Methods Used to Extinguish Fires in Electric Vehicles Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Piotr Lesiaka)*, Dariusz Pietrzelaa), Piotr Mortkaa)

a Scientific and Research Centre for Fire Protection - National Research Institute / Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpozarowej - Panstwowy Instytut Badawczy * Corresponding author / Autor korespondencyjny: plesiak@cnbop.pl

Methods Used to Extinguish Fires in Electric Vehicles

Metody gasnicze stosowane do gaszenia pozaröw samochodöw elektrycznych

ABSTRACT

Aim: The aim of the article is to present the current state of knowledge regarding the possibility of suppressing or effectively extinguishing fires of electric vehicle. Due to the growing popularity of means of transport powered by electric batteries, the problem of emerging fires and their effects is becoming recognizable. Due to the possible violent process of combustion of lithium-ion batteries (hereinafter referred to as Li-Ion batteries), a fire in a vehicle may lead to a wide range of property damage. For at least a decade, intensive efforts have been made to develop appropriate methods to allow firefighters to deal with the problem of fires of electric vehicles. These activities were directed, among others, at new fire extinguishing/suppression techniques, innovative extinguishing agents and methods of their application.

Introduction: Taking into account the current global trends in changing the method of powering vehicles from fossil fuels into electricity, the occurrence of such events should be expected to intensify. The authors systematize the issue by analysing the literature on fires, Li-Ion batteries being a critical ele -ment that may initiate a fire. The adopted and practiced methods of extinguishing/suppressing a fire as well as the used extinguishing agents were also analysed. The publication may be an element helpful in selecting the most optimal fire extinguishing method of the electric energy storage unit in a vehicle. Methodology: The review of the current state of knowledge was made based on publications on the fire characteristics of Li-Ion batteries, as well as works and research projects in the field of extinguishing methods and the effectiveness of various extinguishing agents. In addition, the procedures used by the emergency services and selected real events were analysed.

Conclusions: Fires of Li-Ion batteries are a relatively new and growing phenomenon. Fires in fully or partially electric vehicles are much more difficult to fully extinguish compared to fires in vehicles with internal combustion engines. So far, no effective method has been developed that would allow a fire to be extinguished in a short time. Activities in this area focus on minimizing the effects. There is still a need to look for new technical and tactical solutions in order to optimize the procedures leading to more effective activities of the services in this type of incidents. Keywords: lithium-ion battery, Li-Ion, fire, extinguishing, suppression Type of article: review article

Received: 04.11.2021; Reviewed: 06.12.2021; Accepted: 07.12.2021;

Authors" ORCID IDs: P. Lesiak - 0000-0001-8465-2169; D. Pietrzela - 0000-0002-8201-454X; P. Mortka - 0000-0002-2661-3134; The authors contributed the equally to this article;

Please cite as: SFT Vol. 58 Issue 2, 2021, pp. 38-57, https://doi.org/10.12845/sft.58.2.2021.3;

This is an open access article under the CC BY-SA 4.0 license (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/).

ABSTRAKT

Cel: Celem artykulu jest przedstawienie aktualnego stanu wiedzy w zakresie mozliwosci tlumienia lub skutecznego ugaszenia pozaröw pojazdöw elektrycznych. Z uwagl na wzrost popularnosci srodköw transportu zasllanych z akumulatoröw elektrycznych, rozpoznawalna staje si? problematyka pojawiajqcych si? pozaröw I ich skutköw. Z uwagl na mozliwy gwaltowny proces przeblegu spalanla akumulatoröw lltowo-jonowych (dalej akumulatory Li-Ion), wystqpienie pozaru w pojezdzie moze doprowadzic do szerokiego spektrum uszkodzen mienia. Od co najmniej dekady prowadzone sq intensywne dzialania ukierunkowane na wypracowanie wlasciwych metod pozwalajqcych strazakom zmierzyc si? z problemem pozaröw pojazdöw elektrycznych. Dzialania te ukierunkowano m.in. na nowe techniki gaszenia/tlumienia pozaru, innowacyjne srodki gasnicze i sposoby ich aplikacji. Wprowadzenie: Ratownicy coraz cz?sciej spotykajq si? z pozarami ukladöw gromadzenia energii elektrycznej wykonanych w technologii Li-Ion, w tym stosowanych w pojazdach elektrycznych. Biorqc pod uwag? obecne, swiatowe trendy zmiany sposobu zasilania pojazdöw z paliw pochodzqcych z ko-palin na energi? elektrycznq, nalezy spodziewac si? intensyfikacji pojawiania si? takich zdarzen. Autorzy systematyzujq zagadnienie poprzez analiz? literaturowq w zakresie pozaröw akumulatoröw Li-Ion jako krytycznego elementu mogqcego zapoczqtkowywac pozar. Analizie takze poddano przyj?te

