Híreink

Tűzoltástaktikai szempontok hibrid és elektromos járműveknél

2021. november 10. 07:30

Napjainkban egyre több gyártó modelljeiből választhatunk elektromos autót. Világszerte és hazai szinten is számolhatunk azzal, hogy egyre több lesz forgalomban – a prognózisok szerint 2030-ban 400 ezer – vagyis fel kell készülnünk az ezekkel kapcsolatos kihívásokra, amelyek döntően az akkumulátorokkal kapcsolatosak.


Növekvő teljesítmény – több jármű

A középkategóriás járművek közül van, amelyik már 500 km megtételére képes a 400 kg-os akkumulátoregységével. Feltöltése otthoni, fali, 7,3 kW teljesítményű dobozról 10 órát vesz igénybe. A 100 kW-os villámtöltővel 80 százalékra már egy óra alatt fel lehet tölteni. Ezek már olyan számok, amelyek a hagyományos autókhoz mérten is versenyképes teljesítményt jelentenek.

Ezek a teljesítmények egyértelműen az akkumulátorok fejlődésének, az energiasűrűség hatszorosára növekedésének köszönhetők. Ugyanis egy ólom-sav akkumulátor energiasűrűsége 40 Wh/kg, az NCA akkumulátoré 250 Wh/kg. Ezzel függ össze az egy feltöltéssel megtehető távolság, ami az ólom-savas akkumulátorokkal akár 100 kilométer is lehetett, míg ma a csúcskategóriában eléri a 600 km-t. Ezekben a járművekben nikkel-fém hibrid és lítium-ion akkumulátorokat használnak.  Az egyszerűbb szerkezet mellett az elektromos autókban az akkumulátor jelenti a lényeges különbséget oltástaktikai szempontból.

Az elektromos jármű felépítése

 

Akkubiztonság

Az elektromos járművekben nagy áramerősségre (12 V helyett 300-500 V) és nagy teljesítménysűrűségű akkura van szükség. Itt az anód általában porózus szénből készül, a katód pedig valamilyen lítiumvegyületből. Sokféle katód alapanyag létezik, és tulajdonképpen ez határozza meg a tulajdonságaikat. A Nissan Leafben például lítium-mangán-oxid (LiMn2O4 vagy LMO) alapú akkut használnak, a Tesla Model S lítium-nikkel-kobalt-alumínium-oxidosat (LiNiCoAlO2 vagy NCA). A lítium-vas-foszfát (LiFePO4 vagy LFP) energiasűrűsége a legkisebb, de kevésbé érzékeny a túltöltésre, túlmelegedésre.

Ezzel függ össze, hogy minden gyártó megadja az akkucella minimálisan és maximálisan megengedhető kapocsfeszültségét. Ezek átlépése drasztikus élettartam csökkenést vagy biztonsági kockázatot jelenthet. Minden típus rendelkezik ugyanis egy kritikus hőmérsékletértékkel. Ha e fölé emelkedik az akkumulátorcella hőmérséklete, akkor olyan hőtermelő kémia folyamatok indulnak meg a belsejében, ami önfenntartóvá tud válni, vagyis a cella füstölni, égni kezd.

Mivel a legtöbb lítiumion-akku melegen sokkal jobban teljesít, nagyobb áramot lehet belőlük kivenni, ezért a nagyobb járművekben az akkumulátorok fűthetőek/hűthetőek, hogy mindig megfelelő hőmérséklettartományban tartsák a cellákat. A túltöltés a fémes lítium kiválását okozza az anódon, a katód pedig szén-dioxid gázt fejleszt. A gázfejlődés addig növeli a belső nyomást, amíg a burkolat megreped. A levegőben lévő nedvesség reagál a kivált lítiummal, s ez a hőtermelés a teljes akku kigyulladásához vezethet.

A másik folyamatra a mélykisütésre is érzékenyek az akkumulátorok. Ilyenkor az elektródákon apró dentritek képződnek, amik átszúrják a vékony szeparátort és rövidzárakat hoznak létre. Ez rosszabb esetben ugyancsak káros hőtermeléshez vezet. Ennek megelőzése érdekében az akkucellák hőmérsékletét is folyamatosan ellenőrzik.

