предотвратить повторное возгорание.
С другой стороны, при подаче воды это может как потушить пожар, так и охладить электромобиль, но со временем это может вызвать больше электрических сбоев и вступить в реакцию с литием Li с выделением газообразного водорода [161].
Относительно мало известно о механизме тушения пожаров литий-ионных батарей, и большинство тестов на пожаротушение в литературе были сосредоточены на пожарах небольших переносных литий-ионных батарей, как описано в [20].Следовательно, эффективность средств пожаротушения и надежность существующих стратегий пожаротушения при пожарах на электромобилях часто ставятся под сомнение.
Углекислый газ или порошок могут погасить пламя горящей батареи. Однако при тушении пламени следует учитывать возможность скопления легковоспламеняющегося газа и замедленного воспламенения, ведущего к взрыву газа [162]. Охлаждение батареи или снижение теплопередачи между ее ячейками, в основном оказывает положительной эффект.
Вода, которая является очень распространенным средством для пожаротушения, обладает отличной охлаждающей способностью, что делает ее хорошим выбором для тушения пожаров в жилых помещениях, несмотря на потенциальные негативные последствия, такие как короткое замыкание или токсичные стоки воды.
Colella [73] провела крупномасштабные испытания на огнестойкость двух разных пакетов батарей электромобилей (Рисунок 22). Параметры для рассматриваемых аккумуляторных блоков перечислены в Таблице 8. В ходе испытаний на огнестойкость рассматривались как отдельные пакеты батарей, так и при установке внутри транспортного средства. Пакет или транспортное средство воспламенялись от пропановой горелки мощностью 400 кВт. В обоих случаях были слышны хлопки, наблюдалось образование электрических дуг и повторное воспламенение. Как только стало ясно, что пакет батарей охвачен пожаром, была предпринята попытка потушить.
Таблица 8. Испытание пожаротушения двух литий-ионных аккумуляторных батарей для электромобилей в модели автомобиля, где * означает аккумулятор с внутренними компонентами [65,73].
| Батарея | Тип и конфигурация | Размеры [мм] | Вес [кг] | Емкость [кВт-ч] | Время тушения [мин] | Количество воды [м3] |
| A | Сборка из 288 аккумуляторов 3,6 В | 822×968 ×378 | 151,1 | – | 2,2/3,5/9,8* | 1,25/2,01/4,80* |
| B | Т-образная форма с модулями различного типа | 1650 (длина) | 198,1 | 16 | 14,0/21,4/9,3* | 7,97/12,00/5,30* |
Для батареи А повторное воспламенение произошло через 22 часа после завершения испытания. При тушении пожара было задействован расчет из четырех пожарных (из них двое работали со стволом), вода подавалась с расходом в 473 л/мин (125 галлонов/мин). В Таблице 8 указано время тушения и количество воды, затраченное на тушение пожара.
Сравнение показало, что в эксперименте А внутренние компоненты аккумуляторных батарей в значительной степени предопределяют пожарную опасность и сложности с отключением аккумулятора, тогда как в эксперименте B наблюдалась противоположная тенденция. Эти результаты показали, что, хотя аккумуляторная батарея играет определенную роль в возникновении пожара на электромобилях, другие легковоспламеняющиеся материалы (в основном пластмассы) также оказывают значительное влияние, и результаты сопоставимы с обычнымы транспортными средствами, как описано в Разделе 1.3.
Рисунок 22. Полномасштабный эксперимент с тушением пожара аккумуляторных блоков электромобиля внутри модели транспортного средства: (a) Эксперимент A аккумуляторная батарея отдельно; (b) Эксперимент B аккумуляторная батарея с внутренними элементами электромобиля; (c) противопожарные характеристики батареи A; и (d) меры по тушению пожара [65,73].
Совсем недавно RISE провела испытание по тушению пожара для нескольких аккумуляторов электромобилей с использованием различных технологий пожаротушения, таких как тонкораспыленная вода и туман (Рисунок 23), с различными вариантами подачи огнетушащих веществ [163].
Тепловой выброс был инициирован в одном аккумуляторном модуле путем непосредственного воздействия на него газовой горелкой. В сценарии без тушения пожара наблюдалось непрерывное воспламенение аккумуляторных элементов при внешнем видимом пламени.
Результаты испытаний показали, что система пожаротушения на водной основе, с подачей непосредственно внутрь аккумуляторного блока, обладает хорошим потенциалом для длительного охлаждающего действия на аккумулятор, а также для уменьшения и предотвращения распространения теплового потока.
Подача воды снаружи имела ограниченный охлаждающий эффект и слабо влияла на распространение тепла, за исключением тушения пламени за пределами аккумуляторного блока, чтобы предотвратить распространение огня от очага пожара на окружающие объекты.
Сегодня многие сверхмощные ДВС-автомобили имеют встроенную систему пожаротушения. Эти системы устанавливаются для защиты подкапотного пространства (в местах установки двигатели внутреннего сгорания и/или автономных отопителей). Именно они чаще всего являются основными источниками повышенного теплового воздействия и возникновения пожара. Подобные системы активируются в ручном либо автоматическом режиме при обнаружении возгорание. Сегодня использование указанных систем в автобусах разрешено в 63 странах [164] в соответствии с решением ЕЭК ООН №107 [164]. С 2021 года эти правила вступили в силу и для междугородних автобусов.
Страховые кампании разработали свои собственные стандарты для машин и тяжелых транспортных средств, которые содержатся в SBF127 [165] и SBF128 [166] соответственно. Как эти стандарты, так и правила основаны на стандарте испытаний SP Method 4912 [167], разработанным RISE. Этот стандарт рассматривает эффективность системы тушения при различных условиях: низкие и высокие значения пожарной нагрузки, с наличием вентиляцией или без нее, при скрытых пожарах, при пожарах класса А, а также при повторному возгорании внутри макета отсека двигателя внутреннего сгорания.
Рисунок 23. (a) фотография испытания по тушению пожара аккумуляторной батареи электромобиля и (b) измерение температуры аккумулятора вблизи места возгорания при различных методах пожаротушения [163].
Системы пожаротушения также могут быть установлены в гибридные автомобили или даже подключаемые гибридные автомобили для защиты их двигателя внутреннего сгорания и/или отсека автономного отопителя. Обычно они не рассматриваются для защиты аккумуляторной батареи (пример показан на Рисунке 24).
Испытания показали, что для достаточного охлаждения горящей батаери требуется большое количество огнетушащего вещества. Подобные стационарные системы пожаротушения могут быть недоступны для электромобилей, потому что на транспортном средстве любая система не должна препятствовать мобильности и эффективности.
Учитывая ограниченную мощность встроенной системы тушения и сложность тушения пожара на электромобилях, главной целью самой современной системы противопожарной защиты электромобилей является оповещение водителя о возгорании в транспортном средстве и принятие немедленных профилактических мер.
Опыт работы с возгоранием аккумулятора показывает, что основной механизм тушения пожара электромобиля заключается в снижении температуры аккумулятора, который уже находится в состоянии теплового разряда. Трудность заключается в плохой доступности аккумуляторов, поскольку большинство аккумуляторов электромобилей герметично закрыты, чтобы предотвратить попадание в них воды и пыли, а также обеспечить защиту от внешнего воздействия [168].
Таким образом, подача воды снаружи оказывает влияние только на видимое пламя, внешнюю поверхность батарейного блока и любые окружающие его материалы. И даже в этом случае все равно требуется большое количество воды. Испытания показали, что для тушения электромобилей используется более 10 000 л (2600 галлонов) воды в зависимости от размера и расположения батареи [169].
Кроме того, рекомендуемый расхода, необходимый для тушения пожара и охлаждения батареи очень высокий – 200 л/мин [101]. Это приводит к образованию большого количества стоков воды, которая была подана на тушение пожара. Большее количество воды также разбавляет любые токсичные среды, следовательно, необходим дальнейший анализ для поиска компромисса при использовании большего или меньшего количества огнетушащих веществ.
Рисунок 24. Типичная система пожаротушения для коммерческого автобуса с двигателем внутреннего сгорания и вспомогательным отопителем [170].
Необходимость большого количества огнетушащих веществ связано со сложным доступом к блоку аккумуляторной батареи. Это было показано в тестах, проведенных компанией RISE [6]. Здесь они протестировали подачу огнетушащих веществ снаружи и внутрь пакета батареи для тяжелых транспортных средств с использованием ограниченного количества огнетушащих веществ.
Тестировались доступные на рынке системы, которые состояли из 3-4 форсунок, снабженных в общей сложности 13 л огнетушащего вещества на основе воды. Они обнаружили, что подача огнетушащих веществ на внешнюю поверхность горящего аккумуляторного блока не снижает внутреннюю температуру и не ограничивает риск распространения тепла. Однако подача огнетушащих веществ непосредственно внутрь батареи дало положительные результаты с точки зрения охлаждения и снижения опасности возгорания.