i praktykowane metody gaszenia/tlumienia pozaru oraz wykorzystane srodki gasnicze. Publikacja moze stanowic element pomocny w doborze najbar-dziej optymalnej metody ugaszenia pozaru zespolu gromadzenia energii elektrycznej w pojezdzie.

Metodología: Przeglgdu obecnego stanu wiedzy dokonano na podstawie publikacji dotyczgcych charakterystyki pozarowej akumulatorów Li-Ion, a takze prac oraz projektów naukowo-badawczych z zakresu metod gaszenia i efektywnosci róznych srodków gasniczych. Ponadto analizie poddano procedury stosowane przez sluzby ratownicze oraz wybrane zdarzenia rzeczywiste.

Wnioski: Pozary akumulatorów Li-Ion to stosunkowo nowe i narastajgce zjawisko. Pozary pojazdów w pelni lub cz^sciowo elektrycznych sg znacznie trudniejsze do pelnego ugaszenia w porównaniu do pozarów pojazdów z silnikami spalinowymi. Jak dotgd nie opracowano skutecznej metody, która pozwolilaby na ugaszenie pozaru w krótkim czasie. Dzialania w tym obszarze skupiajg si§ na minimalizacji skutków. W dalszym ciggu istnieje potrzeba szukania nowych rozwigzart technicznych i taktycznych w celu optymalizacji procedur prowadzgcych do bardziej efektywnych dzialart sluzb przy tego rodzaju zdarzeniach.

Stowa kluczowe: akumulator litowo-jonowy, Li-Ion, pozar, gaszenie, tlumienie Typ artykutu: artykul przeglgdowy

Przyjçty: 04.11.2021; Zrecenzowany: 06.12.2021; Zaakceptowany: 07.12.2021;

Identyfikatory ORCID autorów: P. Lesiak - 0000-0001-8465-2169; D. Pietrzela - 0000-0002-8201-454X; P. Mortka - 0000-0002-2661-3134; Autorzy wniesli równy wklad merytoryczny w powstanie artykulu;

Proszç cytowac: SFT Vol. 58 Issue 2, 2021, pp. 38-57, https://doi.org/10.12845/stt. 58.2.2021.3; Artykul udostçpniany na licencji CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/).

Introduction

Vehicles with electric or hybrid drive are more and more often found on the roads of our country. Due to a relatively short period of time since this type of propulsion became popular, the technology and the risks associated with it constitute a novelty for the rescuers. Therefore, during the rescue and firefighting operations, they exercise increased caution and distrust, in particular in situations when an electric energy storage unit in a vehicle is ignited. This article, based on the available publications, presents the fire characteristics of Li-Ion batteries, analyses the testing on the effectiveness of various types of extinguishing agents and presents the rules of conduct during extinguishing activities, at the same time formulating the rules for using these extinguishing agents, the effectiveness of which during fires of Li-Ion batteries is the highest.