Általában 96 darab sorba kötött akkucellát láthatunk, mert ezeket lehet a legjobban kettes, hármas, négyes, hatos, nyolcas, stb. kombinációban csoportosítani. A BMS (Battery Management Electronics) méri az akkuk feszültségét és hőmérsékletét, így mindig nagyon közel helyezik el az akkumulátorokhoz; sokszor nem is akku-egységenként, hanem külön akkucsoportonként van egy-egy BMS. Ez a modul felelős azért, hogy az egyes akkumulátorok feszültsége azonos legyen, ill. ez állítja le a töltést, ha üzemzavart vagy feltöltöttséget érzékel.

A harmadik lehetőség, hogy a jármű tűz átterjed az akkumulátorra.

 

Tűzoltástaktikai megfontolások

Maga a jármű égése nem különbözik a hagyományos járművekétől, mivel hasonló anyagokból épül fel. A különbség, hogy amit eddig robbanómotor hajtott meg, azt több kisebb villanymotor működteti. Mégis a lítium-ion akkumulátorok jelenléte miatt az oltástaktika lényegesen különbözhet. Arra kell számítani, hogy a lítiumion-akkumulátor égése során nagy mennyiségű mérgező gáz szabadul fel. A kísérleteknél szén-dioxidot és szén-monoxidot mértek. Ezért a legnagyobb körültekintést igényli, amikor az utasok beszorultak a járműbe. A felderítésnek a beszorulás módjának megállapítása mellett az akkumulátor érintettségét

  • ég,
  • füstöl, vagy
  • az égés kiterjedhet rá is meg kell vizsgálni.

A mentéssel egyidejűleg feladat a jármű áramtalanítása, a vezetékekben itt 300-500V feszültség lehet.

  • Az esetek jó részében az ütközés hatására az elektronika automatikusan kikapcsolja, vagyis áramtalanítja a járművet, amiről meg kell győződni.
  • Ha mégis szükséges az áramtalanítás, az áramtalanító retesszel, a főbiztosíték, vagy szükség esetén főkábel kijelölt helyen történő elvágásával végezhető el. 

A hibrid autóknál az orrészben a hagyományos motor mellett vannak az elektromos berendezések és az akkumulátor rendszerint a csomagtartóban kap helyet. Az elektromos járműveknél a nagy méretű akkumulátor a jármű alvázban található. A nagyfeszültségű kábelek narancssárga, a középfeszültségűek kék színnel jelöltek.

 

Hibrid autó – veszélyes helyek

 

Tűzoltás és oltóanyag

A lítiumion-akkumulátorok égésének sajátossága, hogy az anód és katód bomlása során oxigén szabadul fel, így az égéshez a környezeti levegőből nincs szükség oxigénre. Ebből következően az egyetlen oltási lehetőség az akkumulátor hőmérsékletét lehűteni. A Tűzoltás-taktikai Szabályzat szerint: “a magasfeszültségű akkumulátort tűz esetén vízzel kell elárasztani.”

A kérdés, hogy mennyi oltóvízre van szükség a hatékony oltáshoz. Egy kaliforniai cég kísérletekkel kereste erre a választ. Összesen hat tesztet végeztek el: három esetben a modellautóban olyan helyre tették az akkumulátorokat, mint ahogyan a legtipikusabb hibrideknél van, három esetben pedig a tipikus elektromos autós helyre.

A vizsgálat során mérték:

  • az oltás során elhasznált víz mennyiségét,
  • az oltáshoz szükséges időt, és
  • az égéstermékeket.

A tapasztalatok:

  1. Az oltáshoz jóval több vizet kellett elhasználni, mert az akku olyan helyen helyezkedik el, ahol nem lehet közvetlenül oltani.
    • A hibrideknél 1000, 1676, 4000 literrel több víz kellett, mint egy hagyományos autó esetén.
    • Az elektromos járműnél 4822, 9990 és 4410 literrel több víz kellett, mint egy hagyományos autó esetén.
  2. A sikeres oltáshoz jóval több idő is szükséges az elárasztás miatt, mert az akkut nem lehet közvetlenül oltani.
    • A hibrideknél 15, 46, 56 perccel,
    • az elektromos autónál 49, 60, 36 perccel később következett be az oltás, mint egy hagyományos autós tűznél.