Риск распространения пожара от модуля к модулю и от ячейки к ячейке можно снизить, используя ограниченное количество огнетушащих веществ. Это показывает важность непосредственного доступа к батарейному блоку, когда возникает необходимость потушить пожара или охладить батарею.
Если электромобиль получил серьезные повреждения, которые могут привести к возгоранию, с ним следует обращаться с особой осторожностью. В частности, существует риск того, что часть энергии, которая остается в поврежденных библиотеках, вступит в экзотермическую реакцию и снова вызовет возгорание аккумулятора.
Доступны некоторые рекомендации, которые содержат информацию о том, как действовать в подобных случаях. Примерами таких рекомендаций являются рекомендации, разработанные NFPA, SAE и EDUCAM. После тушения пожара или если существует опасность возгорания, с электромобилями, попавшими в аварию, следует обращаться осторожно.
Поврежденные электромобили следует парковать в зоне с ограниченным доступом на открытом воздухе на достаточном расстоянии от других транспортных средств, зданий, легковоспламеняющихся предметов и легковоспламеняющихся поверхностей [151]. Крайне не рекомендуется парковать электромобили с поврежденной высоковольтной системой в закрытом помещении.
В качестве альтернативы, опасность возгорания электромобиля может быть снижена при помощи систем пожаротушения, таких как спринклерное пожаротушение и/или системы пожарной сигнализации.
Аккумуляторные блоки поврежденного электромобиля не должны подвергаться непосредственному воздействию окружающей среды, если существует вероятность попадания в них воды и повышенной влажности. Этого можно достигнуть, накрыв электромобиль, например, брезентом, защищающим от непогоды, при необходимости.
И последнее, но не менее важное: транспортные средства, представляющие опасность возгорания, должны быть соответствующим образом маркированы, чтобы предупредить находящийся поблизости персонал, чтобы он мог следовать соответствующим правилам и принимать необходимые меры предосторожности.
Рисунок 25. Руководство NFPA по действиям в чрезвычайных ситуациях для (a) электромобиля FIAT 500e и (b) гибрида BMW 3 [169].
Предполагается, что каждый производитель электромобилей обязан информировать своих потребителей о рекомендациях в случае аварийных ситуаций для конкретных моделей, включая меры реагирования на чрезвычайные ситуации при пожаре. NFPA предоставляет руководство по аварийному отключению различных аккумуляторов в полевых условиях для автомобилей разных марок и моделей (Рисунок 25) [169].
Водители транспортных средств должны быть знакомы с правилами техники безопасности и практическими рекомендациями. Отключение от питания вручную может привести к отключению высоковольтной батареи без непосредственного разрезания или прикосновения к компонентам, но неправильное поведение может привести к серьезным травмам или смерти.
В случае ДТП с пожаром на электромобилях предлагаются следующие аварийные процедуры. Как и в случае с любым транспортным средством, при обнаружении искр, дыма, или пламени, исходящих от транспортного средства, водитель должен остановиться, заглушить двигатель, выйти из транспортного средства и отойти от него, прежде чем вызывать аварийные службы.
Кроме того, водители должны сообщить в службу спасения информацию о типе транспортного средства, которое попало в ДТП (электромобиль или гибридный автомобиль). Как и при любом пожаре в транспортном средстве, люди должны быть проинформированы о том, чтобы они не вдыхали дым, пары или газы, выделяемые горящим транспортным средством, поскольку они могут быть опасными. Лучше всего этого избежать, держась на безопасном расстоянии с подветренной стороны и, по возможности, с более высокой стороны от горящего автомобиля. Наконец, водители должны держаться подальше от проезжей части и любого встречного движения, ожидая прибытия служб экстренной помощи.
Последнее руководство NFPA по чрезвычайным ситуациям с электромобилями [171] содержит более подробную инструкцию по обращению с дорожно-транспортными происшествиями с участием обычных гибридных и электромобилей различных марок.
Инструкция разделена на две части. В первой части отражены первоначальные действия, включающие способы идентификации транспортного средства, его остановки и выключения. Вторая часть посвящена способам тушения пожара. Пожарные подразделения должны тушить возгорания гибридных автомобилей и электромобилей, используя подходящие методы тушения транспортных средств в соответствии с рекомендациями NFPA и в соответствии со стандартом своего подразделения (SOP – стандартные операционные процедуры).
Обобщая различные требования по тушению пожаров разных стран, рекомендуемый порядок пожаротушения электромобиля описывается следующим образом
- (1) Идентификация транспортного средства. В некоторых европейских странах пожарно-спасательные центры могут запрашивать информацию на основании номерных знаков транспортного средства. Это может помочь пожарным однозначно определить правильный порядок проведения аварийно-спасательных работ;
- (2) Определение плана тушения пожара в зависимости от ситуации;
- (3) Обеспечение защиты людей;
- (4) Локализация или тушение пожар, а если автомобиль заряжается, по возможности отключение системы зарядки.
- (5) Транспортное средство не следует перемещать сразу после тушения пожара;
- (6) Заключительный этап – уборка на месте пожара. После пожара также рекомендуются определенные процедуры утилизации, то есть после аварии электромобиль следует припарковать на открытом месте из-за возможности повторного воспламенения аккумулятора.
Поскольку общее количество электромобилей увеличивается с каждым годом, многие общественные парковки начинают оснащаться станциями зарядки электромобилей, чтобы привлечь водителей электромобилей и продемонстрировать их приверженность развитию экологии. Есть некоторые опасения, связанные с этим, поскольку в нескольких городах вводится запрет на взимание платы на парковках.
Конструкции парковок имеют большую пожароопасность, учитывая количество и плотность транспортных средств, которые на них могут размещаться (Рисунок 26). Их низкие потолки способствуют распространению огня, поскольку они задерживают и отражают тепловые потоки вниз, к пожарной нагрузке, в то время как ограниченная вентиляция способствует накоплению токсичных газов.
Конструкции парковок спроектированы таким образом, чтобы в них могло одновременно гореть несколько транспортных средств. До тех пор, пока пожар будет 3-4 транспортными средствами, обрушение конструкций не произойдет [172]. Опасность пожара может быть дополнительно снижена с помощью систем пожаротушения, поскольку это может помочь предотвратить распространение огня. Системы пожаротушения, такие как обычные спринклеры, могут снизить риск возгорания.
Однако следует тщательно учитывать химическую опасность, которую могут представлять горящие транспортные средства, включая электромобили, припаркованные внутри зданий.
Рисунок 26. (a) Гараж Tranquility Park в Хьюстоне с зарядными станциями GRIDbot [173] и (b) сотни новых электромобилей, припаркованные в общественном месте в Ухане, Китай, демонстрируют высокий риск возгорания [155].
NFPA 70 (Национальный электротехнический кодекс) разработал стандарты для решения проблемы роста числа зарядных станций для электромобилей [174]. UL 2594 является одним из основных стандартов, в котором отражены варианты с различным напряжением, а также вопросы безопасности и погодных условий. SAE J2293 и J1772 устанавливают ключевые требования к конструкции для обеспечения совместимости с электромобилями [175]. Тем не менее, по-прежнему не хватает данных, подтверждающих эффективность или надежность пожарных гидрантов и спринклерной системы для парковок с большим количеством электромобилей и множеством устройств для зарядки.
4. Заключение
В этой статье рассмотрены случаи возгорания аккумуляторов в электромобилях (EV), а также связанные с этим проблемы пожарной безопасности и способы противопожарной защиты. Опасность возгорания литий-ионных аккумуляторов (LIB) особенно велика в электромобилях, из-за высоких требований к ходовым качествам и скорости зарядки, неизбежных дорожно-транспортных происшествий и увеличения масштаба и энергоемкости аккумуляторных блоков. Рассмотрены несколько типичных пожаров в электромобилях на батареях, гибридных электромобилях и электробусах, чтобы обеспечить качественное понимание риска возгорания электромобилей.
Ожидается увеличение числа несчастных случаев с пожарами на электромобилях, поскольку доля рынка электромобилей будет постоянно увеличиваться в ближайшие несколько десятилетий. К настоящему времени проведено очень ограниченное количество полномасштабных огневых испытаний электромобилей из-за высокой стоимости и ограничений коммерческой тайны.
Тем не менее, существующие результаты испытаний показали, что скорость выделения тепла при возгорании электромобилей сопоставима с таковой при возгорании автомобилей, работающих на ископаемом топливе, в то время как при возгорании электромобилей могут выделяться более токсичные газы, такие как HF при горении литий-ионных аккумуляторов.