Certain symptoms of climate change in our environment, which - according to leading international organizations responsible for environmental protection - may be caused by the use of hydrocarbon fuels, thus introduced are the so-called clean technologies of accumulating energy. They include, among others, energy storage systems made with the use of the lithium element. The dissemination of the above solutions is related to the reduction of the production costs of lithium technologies, including lithium-based batteries. Due to this, it is possible to use them to drive means of transport. Recently, a trend has been observed related to the electrification of vehicle drive systems, which has become a priority for a vast majority of the manufacturers.

For at least a decade, testing has been conducted in many centres responsible for safety, the purpose of which is to assess the risks associated with the use of Li-Ion batteries. On their basis, the issues of extinguishing activities, the use of extinguishing agents and the methods of their application were developed.

Wprowadzenie

Pojazdy z napçdem elektrycznym lub hybrydowym sq coraz czçsciej spotykane na drogach naszego kraju. Z uwagi na stosunkowo krotki okres od upowszechnienia siç tego rodzaju napçdu, dla ratownikow technologia, jak i zagrozenia z niq zwiqzane sta-nowiq pewnq nowosc. Dlatego podczas prowadzonych dziatan ratowniczo-gasniczych zachowujq oni wzmozonq ostroznosc i nieufnosc, w szczegolnosci w sytuacjach, w ktorych dochodzi do zaptonu zespotu gromadzenia energii elektrycznej w pojezdzie. W niniejszym artykule, w oparciu o dostçpne publikacje, zaprezen-towano charakterystykç pozarowq samych akumulatorow Li-Ion, przeanalizowano prace badawcze z zakresu efektywnosci roznego rodzaju srodkow gasniczych oraz przedstawiono zasady postç-powania podczas dziatan gasniczych, formutujqc jednoczesnie reguty uzycia tych srodkow gasniczych, ktorych skutecznosc podczas pozarow akumulatorow Li-Ion jest najwyzsza.

Pewne symptomy zmian klimatycznych w naszym otoczeniu, ktore - wedtug wiodqcych organizacji miçdzynarodowych odpo-wiedzialnych za ochronç srodowiska - mogq byc skutkiem uzywa-niem paliw wçglowodorowych powodujq, ze wdrazane sq tzw. czy-ste technologie gromadzenia energii. W ich sktad wchodzq m.in. uktady gromadzenia energii wykonane z wykorzystaniem pier-wiastka litu. Upowszechnienie siç powyzszych rozwiqzan zwiq-zane jest z obnizeniem kosztow produkcji technologii litowych, w tym akumulatorow, opartych na tym pierwiastku. Dziçki temu istnieje mozliwosc zastosowania ich do napçdzania srodkow trans-portu. W ostatnim czasie widoczny jest trend zwiqzany z elektry-fikacjq uktadow napçdowych pojazdow, ktory dla przewazajqcej wiçkszosci producentow stat siç obecnie priorytetem.

Od co najmniej dekady, w wielu osrodkach odpowiedzial-nych za bezpieczenstwo powszechne, prowadzone sq badania, ktorych celem jest ocena zagrozen zwiqzanych z uzytkowaniem

The entire process is focused on the development of rescue and firefighting guidelines for dealing with vehicles equipped with electric energy storage systems.

akumulatoröw Li-Ion. Na ich podstawie opracowywano m.in. pro-blematykç dziatan gasniczych, zastosowania srodköw gasni-czych i metod ich aplikacji. Catosc procesu ukierunkowana jest na wypracowanie wytycznych ratowniczo-gasniczych dotyczq-cych postçpowania z pojazdami wyposazonymi w uktady gro-madzenia energii elektrycznej.

Characteristics of fires in lithium-ion cells

Traction batteries (cells) of electric cars are treated as energy storage with a rated voltage of up to several hundred volts. They are an ecological alternative to the previously used fuels to power engines, i.e. gasoline, diesel oil, gas (LPG or LNG). Currently, manufacturers most often use lithium-ion batteries for electric vehicles. They consist of cells placed in parallel or in series. The number of cells determines the energy capacity, so usually (depending on the design) batteries can consist of up to thousands of cells. This translates into energy density and usable available power, enabling the vehicle to cover even greater distances on a single battery charge. Nevertheless, lead-acid batteries are still used to power the basic equipment of the vehicle (such as: lighting, on-board computer, radio). Manufacturers offer different shapes of cells, which allows them to be placed in many places - they are most commonly located in the floor of the vehicle (see Figure 1). It is the location of the cells that is particularly important from the point of view of extinguishing this type of fires.