Vagyis a hibrid járműveknél az oltáshoz átlagosan 2240 liter vízre és 39 percre volt szükség, az elektromos gépjárműveknél 6400 liter víz és 50 perc volt az átlag. Az oltást nehezíti, hogy mintegy 400 kg tömegű felhevült anyagot kell lehűteni, miközben közvetlenül vízsugárral nem érhető el az égő rész.  Ez főleg az elektromos autóknál probléma, a legtöbb esetben ugyanis az akksi teljesen hozzáférhetetlen helyen van (a Teslánál pl. a padlólemezbe építve).

Végeztek egy külön tesztet, ahol egy elektromos autós akkumulátort gyújtottak meg, és oltás nélkül hagyták leégni. Egy óra negyven percig tartott, míg az utolsó láng is kialudt. Külön érdekesség, hogy elég nagy az esélye az oltás utáni újragyulladásnak. Ez gyakran több órával a tűz eloltása után következett be, egy esetben 22 órával utána. Az újragyulladást tipikus jelenségek kísérik, mint: pattogó vagy suhogó hang, gázok távozása az akksiból, elektromos szikrák és ívek megjelenése.

 

Gyakorlati tanácsok

A tesztet végző tűzoltók vezetője kiemelte, hogy a beavatkozók testi épségére (elektromossági szempontból) nem jelentett veszélyt a tűz, mivel az akkumulátorok nincsenek földelve, a tűzoltó nem kap áramütést a vízsugár miatt.

Az oltás ezzel szemben a nagy vízmennyiség, a hosszabb égési idő és a takart felületek miatt teljesen más stratégiát követelt meg tőlük.

  • A nagy vízigény miatt azonnal tűzcsapról tápláljanak, vagy rendeljenek ki még egy tűzoltó gépjárművet.
  • A hosszabb oltási idő miatt szükség lehet plusz légzőpalackokra.
  • Oltás közben mindig kerüljük az akkumulátorral történő közvetlen érintkezést.
  • Sikeresebb az oltás, ha a sugárcsövet nem fel-alá mozgatva oltjuk/hűtjük az akkumulátort, hanem az egyes égő cellákra koncentrálunk addig, amíg azok ki nem alszanak, és utána megyünk a következőre.
  • Az utángyulladás megakadályozása érdekében jóval a lángok kialvása után is hűteni kell az akkumulátort.
  • Az elektromos autóknál az akkumulátor általában nehezen elérhető helyen van, pl. a padlólemez alatt. Ilyen esetben meg kell keresni a gyári szellőzőnyílásokat, amelyeken keresztül közvetlenül az égő cellákra lehet juttatnia az oltóvizet.
  • A hibrideknél általában a kocsi hátuljában van az akkumulátor, így a csomagtér ajtón keresztül közvetlenebb hozzáférés lehetséges.
  • Az akkumulátorhoz való jobb hozzáférés érdekében tilos réseket vágni a járművön.

Biztonsági okokból az ilyen autóktól minden gyúlékony anyagnak legalább 15 méter távolságot javasolnak, még az oltás után is.

 

Megjegyzés: a Rosenbauer ígéretes, a vizet közvetlenül az akkumulátorburokba bejuttató oltóberendezéssel jelentkezett. A hatékonyabb, rövidebb és víztakarékosabb oltást ígérő eszközről a Védelem idei utolsó számában írunk bővebben (megjelenés: december első hete).

 

Irodalom

https://hatszel.hu/2014/02/03/litiumos-akkumulator-veszelyes-is-lehet/
https://e-cars.hu/2018/02/22/egy-elektromos-auto-felepitese/

https://www.youtube.com/watch?v=-gkNosJ-tzQ

http://player.hu/auto-motor-2/elektromos-autok-2018/

Dr Kanyó Ferenc: Elektromos gépjárművek tűzoltásának nemzetközi és hazai tapasztalatai Védelem 2018/2.

Szabó Viktória – Molnár Kristóf – Nagy Rudolf: Elektromos járművek tűzbiztonságának vizsgálata Védelem Tudomány – 2018. III. évfolyam 2. szám

 

 

Vissza

Ezt a hírt eddig 806 látogató olvasta.