Испытанная пиковая скорость тепловыделения (PHHR в кВт) зависит от энергоемкости батареи (?_? в Вт-ч), и может быть описана следующей зависимостью PHHR=2E_{B}^{0,6} .
Пожар электромобиля сложнее потушить из-за возможного повторного возгорания батареи и сложности охлаждения батарейного блока изнутри. Для тушения пожара в электромобилях вода по-прежнему считается наиболее эффективным средством, при этом как для тушения, так и для охлаждения батареи требуется значительное количество воды.
Однако при подаче воды непосредственно внутрь аккумулятора можно использовать меньше количество огнетушащих веществ. Кроме того, очень мало известно о пожарной опасности утилизированных электромобилей и отработанных батарейных блоков.
В будущем системы противопожарной защиты с улучшенной конструкцией должны быть необходимы для зданий и парковок, где будет находиться большее количество электромобилей и зарядных станций. Данный обзор призван помочь исследователям и производителям, работающим с батареями, электромобилями и/или проектировщикам в области пожарной безопасности, стимулировать активное сотрудничество в области исследований, а также привлечь будущие исследования и разработки к повышению общей безопасности будущих электромобилей. Только тогда общество сможет достичь такого же уровня комфорта для электромобилей, как и для обычных автомобилей.
Благодарности
PS и XH получили поддержку от HK Research Grant Council через Early Career Scheme (25205519) и HK PolyU через Central Research Grant (G-YBZ1). RB финансируется программой стратегических исследований и инноваций в области транспортных средств FFI через Шведское энергетическое агентство (№ 2017-014026). HN поддерживается Гуандунским технологическим фондом (2015B010118001). Авторы выражают благодарность рецензентам за ценные замечания.
Перечень сокращений
| Символы | Сокращения | ||
| A_{EV} | Площадь пола электромобиля (м2) | BEV | Электромобиль на батарее |
| A_{f} | Площадь очага пожара (м2) | EV | электромобиль |
| \Delta H_C | Теплота сгорания (МДж/кг) | HRR | Скорость тепловыделения (Вт) |
| \dot{m} | Скорость выгорания (кг/с) | ICEV | Автомобиль с двигателем внутреннего сгорания (internal combustion engine vehicle) |
| \dot{m}'' | Удельная скорость выгорания (кг/м2с) | LIB | Литий-ионная батарея (Lithium-ion battery) |
| \dot{q}'' | Тепловой поток (кВт/м2) | NCA | никель, кобальт и оксид алюминия (nickel, cobalt, and aluminium oxide) |
| Q | Тепловыделение пожара (Дж) | NEDC | новый европейский дорожный цикл (new European driving cycle) |
| T | Температура (°C) | NMC | Никель, марганец и кобальт (nickel, manganese, and cobalt) |
| V | Напряжение (В) | PHRR | Пиковое тепловыделение (peak heat release rate) (Вт) |
| \eta | полнота сгорания (%) | PHEV | Подключаемый гибридный автомобиль (plug-in hybrid electric vehicle) |
| SOC | Уровень заряда (state of charge) (%) | ||
Список литературы
[1] История электромобиля. Министерство энергетики. Matulka R. The History of the Electric Car. Department of Energy 2014. https://www.energy.gov/articles/history-electric-car.
[2] Электрические и гибридные автомобили. Anderson CD, Anderson J. Electric and Hybrid Cars. second. McFarland & Company; 2010.
[3] Почему электромобильность и что это такое?Grauers A, Sarasini S, Karlström M, Industriteknik C. Why electromobility and what is it? In: Sandén B, editor. Systems Perspectives on Electromobility, Chalmers University of Technology, Göteborg; 2013.
[4] Статистический обзор мировой энергетики за 2018 год. BP. Statistical Review of World Energy 2018 2018:1–53.
[5] Пожарная безопасность литий-ионных аккумуляторов в дорожных транспортных средствах. Bisschop R, Willstrand O, Amon F, Rosengren M. Fire Safety of Lithium-Ion Batteries in Road Vehicles. Borås: 2019.
[6] Обращение с литий-ионными аккумуляторами в электромобилях – предотвращение опасных событий и восстановление после них. Bisschop R, Willstrand O, Rosengren M. Handling Lithium-Ion Batteries in Electric Vehicles – Preventing and Recovering from Hazardous Events. 1st International Symposium on Lithium Battery Fire Safety, Hefei, China: 2019.
[7] Национальный совет по безопасности на транспорте. Предварительный отчет: Авария и пожар после аварии пассажирского транспортного средства с электрическим приводом в 2018 году. National Transportation Safety Board. Preliminary Report: Crash and Post-crash Fire of Electric-powered Passenger Vehicle 2018.
[8] Автомобиль Tesla загорелся в Китае, расследование продолжается в 2019 году. CGTN. Tesla car catches fire in China, investigation underway 2019. https://news.cgtn.com/news/3d3d514d7a416a4d34457a6333566d54/index.html.
[9] Porsche загорелся во время зарядки в 2018 году. Bangkok Post. Porsche catches fire while charging 2018. https://www.bangkokpost.com/thailand/general/1429518/porsche-catches-fire-while-charging.
[10] BMW i3 REx сгорел после возгорания на парковке в Испании. Loveday S. BMW i3 REx Burns After Catching Fire While Parked In Spain. INSIDEEVs 2018.
[11] Частые аварии с пожарами на электромобилях. Zhou X. Frequent Fire Accidents on Electric Vehicle. Operators 2018;10:65–6.
[12] Национальный совет по безопасности на транспорте. Предварительный отчет: шоссе HWY18FH013. National Transportation Safety Board. Preliminary Report: Highway HWY18FH013. National Transportation Safety Board 2018.
[13] Авария Tesla, возможно, спровоцировала возгорание аккумулятора: швейцарские пожарные 2018. Revill J. Tesla crash may have triggered battery fire: Swiss firefighters 2018.
[14] Национальный совет по безопасности на транспорте. Предварительный отчет – Возгорание аккумуляторной батареи в пассажирском автомобиле с электрическим приводом. National transportation safety board. Preliminary Report – Battery Fire in Electric-powered Passenger Car. National Transportation Safety Board 2018. https://www.ntsb.gov/investigations/accidentreports/pages/hwy18fh014-preliminary.aspx.
[15] Deick M Van. Facebook 2018. https://www.facebook.com/Marco.vandeick/posts/344761026325031.
[16] Пожарные работают 16 часов, чтобы потушить возгорание в Tesla Model S. Gutman M, S. Yuon. Firefighters work 16 hours to put out fires in Tesla Model S. ABC News 2018. https://abcnews.go.com/Technology/tesla-opens-investigation-car-burst-flames-times/story?id=59930420.
[17] Утечка тепла привела к возгоранию и взрыву литий-ионного аккумулятора. Wang Q, Ping P, Zhao X, Chu G, Sun J, Chen C. Thermal runaway caused fire and explosion of lithium ion battery. Journal of Power Sources 2012;208:210–24. doi:10.1016/j.jpowsour.2012.02.038.
[18] Обзор механизмов выхода из строя литий-ионных аккумуляторов и стратегий предотвращения пожаров. Прогресс в области энергетики и науки о сжигании. Wang Q, Mao B, Stoliarov SI, Sun J. A review of lithium ion battery failure mechanisms and fire prevention strategies. Progress in Energy and Combustion Science 2019;73:95–131. doi:10.1016/j.pecs.2019.03.002.
[19] Механизм термического отключения литий-ионного аккумулятора для электромобилей: обзор. Материалы для накопления энергии 2018. Feng X, Ouyang M, Liu X, Lu L, Xia Y, He X. Thermal runaway mechanism of lithium ion battery for electric vehicles: A review. Energy Storage Materials 2018;10:246–67. doi:10.1016/j.ensm.2017.05.013.
[20] Обзор термических опасностей литий-ионного аккумулятора и соответствующих мер противодействия. Прикладные науки 2019. Ouyang D, Chen M, Huang Q, Weng J, Wang Z, Wang J. A Review on the thermal hazards of the lithium-ion battery and the corresponding countermeasures. Applied Sciences 2019;9:2483. doi:10.3390/app9122483.
[21] Литиевые батареи: на пределе использования лития. Evarts EC. Lithium batteries: To the limits of lithium. Nature 2015;526:S93–5. doi:10.1038/526S93a.
[22] Электромобиль Renault-Samsung загорелся из-за возгорания капота. Moon G. Renault-Samsung’s Electric Vehicle Catches Fire Due to Ignition from Bonnet. ETRC·KGTLAB 2016. http://www.ipnomics.net/?p=14858.