Charakterystyka pozaröw ogniw litowo-jonowych

Akumulatory trakcyjne (ogniwa) samochodöw elektrycznych to magazyny energii o napiçciu znamionowym nawet kilkuset wol-töw. Stanowiq ekologicznq alternatywç dla stosowanych dotych-czas paliw do napçdzania silniköw tj. benzyny, oleju napçdowego, gazu (LPG lub LNG). Obecnie producenci najczçsciej stosujq do pojazdöw elektrycznych akumulatory litowo-jonowe. Zbudowane sq one z ogniw umieszczonych röwnolegle lub szeregowo. Liczba ogniw determinuje pojemnosc energetycznq, przez co zazwyczaj (w zaleznosci od konstrukcji) akumulatory mogq sktadac siç nawet z tysiçcy ogniw. Przektada siç to na gçstosc energii oraz uzytkowq moc dyspozycyjnq, umozliwiajqcq pokonywanie tak wyposazo-nym pojazdem - na jednym natadowaniu akumulatoröw - coraz wiçkszych dystansöw. Mimo to w dalszym ciqgu do zasilania podstawowych urzqdzen pojazdu (takich jak: oswietlenie, komputer poktadowy, radio) uzywane sq akumulatory kwasowo-oto-wiowe. Producenci oferujq rözne ksztatty ogniw, co pozwala na ich umieszczenie w wielu miejscach - najpowszechniej lokalizowane sq one w czçsci podtogowej pojazdu (zob. ryc. 1). Wtasnie aspekt umiejscowienia ogniw jest szczegölnie istotny z punktu widzenia gaszenia tego typu pozaröw.

Figure 1. A set of batteries located in a part of the vehicle floor Rycina 1. Zespot akumulatorow umieszczonych w podtodze pojazdu

Source / Zrodto: https://evduniya.com/ev-global/types-of-batteries-used-in-electric-vehicles-their-parameters.html / [dost^p: 04.11.2021].

Both the vehicle as well as the system and its components (in particular those on which movement is dependent) must be characterized by:

- operational reliability,

- long time of failure-free operation without any changes that worsen the functional properties,

- little or no environmental burden [1].

Zaröwno pojazd jako system, jak i jego elementy (w szcze-gölnosci te, od ktörych zalezne jest poruszanie siç) muszq cha-rakteryzowac siç:

- niezawodnosciq dziatania,

- dtugim czasem bezawaryjnej pracy bez zmian pogarsza-jqcych wtasciwosci uzytkowe,

- brakiem lub niewielkim obciqzeniem dla srodowiska natu-ralnego [1].

The cells consist of three basic elements: anode, cathode and electrolyte. The principle of operation is based on the movement of Li+ ions in the electrolyte between two electrodes. The lithium-ion battery is also called a shuttle battery or a rocking-chair battery because the bidirectional movement of lithium ions between the anode and cathode through the electrolyte occurs during the charging and discharging process [2].

Ogniwa sktadajq siç z trzech podstawowych elementow: anody, katody i elektrolitu. Zasada dziatania polega na przemiesz-czaniu siç jonow Li+ w elektrolicie pomiçdzy dwoma elektrodami. Elektrody zanurzone sq w roztworze soli litu w postaci cieczy, zelu lub przewodzqcego polimeru. Akumulator litowo-jonowy nazy-wany jest rowniez akumulatorem wahadtowym lub akumulato-rem fotela bujanego, poniewaz dwukierunkowy ruch jonow litu miçdzy anodq a katodq przez elektrolit zachodzi podczas procesu tadowania i roztadowania [2].

f-\

Figure 2. Diagram of the operation of a lithium-ion cell Rycina 2. Schemat dziatania ogniwa litowo-jonowego

Source / Zrodto: M. Wakihara, Recent developments in lithium ion batteries, „Materials Science and Engineering" 2021, 33, 109-134 [2].

A fire - according to the definition - is any case of an uncontrolled combustion process. The condition for initiating and maintaining the phenomenon is a combustion tetrahedron. This definition is also appropriate to characterize a fire of lithium-ion cells. The main fuel is the cell electrolyte. The electrolyte solution contains an organic solvent and an inorganic salt. The most common solvents used in the cells are: ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate and diethyl carbonate. The most commonly used electrolyte salt is lithium hexafluorophos-phate (LiPF6). It was determined that it is a compound with low thermal stability [3]. Under normal conditions of use, the cell is a closed system without air access, which excludes the possibility of fire or explosion. However, inappropriate use (including emergencies) increases the risk of thermal runaway. The conducted testing confirms that when an uncontrolled thermal reaction occurs in a cell, the charged electrode becomes an unstable material. In particular, phenomena such as short-circuit, overload, use of reverse polarity have a negative impact here. The authors describe them as a chain reaction or a domino effect, which in turn leads to a fire or even an explosion [4]. The above is presented in Figure 3.

Pozar - zgodnie z definicjq - to kazdy przypadek niekontro-lowanego procesu spalania. Warunkiem zainicjowania, jak i pod-trzymania zjawiska jest czworoscian spalania. Definicja ta jest wtasciwa rowniez dla charakterystyki pozarow ogniw litowo-jo-nowych. Gtownym paliwem jest elektrolit ogniwa. Roztwor elektrolitu zawiera rozpuszczalnik organiczny i sol nieorganicznq. Najpopularniejsze rozpuszczalniki stosowane w ogniwach to: w?glan etylenu, w?glan propylenu, w?glan dimetylu oraz w?glan dietylu. Najcz^sciej uzywanq solq elektrolitycznq jest heksaflu-orofosforan litu (LiPF6). Okreslono, ze jest to zwiqzek o niskiej stabilnosci termicznej [3]. W normalnych warunkach uzytkowania ogniwa to system zamkni^ty bez dost^pu powietrza, co wyklucza prawdopodobienstwo pozaru lub wybuchu. Jednakze nieodpo-wiednie uzytkowanie (w tym sytuacje awaryjne) powoduje wzrost ryzyka wystqpienia zjawiska bardzo szybkiego wzrostu tempera-tury (ang. thermal runaway). Prowadzone badania potwierdzajq, ze gdy w ogniwie dochodzi do niekontrolowanych reakcji termicz-nych, natadowana elektroda staje si? materiatem niestabilnym. W szczegolnosci negatywny wptyw wywierajq tu zjawiska, takie jak zwarcie, przetadowanie, zastosowanie odwrotnej polaryza-cji. Autorzy opisujq je jako reakcj? tancuchowq lub efekt domina, ktory w konsekwencji prowadzi do pozaru, a nawet wybuchu [4]. Powyzsze przedstawiono na rycinie 3.

Abuse e.g. over charge, short, etc / Naduzycia, m.in. prze-tadowanie, zwarcie itp

Figure 3. Domino effect leading to the fires of lithium-ion cell Rycina 3. Efekt domina prowadzgcy do pozarow ogniw litowo-jonowych

Source / Zrodto: [4].

In the closed volume of the system, which can be called a battery, the temperature increases, which leads to self-heating. This phenomenon favors the occurrence of chemical reactions and a further increase in temperature. When the generated heat is greater than its losses, the process becomes irreversible - the thermal runaway phenomenon described above then takes place [4]. As a consequence, the combustible components of the battery itself and other nearby components ignite. In case of a passenger vehicle, the interior of which is mostly finished with plastic materials, the time of the fire spreading is short and characterized by considerable dynamics.