[23] Группа по исследованию аккумуляторов CALCE. Pecht M. Safety. CALCE Battery Research Group 2015. https://web.calce.umd.edu/batteries/safety.html.
[24] Дом электромобилей. Что мы должны делать во время пожара электромобилей? Home of EV. What should we do during the EV fire? SOHU 2018. https://www.sohu.com/a/233521985_526255.
[25] Мировой рынок электромобилей набирает обороты и находится на подъеме. Центр мобильности будущего McKinsey. Hertzke P, Müller N, Schenk S, Wu T. The global electric-vehicle market is amped upand on the rise. McKinsey Center for Future Mobility 2018.
[26] Автоматизированные транспортные средства и электрификация транспорта. Наука об энергетике и окружающей среде. Offer GJ. Automated vehicles and electrification of transport. Energy & Environmental Science 2015; 8:26–30. doi:10.1039/C4EE02229G.
[27] Перспективы мирового рынка электромобилей на 2018 год. Frost & Sullivan. Global Electric Vehicle Market Outlook, 2018. 2018.
[28] Барьеры на пути широкого внедрения электромобилей: анализ отношения потребителей и восприятий. Энергетическая политика 2012. Egbue O, Long S. Barriers to widespread adoption of electric vehicles: An analysis of consumer attitudes and perceptions. Energy Policy 2012;48:717–29. doi:10.1016/j.enpol.2012.06.009.
[29] Международное энергетическое агентство. Глобальный прогноз развития электромобилей на 2018 год: на пути к междугородной электрификации. International Energy Agency. Global EV Outlook 2018: Towards cross-modal electrification. IEA Publications 2018. doi:10.1787/9789264302365-en.
[30] Франция заняла первое место по внедрению электромобилей в 2017 году. The Economist Intelligence Unit. France ranked top for EV adoption in 2017. The Economist 2018.
[31] Стимулы для продвижения электромобилей с аккумуляторами (BEV) внедрение в Норвегии. Транспортные исследования, часть D. Bjerkan KY, Nørbech TE, Nordtømme ME. Incentives for promoting Battery Electric Vehicle (BEV) adoption in Norway. Transportation Research Part D 2016;43:169–80. doi:10.1016/j.trd.2015.12.002.
[32] Коммерческая служба США. Рынок электромобилей – Франция, 2017. U.S. Commercial Service. The Electric Vehicle Market – France 2017. https://www.export.gov/article?id=E-Mobility-in-France.
[33] Торговля и инвестиции в Германии. Электромобильность в Германии: видение 2020 года и на последующий период 2015 года. Germany Trade & Invest. Electromobility in Germany: Vision 2020 and Beyond 2015.
[34] Сравнение политики США и Китая в области электромобилей. Институт экологических и энергетических исследований, 2018. Lu J. Comparing U.S. and Chinese Electric Vehicle Policies. Environmental and Energy Study Institute 2018. https://www.eesi.org/articles/view/comparing-u.s.-and-chinese-electric-vehicle-policies.
[35] Совет по экологически чистому транспорту I. Поддержка рынка электромобилей в городах США. Council on Clean Transportation I. Supporting the electric vehicle market in U.S. cities. 2015.
[36] Перескакивать или тянуть время? Электромобили в Китае. Howell S, Lee H, Heal A. Leapfrogging or Stalling Out? Electric Vehicles in China. HKS Working Paper No RWP14-035 2014. doi:10.2139/ssrn.2493131.
[37] Чему мы можем научиться у Японии относительно внедрении электромобилей? Gibson R. What can we learn from Japan about EV adoption? FleetCarma, August 22 2018. https://www.fleetcarma.com/can-learn-japan-ev-adoption/.
[38] Руководящий комитет отрасли. Дорожная карта развития технологий электромобилей в Канаде: стратегическое видение транспортных средств с аккумуляторными батареями, подключаемыми модулями и других гибридных электромобилей, работающих на шоссе. Industry Steering Committee. Electric vehicle technology roadmap for Canada : a strategic vision for highway-capable battery-electric, plug-in and other hybrid-electric vehicles. Natural Resources Canada 2009.
[39] Тепловыделение при термически вызванном отказе литий-ионного аккумулятора: влияние состава катода. Liu X, Wu Z, Stoliarov SI, Denlinger M, Masias A, Snyder K. Heat release during thermally-induced failure of a lithium ion battery: Impact of cathode composition. Fire Safety Journal 2016;85:10–22. doi:10.1016/j.firesaf.2016.08.001.
[40] Комплексная калориметрия термоиндуцированного отказа литий-ионного аккумулятора. Liu X, Stoliarov SI, Denlinger M, Masias A, Snyder K. Comprehensive calorimetry of the thermally-induced failure of a lithium ion battery. Journal of Power Sources 2015;280:516–25. doi:10.1016/j.jpowsour.2015.01.125.
[41] Маск разочарован тем, что братья Кох тратят миллионы на уничтожение электромобилей в 2016 году. JOEY DAVIDSON. Musk frustrated that Koch brothers spending millions to kill electric cars 2016.
[42] Первый взгляд на трансмиссию Chevrolet Bolt EV 2017 года выпуска. Markus F. 2017 Chevrolet Bolt EV Drivetrain First Look (w/Video). Motortrend Apr 6 2016 2016. https://www.motortrend.com/cars/chevrolet/volt/2016/2017-chevrolet-bolt-ev-drivetrain-first-look-review/.
[43] Усиление электромобилей может быть связано с технологией prismatic. Arman Ahmad. EV power-up may lie with prismatic tech. New Straits Times 2017. https://www.nst.com.my/cbt/2017/12/315288/ev-power-may-lie-prismatic-tech.
[44] Типы батарейных элементов: Цилиндрический элемент, Элемент на пуговицах, Элемент в чехле. Types of Battery Cells; Cylindrical Cell, Button Cell, Pouch Cell. Battery University, 24 April, 2019 2019. https://batteryuniversity.com/index.php/learn/article/types_of_battery_cells.
[45] Тайная жизнь аккумулятора электромобиля. Miles A. The Secret Life Of An EV Battery. Sustainable Enterprises Media, Inc 2018. https://cleantechnica.com/2018/08/26/the-secret-life-of-an-ev-battery/.
[46] Интеграция электромобилей в современные электросети. Garcia-Valle R, Lopes JAP. Electric vehicle integration into modern power networks. Springer-Verlag New York; 2013. doi:10.1007/978-1-4614-0134-6.
[47] Состав аккумуляторов для электромобилей: Элементы? Модули? Пакеты? Давайте разберемся как следует! SAMSUNG SDI. The Composition of EV Batteries: Cells? Modules? Packs? Let’s Understand Properly! n.d. http://www.samsungsdi.com/column/all/detail/54344.html.
[48] Сравнение электромобилей и их аккумуляторов. Timofeeva E. Comparing Electric Cars and Their Batteries. Inlfluit Energy 2017. http://www.influitenergy.com/comparing-electric-cars-and-their-batteries/.
[49] Аккумуляторы для электромобилей: проблемы, возможности и перспективы до 2020 года. Dinger, Andreas; Martin, Ripley; Mosquet, Xavier; Rabl, Maximilian; Rizoulis, Dimitrios; Russo, Massimo S. Batteries for Electric Cars: Challenges, Opportunities, and the Outlook to 2020. The Boston Consulting Group 2010.
[50] Эффективное управление температурой литий-ионных аккумуляторов с помощью пассивного межфазного терморегулятора на основе сплава с памятью формы. Hao M, Li J, Park S, Moura S, Dames C. Efficient thermal management of Li-ion batteries with a passive interfacial thermal regulator based on a shape memory alloy. Nature Energy 2018;3:899–906. doi:10.1038/s41560-018-0243-8.
[51] Методы анализа неисправностей при расследовании возгорания литий-ионных аккумуляторов. Пожар в транспортных средствах 2014. Kolly JM, Panagiotou J, Czech BA. Failure Analysis Techniques for a Lithium-Ion Battery Fire Investigation. Fire in Vehicles 2014.
[52] Tesla. Tesla Model S 2019. https://www.tesla.com/models.
[53] Введение в динамику пожара. 3-е изд. Drysdale D. An Introduction to Fire Dynamics. 3rd ed. Chichester, UK: John Wiley & Sons, Ltd; 2011. doi:10.1002/9781119975465.
[54] Список литий-ионных аккумуляторов, доступных на сегодняшний день. Литий-ионный аккумулятор BMS 2018. Andrea D. A list of Li-Ion cells available today. Li-Ion BMS 2018. http://liionbms.com/php/cells.php.
[55] Разработки в области композитных накопителей энергии. Энергетические технологии, окружающая среда и устойчивое развитие Обзоры 2017. Le Houx J. Developments in Composite Energy Storage. Energy Technology, Environment and Sustainability Reviews 2017:24832413.
[56] Влияние изменения веса электромобилей на их эксплуатационные характеристики. Berjoza D, Jurgena I. Effects of change in the weight of electric vehicles on their performance characteristics. Agronomy Research 2017;15:952–63.
[57] Национальная лаборатория штата Айдахо. Обзор BMW i3 2014 года – Расширенные испытания автомобиля – Базовые испытания автомобиля Результат. Idaho National Laboratory. 2014 BMW i3 review-Advanced Vehicle Testing – Baseline Vehicle Testing Result. INL/MIS-15-34211 2016.
[58] Параллельное сравнение. Министерство энергетики СШАCompare Side-by-Side. US Department of Energy n.d. https://www.fueleconomy.gov/feg/Find.do?action=sbs&id=38524&id=38569&id=38525&id=38640.
[59] Механизмы безопасности литий-ионных аккумуляторов. Balakrishnan PG, Ramesh R, Prem Kumar T. Safety mechanisms in lithium-ion batteries. Journal of Power Sources 2006;155:401–14. doi:10.1016/j.jpowsour.2005.12.002.
[60] Рассмотрение вопроса о безопасности литиевых элементов. Журнал источников энергии, 1999. Tobishima SI, Yamaki JI. A consideration of lithium cell safety. Journal of Power Sources 1999;81–82:882–6. doi:10.1016/S0378-7753(98)00240-7.
[61] Сценарное прогнозирование токсичности литий-ионных аккумуляторов, вызванной пожаром. Журнал источников энергии, 2016. Lecocq A, Eshetu GG, Grugeon S, Martin N, Laruelle S, Marlair G. Scenario-based prediction of Li-ion batteries fire-induced toxicity. Journal of Power Sources 2016;316:197–206. doi:10.1016/j.jpowsour.2016.02.090.
[62] Sony Предупреждает, что некоторые новые аккумуляторы для ноутбуков Могут загореться. Gough N. Sony Warns Some New Laptop Batteries May Catch Fire. The New York Times 2014. https://www.nytimes.com/2014/04/12/technology/sony-warns-some-new-laptop-batteries-may-catch-fire.html.
[63] Склонность к самонагревающемуся воспламенению литий-ионного аккумулятора с открытым контуром накапливается на границе нагрева. Liu Y, Sun P, Niu H, Huang X. Propensity to self-heating ignition of open-circuit pouch Lithium-ion battery pile on a hot boundary. Fire Safety Journal 2020. doi:10.1016/j.firesaf.2020.103081.
[64] Экспериментальное исследование саморазогревающегося воспламенения литий-ионных аккумуляторов при хранении и транспортировке: влияние количества элементов. He X, Restuccia F, Zhang Y, Hu Z, Huang X, Fang J. Experimental study of self-heating ignition of lithium-ion batteries during storage and transport : effect of the number of cells. Fire Technology (under Review) 2019.
[65] Полномасштабные огневые испытания аккумуляторов электромобилей. Blum A, Long RT. Full-scale Fire Tests of Electric Drive Vehicle Batteries. SAE International Journal of Passenger Cars – Mechanical Systems 2015;8:565–72. doi:10.4271/2015-01-1383.
[66] Аварийная безопасность гибридных транспортных средств и электромобилей на батарейках. Justen R, Schöneburg R. Crash Safety of Hybrid and Battery Electric Vehicles. 22nd Enhanced Safety of Vehicles Conference, Washington: 2011.
[67] Рекомендации и руководства по аварийной безопасности аккумуляторных батарей и обращению после аварии. Wisch M, J. Ott RT, Léost Y, Abert M, Yao J. Recommendations and Guidelines for Battery Crash Safety and Post-Crash Handling. EVERSAFE 2014.
[68] Разработка конструкции кузова для обеспечения аварийной безопасности недавно разработанного электромобиля. Uwai H, Isoda A, Ichikawa H, Takahashi N. Development of Body Structure for Crash Safety of the Newly Developed Electric Vehicle. 22nd Enhanced Safety of Vehicles Conference, Washington: 2011.
[69] Лежачие полицейские впереди для зарядки электромобилей. Fairley P. Speed bumps ahead for electric-vehicle charging. IEEE Spectrum 2010;47:13–4. doi:10.1109/MSPEC.2010.5372476.
[70] Добавка в электролит обеспечила быструю зарядку и стабильное циклирование литий-металлических аккумуляторов. Zheng J, Engelhard MH, Mei D, Jiao S, Polzin BJ, Zhang JG, et al. Electrolyte additive enabled fast charging and stable cycling lithium metal batteries. Nature Energy 2017;2. doi:10.1038/nenergy.2017.12.
[71] Литий-ионные аккумуляторы, используемые в электромобилях – общая оценка рисков и рекомендации по конструкции с точки зрения возгорания и выделения газа. Larsson F, Mellander B-E. Lithium-ion Batteries used in Electrified Vehicles – General Risk Assessment and Construction Guidelines from a Fire and Gas Release Perspective. RISE Research Institutes of Sweden 2017.
[72] Безопасность литий-ионных аккумуляторов – оценка путем тестирования на злоупотребление, выбросов фтористых газов и распространения огня. Larsson F. Lithium-ion Battery Safety-Assessment by Abuse Testing, Fluoride Gas Emissions and Fire Propagation. Chalmers University of Technology, 2017.
[73] Понимание причин возгорания электромобилей. Противопожарная защита и безопасность в туннелях. Colella F. Understanding electric vehicle fires. Fire Protection and Safety in Tunnels, Stavanger: 2016.
[74] Горение. 4-е изд. Glassman I, Yetter RA. Combustion. 4th ed. New York: Academic Press; 2008.
[75] Справочник возгораний. Babrauskas V. Ignition Handbook. Issaquah, WA: Fire Science Publishers/Society of Fire Protection Engineers; 2003. doi:10.1023/B:FIRE.0000026981.83829.a5.
[76] Руководство по дорожной карте безопасности автомобильных аккумуляторов. Doughty DH, Pesaran AA. Vehicle Battery Safety Roadmap Guidance. Denver: Renewable Energy Laboratory 2012.
[77] Комплексный анализ динамики и опасностей, связанных с каскадным отказом в массивах литий-ионных элементов 18650. Said AO, Lee C, Stoliarov SI, Marshall AW. Comprehensive analysis of dynamics and hazards associated with cascading failure in 18650 lithium ion cell arrays. Applied Energy 2019;248:415–28. doi:10.1016/j.apenergy.2019.04.141.
[78] Воспламеняемость пластмасс в современных автомобилях. Kumar K. Flammability of Plastics in Today’s Automobiles. SAE Technical Papers 2015;4. doi:10.4271/2015-01-1380.
[79] Исследование воспламеняемости пластмасс в компонентах и деталях транспортных средств. Tewarson A. A study of the flammability of plastics in vehicle components and parts. Technical Report FMRC JI 0B1R7RC, Factory Mutual Research Corporation, Norwood, MA 1997.
[80] Расхождение и конвергенция правил экономии автомобильного топлива: сравнительный анализ ЕС, Японии и США. Iguchi M. Divergence and Convergence of Automobile Fuel Economy Regulations: A Comparative Analysis of EU, Japan and the US. Springer International Publishing; 2015.
[81] Исследование опасности литий-ионных аккумуляторных элементов, вызванной пожаром, с помощью противопожарной калориметрии. Ribière P, Grugeon S, Morcrette M, Boyanov S, Laruelle SS, Marlair G, et al. Investigation on the fire-induced hazards of Li-ion battery cells by fire calorimetry. Energy & Environmental Science 2012;5:5271–80. doi:10.1039/C1EE02218K.
[82] Пробег полностью электрических легковых автомобилей может превышать пробег некоторых бензиновых легковых автомобилей с 1 января 2018 г. U. S. Department of Energy. FOTW #1010, January 1, 2018: All-Electric Light Vehicle Ranges Can Exceed Those of Some Gasoline Light Vehicles JANUARY 1, 2018 2018. https://www.energy.gov/eere/vehicles/articles/fotw-1010-january-1-2018-all-electric-light-vehicle-ranges-can-exceed-those.
[83] Экспериментальное исследование поведения при горении литий-ионных аккумуляторов 18650 с использованием конусного калориметра. Fu Y, Lu S, Li K, Liu C, Cheng X, Zhang H. An experimental study on burning behaviors of 18650 lithium ion batteries using a cone calorimeter. Journal of Power Sources 2015;273:216–22. doi:10.1016/j.jpowsour.2014.09.039.
[84] Исследование поведения при нагревании и распространении огня нескольких литий-ионных аккумуляторов в упаковке. Chen M, Dongxu O, Liu J, Wang J. Investigation on thermal and fire propagation behaviors of multiple lithium-ion batteries within the package. Applied Thermal Engineering 2019;157:113750. doi:10.1016/j.applthermaleng.2019.113750.
[85] Экспериментальное исследование горения Характеристик воспламенения первичных литиевых батарей. Chen M, He Y, De Zhou C, Richard Y, Wang J, DeZhou C, et al. Experimental Study on the Combustion Characteristics of Primary Lithium Batteries Fire. Fire Technology 2016;52:365–85. doi:10.1007/s10694-014-0450-1.
[86] Исследование термической опасности 18650 литий-ионных аккумуляторов с помощью огневого калориметра. Chen M, Zhou D, Chen X, Zhang W, Liu J, Yuen R, et al. Investigation on the thermal hazards of 18650 lithium ion batteries by fire calorimeter. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 2015;122:755–63. doi:10.1007/s10973-015-4751-5.
[87] Характеристики литий-ионных аккумуляторов во время огневых испытаний. Larsson F, Andersson P, Blomqvist P, Lorén A, Mellander BE. Characteristics of Lithium-Ion Batteries during Fire Tests. Journal of Power Sources 2014;271:414–20. doi:10.1016/j.jpowsour.2014.08.027.
[88] Изучение огнестойкости высокоэнергетических литий-ионных аккумуляторов с полномасштабным испытанием на горение. Ping P, Wang QS, Huang PF, Li K, Sun JH, Kong DP, et al. Study of the fire behavior of high-energy lithium-ion batteries with full-scale burning test. Journal of Power Sources 2015;285:80–9. doi:10.1016/j.jpowsour.2015.03.035.
[89] Испытания на огнестойкость аккумуляторных элементов и блоков для электромобилей. Профилактика дорожно-транспортного травматизма. Sturk D, Hoffmann L, Ahlberg Tidblad A. Fire Tests on E-vehicle Battery Cells and Packs. Traffic Injury Prevention 2015;16:159–64. doi:10.1080/15389588.2015.1015117.
[90] Тепловые потери и поведение при возгорании крупномасштабных литий-ионных аккумуляторов с различными методами нагрева. Wang Z, Yang H, Li Y, Wang G, Wang J. Thermal runaway and fire behaviors of large-scale lithium ion batteries with different heating methods. Journal of Hazardous Materials 2019;379:120730. doi:10.1016/j.jhazmat.2019.06.007.
[91] Пожарные испытания электромобилей. Macneil DD, Lougheed G, Lam C, Carbonneau G, Kroeker R, Edwards D, et al. Electric Vehicle Fire Testing. 8th EVS-GTR Meeting, Washington, USA June 1-5, 2015, 2015.
[92] Сравнение различных типов аккумуляторов для электромобилей Содержание по теме Сравнение различных типов аккумуляторов для электромобилей. Iclodean C, Varga B, Burnete N, Cimerdean D, Jurchiș B. Comparison of Different Battery Types for Electric Vehicles Related content Comparison of Different Battery Types for Electric Vehicles n.d. doi:10.1088/1757-899X/252/1/012058.
[93] Технические характеристики Kia Niro EV 2019 г. 2019 Kia Niro EV Specifications n.d.
[94] Сравнение поведения при пожаре электромобиля с батарейным питанием и автомобиля с бензиновым двигателем в ходе испытаний на огнестойкость в реальном масштабе. Watanabe N, Sugawa O, Suwa T, Ogawa Y, Hiramatsu M, Tomonori H, et al. Comparison of fire behaviours of an electric-battery-powered behicle and gasoline-powered vehicle in a real-scale fire test. Second International Conference on Fires in Vehicles, Chicago: 2012.
[95] Сравнение последствий пожара электромобиля и автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. Lecocq A, Bertana M, Truchot B, Marlair G. Comparison of the fire consequences of an electric vehicle and an internal combustion engine vehicle. International Conference on Fires In Vehicles – FIVE 2012, vol. 2, Chicago, United States: 2012, p. 183–94.
[96] Системы регулирования энергопотребления литий-ионных аккумуляторов: Влияние ограничений на разделение на основе анализа радиационного теплопередачи. WPI VH. li-ion battery energy stroage systems: Effect of separation deistances based on a radiation heat transfer analysis. 2017. doi:10.2460/javma.234.6.731.
[97] Противопожарные испытания элементов и блоков аккумуляторных батарей для электронных транспортных средств для предотвращения дорожно-транспортного травматизма Противопожарные испытания элементов и блоков аккумуляторных батарей для электронных транспортных средств. Sturk D, Hoffmann L, Tidblad AA. Traffic Injury Prevention Fire Tests on E-vehicle Battery Cells and Packs Fire Tests on E-vehicle Battery Cells and Packs. Traffic Injury Prevention 2015;16:159–64. doi:10.1080/15389588.2015.1015117.
[98] Аспекты использования литий-ионных аккумуляторов при пожарах в электромобилях на основе экспериментальных испытаний на злоупотребление. Larsson F, Andersson P, Mellander B-E. Lithium-Ion Battery Aspects on Fires in Electrified Vehicles on the Basis of Experimental Abuse Tests. Batteries 2016;2:9. doi:10.3390/batteries2020009.
[99] Полномасштабные огневые испытания транспортных средств с электрическими двигателями и двигателями внутреннего сгорания. Lam C, MacNeil D, Kroeker R, Lougheed G, Lalime G. Full-Scale Fire Testing of Electric and Internal Combustion Engine Vehicles. Fourth International Conference on Fire in Vehicle, Baltimore: 2016.
[100] Проблемы безопасности литий-ионных электромобилей и гибридных автомобилей. Stephens D, Stout P, Sullivan G, Saunders E, Risser J, J. Sayre. Lithium-ion Battery Safety Issues for Electric and Plug-in Hybrid Vehicles. National Highway Traffic Safety Administration (Report No DOT HS 812 418), Washington, DC 2019.
[101] Помощь в случае аварии и восстановление транспортных средств с высоковольтными системами. Verband der Automobilindustrie (VDA). Accident Assistance and Recovery of Vehicles with High-Voltage Systems. Verband Der Automobilindustrie EV 2017:1–30.
[102] Анализ газов литий-ионного аккумулятора, отводимых в инертной атмосфере, термический тест. Thermal A, Chamber T. Analysis of Li-Ion Battery Gases Vented in an Inert Atmosphere Thermal Test Chamber 2019:1–17.
[103] Экспериментальное исследование пределов огнестойкости лития добавление растворителей для электролитов ионных аккумуляторов с фосфорорганическими соединениями с использованием системы горения, подобной фитилю свечи. Guo F, Ozaki Y, Nishimura K, Hashimoto N, Fujita O. Experimental study on flame stability limits of lithium ion battery electrolyte solvents with organophosphorus compounds addition using a candle-like wick combustion system. Combustion and Flame 2019;207:63–70. doi:10.1016/j.combustflame.2019.05.019.
[104] Отчет о безопасности транспортных средств Tesla. Tesla Vehicle Safety Report. Tesla 2019.
[105] Министерство внутренних дел, набор данных о пожарах на дорогах, август 2019 года. The Home Office, Road vehicle fires dataset, August 2019, UK 2019. https://www.gov.uk/government/statistical-data-sets/fire-statistics-incident-level-datasets.
[106] «Свирепый» пожар охватил автостоянку Liverpool Echo Arena. “Ferocious” fire ripped through Liverpool Echo Arena car park. BBC News 2018. https://www.bbc.com/news/uk-england-merseyside-42533830.
[107] Обзор фундаментальных явлений горения при возгорании проволоки. Huang X, Nakamura Y. A Review of Fundamental Combustion Phenomena in Wire Fires. Fire Technology 2020;56:315–360. doi:10.1007/s10694-019-00918-5.
[108] Lifan 650EV самопроизвольно воспламенился. EV century. Lifan 650EV spontaneously ignited. GaoGong EV Web 2018. http://www.gg-ev.com/asdisp2-65b095fb-26641-.html.
[109] Первый электрический автобус гонконгского дизайна выйдет на месячные тест-драйвы на дорогах города. Christy Leung, 297SHARE, Christy Leung. First Hong Kong-designed electric bus rolls out for a month of test-drives on city’s roads | South China Morning Post 2015.
[110] Модель S загорелась в Норвегии из-за нагнетателя, система зарядки, по-видимому, неисправна. Herron D. Model S catches fire in Norway at Supercharger, charging system seemingly at fault. The Long Tail Pipe 2016. https://longtailpipe.com/2016/01/01/model-s-catches-fire-in-norway-at-supercharger-charging-system-seemingly-at-fault/.
[111] Tesla Model S загорелась недалеко от Сиэтла, сообщений о пострадавших нет. Blanco S. Tesla Model S catches fire near Seattle, no injuries reported. Autoblog 2013. https://www.autoblog.com/2013/10/02/tesla-model-s-fire/.
[112] Пожар Tesla Model S против 35 пожарных – посмотрите впечатляющую операцию после крушения на высокой скорости. Lambert F. Tesla Model S fire vs 35 firefighters – watch impressive operation after a high-speed crash. Electrek, 18 October 2017 2017. https://electrek.co/2017/10/18/tesla-model-s-fire-high-speed-crash-video-impressive-operation/.
[113] Окончательный отчет – Авария с участием Tesla Model S – 10400 на шоссе Южный Бангертер. Winkler S. Final Report – Crash Involving Tesla Model S – 10400 South Bangerter Highway. South Jordan Police Department 2018.
[114] Отчет подтверждает, что неисправность датчика привела к возгоранию электробуса. Marshall R. Report confirms sensor failure caused electric bus fire. The Frederick News Post, Nov 3, 2016 n.d. https://www.fredericknewspost.com/news/politics_and_government/levels_of_government/county/report-confirms-sensor-failure-caused-electric-bus-fire/article_7689d9d5-7ded-5586-b6d9-b2b2519ca568.html.
[115] Сотни электробусов сгорели в огне. Shiming Y. Hundreds of electric buses ruined in fire. 21cnevcom 2017. http://www.21cnev.com/html/201705/775455_1.html.
[116] Туристические автобусы загорелись в Пекине, пострадавших нет. Mengjie. Tourist buses catch fire in Beijing, no casualties. XINHUANET 2017. http://www.xinhuanet.com/english/2017-05/01/c_136248785.htm.
[117] Электромобили безопаснее бензиновых. Herron D. Electric cars are safer than gasoline cars. Green Transportation 2015. https://greentransportation.info/ev-ownership/safer/index.html.
[118] Обзор ключевых вопросов управления литий-ионными аккумуляторами в электромобилях. Lu L, Han X, Li J, Hua J, Ouyang M. A review on the key issues for lithium-ion battery management in electric vehicles. Journal of Power Sources 2013;226:272–88. doi:10.1016/j.jpowsour.2012.10.060.
[119] Механизмы распространения огня. Williams FA. Mechanisms of fire spread. Symposium (International) on Combustion 1977;16:1281–94. doi:10.1016/S0082-0784(77)80415-3.
[120] Введение в HEV, PHEV и EVs: для техников и студентов, впервые знакомящихся с высоковольтными системами. Batenburg C Van. Introduction to HEV, PHEV and EVs: For Technicians and Students New to High-Voltage Systems. 1st ed. Automotive Career Development Center; 2014.
[121] Руководство по проектированию литий-ионных аккумуляторных блоков: химия, компоненты, типы и терминология. Warner JT. The Handbook of Lithium-Ion Battery Pack Design: Chemistry, Components, Types and Terminology. Elsevier Science; 2015.
[122] Отчет о расследовании: Гибриды плюс подключаемый гибридный электромобиль. Beauregard GP, Phoenix AZ. Report of investigation: Hybrids plus plug in hybrid electric vehicle. National Rural Electric Cooperative Association, Inc and US Department of Energy, Idaho National Laboratory by Etec 2008.
[123] В Шэньчжэне загорелся общественный автобус с гибридным приводом. He X. A mixed energy public bus caught on fire in Shenzhen. Inewenergy 2016. http://www.inewenergy.com/news/guonei/031GO162016.html.
[124] Пожар в гибридном автобусе Учжулонг 2016. China battery enterprise alliance. Wuzhoulong hybrid bus fire 2016. http://www.cbea.com/hydt/201603/16778.html.
[125] Женщина из Дентона говорит, что Kia не возместит ей ущерб после того, как машина загорелась. Chatman S. Denton Woman Says Kia Won’t Reimburse Her After Car Catches Fire. NBC 5 Dallas-Fort Worth 2018. https://www.nbcdfw.com/news/local/Denton-Woman-Says-Kia-Wont-Reimburse-Her-After-Car-Catches-Fire–491908751.html.
[126] Порше Bt10m загорелся из-за сбоя в зарядке аккумулятора. Bt10m Porsche up in flames as battery charging goes wrong. THE NATION, 16 Mar 2018 2018. https://www.nationthailand.com/news/30341102.
[127] Безопасность литий-ионных аккумуляторов. Garche J, Brandt K. Li-battery safety. Elsevier; 2019.
[128] Перспективы регулирования безопасности электромобилей. Tidblad AA. Regulatory Outlook on Electric Vehicle Safety. Fifth International Conference on Fires in Vehicles, Borås: 2018.
[129] Достижения в области аккумуляторных технологий для электромобилей. Cabrera Castillo E. Advances in Battery Technologies for Electric Vehicles. Elsevier Ltd; 2015. doi:10.1016/B978-1-78242-377-5.00018-2.
[130] Полномасштабное испытание электромобиля на огнестойкость. Andreas Sater Boe. Full Scale Electric Vehicle Fire Test. Fire Product Search 2017. https://www.fireproductsearch.com/full-scale-electric-vehicle-fire-test/.
[131] Руководство по тестированию неисправностей системы накопления электрической энергии FreedomCAR для электромобилей и гибридных электромобилей. Doughty DH, Crafts CC. FreedomCAR Electrical Energy Storage System Abuse Test Manual for Electric and Hybrid Electric Vehicle Applications. SAND2005-3123 2006.
[132] Обзор международных стандартов и правил тестирования перегрузок литий-ионных аккумуляторов в электрических и гибридных электромобилях. Обзоры возобновляемых источников и устойчивой энергетики, 2018. Ruiz V, Pfrang A, Kriston A, Omar N, Van den Bossche P, Boon-Brett L. A review of international abuse testing standards and regulations for lithium ion batteries in electric and hybrid electric vehicles. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2018;81:1427–52. doi:10.1016/j.rser.2017.05.195.
[133] Безопасность и тестирование перегрузок системы зарядки и хранения энергии в электромобилях и гибридных автомобилях. SAE. Electric and Hybrid Electric Vehicle Rechargeable Energy Storage System (RESS) Safety and Abuse Testing. SAE J2464_200911 2009:2.
[134] Технические комитеты SAE по наземным транспортным средствам. Безопасность аккумуляторной системы для силовых установок электрических и гибридных транспортных средств. SAE Ground Vehicle Technical Committees. Electric and Hybrid Vehicle Propulsion Battery System Safety Standard. 2011.
[135] Аккумуляторы для использования в электромобилях. UL. Batteries for Use In Electric Vehicles. UL 2580 2013.
[136] Вторичные литий-ионные элементы для привода электромобилей – Часть 2: Тестирование надежности и перегрузок. 2010. IEC. Secondary lithium-ion cells for the propulsion of electric road vehicles – Part 2: Reliability and abuse testing. 2010.
[137] Аккумуляторные накопители энергии для электрических и гибридных электромобилей. SAE. Electric and Hybrid Electric Vehicle Rechargeable Energy Storage S. SAE J2464 2011:2.
[138] Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения транспортных средств с учетом конкретных требований к электрической силовой установке. UNCECE. Uniform Provisions Concerning the Approval of Vehicles with Regard to Specific Requirements for the Electric Power Train [2015/05]. Regulation No 100 of the Economic Commission for Europe of the United Nations (UNECE) 2015.
[139] Стандарт безопасности для силовой аккумуляторной системы электрических и гибридных транспортных средств с использованием литиевых аккумуляторов. SAE. Safety Standard for Electric and Hybrid Vehicle Propulsion Battery System Utilizing Lithium-bsed Rechargeabel Cell J2929-201302. 2013.
[140] Злоупотребление литий-ионными элементами большой мощности. Spotnitz R, Franklin J. Abuse behavior of high-power, lithium-ion cells. Journal of Power Sources 2003;113:81–100. doi:10.1016/S0378-7753(02)00488-3.
[141] Термический анализ цилиндрической литий-ионной батареи. Zhang X. Thermal analysis of a cylindrical lithium-ion battery. Electrochimica Acta 2011;56:1246–55. doi:10.1016/j.electacta.2010.10.054.
[142] Всестороннее понимание термического Стабильность, способность к биологическому разложению и химический состав ионных жидкостей на основе пирролидиния. Eshetu GG, Jeong S, Pandard P, Lecocq A, Marlair G, Passerini S. Comprehensive Insights into the Thermal Stability, Biodegradability, and Combustion Chemistry of Pyrrolidinium-Based Ionic Liquids. ChemSusChem 2017;10:3146–59. doi:10.1002/cssc.201701006.
[143] Физико-химический анализ межэлементных отказов литий-ионных аккумуляторов внутри специальной топочной камеры. Spinner NS, Field CR, Hammond MH, Williams BA, Myers KM, Lubrano AL, et al. Physical and chemical analysis of lithium-ion battery cell-to-cell failure events inside custom fire chamber. Journal of Power Sources 2015;279:713–21. doi:10.1016/j.jpowsour.2015.01.068.
[144] Термический анализ литиевых батарей со спиральной намоткой. Chen S-C, Wang Y-Y, Wan C-C. Thermal Analysis of Spirally Wound Lithium Batteries. Journal of The Electrochemical Society 2006;153:A637–A637. doi:10.1149/1.2168051.
[145] Анализ внутреннего короткого замыкания в литий-ионном элементе. Santhanagopalan S, Ramadass P, Zhang J (Zhengming). Analysis of internal short-circuit in a lithium ion cell. Journal of Power Sources 2009;194:550–7. doi:10.1016/j.jpowsour.2009.05.002.
[146] Оперативная высокоскоростная томография литий-ионных аккумуляторов во время перегрева. Finegan D, Scheel M, Robinson JB, Tjaden B, Hunt I, Mason TJ, et al. In-operando high-speed tomography of lithium-ion batteries during thermal runaway. Nature Communications 2015;6:6924. doi:10.1038/ncomms7924.
[147] Математическое моделирование литий-ионной батареи с тепловыми эффектами в мультифизической программе COMSOL Inc. Cai L, White RE. Mathematical modeling of a lithium ion battery with thermal effects in COMSOL Inc. Multiphysics (MP) software. Journal of Power Sources 2011;196:5985–9. doi:10.1016/j.jpowsour.2011.03.017.
[148] Термический анализ литий-ионных аккумуляторов. Chen SC, Wan CC, Wang YY. Thermal analysis of lithium-ion batteries. Journal of Power Sources 2005;140:111–24. doi:10.1016/j.jpowsour.2004.05.064.
[149] Трехмерная модель термического злоупотребления литий-ионными элементами. Kim G-H, Pesaran A, Spotnitz R. A three-dimensional thermal abuse model for lithium-ion cells. Journal of Power Sources 2007;170:476–89. doi:10.1016/j.jpowsour.2007.04.018.
[150] Возвратно-поступательный поток воздуха для терморегулирования литий-ионных аккумуляторов для улучшения равномерности температуры. Mahamud R, Park C. Reciprocating air flow for Li-ion battery thermal management to improve temperature uniformity. Journal of Power Sources 2011;196:5685–96. doi:10.1016/j.jpowsour.2011.02.076.
[151] Министерство транспорта США. Временное руководство для электрических и гибридно-электрических транспортных средств, оснащенных высоковольтными аккумуляторами. US Department of Transportation. Interim Guidance for Electric and Hybrid-Electric Vehicles Equipped With High-Voltage Batteries. DOT HS 811 575 2014.
[152] Исследование характеристик возгорания и распространения огня литий-ионных аккумуляторов. Wang Q. Study on Fire and Fire Spread Characteristics of Lithium Ion Batteries. 2018 China National Symposium on Combustion, 2018.
[153] Полномасштабные огневые испытания электрического гибридного автобуса. Andersson P, Brandt J, Willstrand O. Full scale fire-test of an electric hybrid bus. SP Report 2016.
[154] Система пожаротушения электромобилей. Łebkowski A. Electric Vehicle Fire Extinguishing System 2017;93:329–32. doi:10.15199/48.2017.01.77.
[155] Рост популярности электромобилей может поставить нас перед серьезной проблемой разряда аккумуляторов. Gardiner J. The rise of electric cars could leave us with a big battery waste problem. The Guardian,10 Aug 2017 2017. https://www.theguardian.com/sustainable-business/2017/aug/10/electric-cars-big-battery-waste-problem-lithium-recycling.
[156] Информационный бюллетень: Литий. Polinares. Fact Sheet: Lithium. GLOBAL 2000 VerlagsgesmbH 2012.
[157] Пожаротушение литий-ионных тяговых аккумуляторов. Egelhaaf M, Kress D, Wolpert D, Lange T. Fire Fighting of Li-ion Traction Batteries. SAE International Journal of Alternative Power 2013;2:37–48. doi:https://doi.org/10.4271/2013-01-0213.
[158] Отчет о пожаре. Brandweer Midden- en West-Brabant. Fire accident report. Facebook 2019. https://www.facebook.com/BrandweerMWB/posts/2902012643145806.
[159] Опасность возгорания литий-ионных аккумуляторов и стратегии безопасности. Kong L, Li C, Jiang J, Pecht MG. Li-ion battery fire hazards and safety strategies. Energies 2018;11:1–11. doi:10.3390/en11092191.
[160] NFPA стандарт для порошковых огнетушителей. NFPA. Standard for Porable Fire Extinguishers. NFPA 10 2018.
[161] Обзор процесса горения лития. Schiemann M, Bergthorson J, Fischer P, Scherer V, Taroata D, Schmid G. A review on lithium combustion. Applied Energy 2016;162:948–65. doi:10.1016/j.apenergy.2015.10.172.
[162] Безопасное внедрение аккумуляторных силовых установок в море. Andersson P, Wikman J, Arvidson M, Larsson F, Willstrand O. Safe introduction of battery propulsion at sea. RISE Research Institutes of Sweden 2017.
[163] Для управления рисками возгорания, связанными с литий-ионными аккумуляторами в транспортных средствах. Willstrand O. To manage fire risks related to Li-ion batteries in vehicles Universitet/högskola/företag. RISE Research Institutes of Sweden 2019;8P03983-03.
[164] Соглашение о принятии согласованных Технических правил Организации Объединенных Наций для колесных транспортных средств, оборудования и частей, которые могут быть установлены и/или использоваться на колесных транспортных средствах, и Условия взаимного признания официальных утверждений. United Nations Economic and Social Council (UNECE). Agreement concerning the Adoption of Harmonized Technical United Nations Regulations for Wheeled Vehicles, Equipment and Parts which can be Fitted and/or be Used on Wheeled Vehicles and the Conditions for Reciprocal Recognition of Approvals Granted on the. Unitied Nations Treaty, Geneva: United Nations; 1958.
[165] Шведская ассоциация пожарной охраны. SBF 127:16 Правила противопожарной защиты рабочих транспортных средств и машин 2016. The Swedish Fire Protection Association. SBF 127:16 Regler för brandskydd på arbetsfordon och -maskiner 2016.
[166] Шведская ассоциация противопожарной защиты. SBF 128:3 Правила для стационарных автоматических систем пожаротушения на автобусах 2017. The Swedish Fire Protection Association. SBF 128:3 Regler för fast automatiskt släcksystem på bussar 2017.
[167] Метод проверки эффективности пожаротушения системы пожаротушения, предназначенные для моторных отсеков автобусов, вагонов и других тяжелых транспортных средств. RISE Research Institutes of Sweden. SP Method 4912Method for testing the suppression performance of fire suppression systems intended forengine compartments of buses, coachesand other heavy vehicles 2018.
[168] Материалы 3-й Международной конференции по пожарам в транспортных средствах. Andersson P, Sundström B. Proceedings from 3rd International Conference on Fires in Vehicles. FIVE – Fires in Vehicles, 2014, p. 274.
[169] Справочник по чрезвычайным ситуациям. NFPA. Emergency Field Guide. NFPA; 2015.
[170] Системы пожаротушения. SafeQuip. Fire Suppression Systems n.d. http://www.safequip.co.za/product/ceodeux-suppression-system/.
[171] Справочник по чрезвычайным ситуациям для гибридных автомобилей и электромобилей. NFPA. Hybrid and Electric Vehicle Emergency Field Guide 2014:1–38.
[172] Демонстрация реальных пожарных испытаний на автомобильной парковке и в высотном здании. Joyeux D, Kruppa J, Cajot L-G, Schleich J-B, van de Leur P, Twilt L. Demonstration of real fire tests in car parks and high rise buildings. 2001.
[173] Крупнейший сайт по зарядке электромобилей: вы бы поверили. Richard Read. Largest Electric-Car Charging Site: Would You Believe Houston? 2011. https://www.greencarreports.com/news/1066818_largest-electric-car-charging-site-would-you-believe-houston (accessed December 19, 2018).
[174] Национальный электротехнический стандарт. NFPA. National Electrical Code. NFPA 70 2020.
[175] Зарядные устройства для электромобилей на парковке. Curtland C. Parking Lot EV Chargers. Buildings 2013. https://www.buildings.com/article-details/articleid/15485/title/parking-lot-ev-chargers/viewall/true (accessed December 19, 2018).