Even in the event of thermal stability, a heated Li-ion battery (e.g. due to external fire) may emit flammable and toxic gases such as hydrogen fluoride (HF) and phosphoryl trifluoride (POF3). The source of fluorine compounds is primarily the electrolyte, but also binders (e.g. PVdF) of the active electrode materials. The electrolyte usually contains flammable organic solvents, some of which are volatile at moderate temperatures (below 100°C). The results of the performed fire tests confirm the potential emission of HF and POF3 compounds from the cells in the amounts that are toxic to humans. Moreover, the cells can emit flammable gases, e.g. H2, CO, CO2, CH4, C2H6 and C2H4 [5].

W zamkni?tej obj?tosci systemu, jakq mozna nazwac bate-ri?, dochodzi do zwi?kszania temperatury, co prowadzi do samo-nagrzewania. Zjawisko to sprzyja wyst?powaniu reakcji chemicz-nych i dalszemu wzrostowi temperatury. Gdy generowane ciepto jest wi?ksze od jego strat, proces staje si? nieodwracalny - nast?-puje wowczas opisane wyzej zjawisko thermal runaway [4]. W kon-sekwencji tego dochodzi do zaptonu sktadnikow palnych samej baterii oraz innych elementow b?dqcych w poblizu. W przypadku pojazdu osobowego, ktorego wn?trze wykonczone jest w wi?kszo-sci materiatami z tworzyw sztucznych, czas rozprzestrzenienia pozaru jest krotki i charakteryzuje si? znacznq dynamikq.

Nawet w przypadku stabilnosci termicznej podgrzany aku-mulator Li-ion, (np. wskutek oddziatywania pozaru zewn?trznego) moze wydzielac tatwopalne i toksyczne gazy, takie jak fluorowo-dor (HF) i trifluorek fosforylu (POF3). Zrodtem zwiqzkow fluoru jest przede wszystkim elektrolit, ale rowniez spoiwa (np. PVdF) mate-riatow elektrod aktywnych. Elektrolit zwykle zawiera palne rozpusz-czalniki organiczne, z ktorych niektore sq lotne w umiarkowanych temperaturach (ponizej 100°C). Wyniki wykonanych testow pozaro-wych potwierdzajq potencjalnq emisj? z ogniw zwiqzku HF i POF3 w ilosci, ktore sq toksyczne dla ludzi. Ponadto, ogniwa mogq emi-towac gazy palne, np. H2, CO, CO2, CH4, C2H6 i C2H4 [5].

Research work

The American organization called National Fire Protection Association (NFPA) in the years 2013-2016 published a series of materials on extinguishing fires of traction battery. Tests, demonstrations and recommendations have been prepared in view of the growing number of fully electric or hybrid vehicles.

A battery fire in Li-Ion technology can in some cases be associated with a very rapid temperature runaway (thermal runaway). As shown by the available materials developed by leading research centres (including NFPA), the amount of water

Prace badawcze

Amerykanska organizacja National Fire Protection Association (NFPA) w latach 2013-2016 opublikowata seriç materiatow na temat gaszenia pozarow akumulatorow trakcyjnych. Testy, demonstrate i zalecenia przygotowano z uwagi na rosnqcq liczbç pojaz-dow wykorzystujqcych napçd w petni elektryczny lub hybrydowy.

Pozar akumulatora w technologii Li-Ion w pewnych przypad-kach moze wiqzac siç z bardzo szybkim wzrostem temperatury (ang. thermal runaway). Jak wykazujq dostçpne materiaty opra-cowane przez wiodqce osrodki badawcze (m.in. National Fire

necessary to permanently extinguish a fully electric vehicle (or in fact lithium-ion batteries) is very large - sometimes even several times greater than in the case of cars with a hybrid drive or exhaust gas. In studies conducted by NFPA, 5-10 m3 of water were used depending on the specific case. It should be borne in mind that the element hindering the firefighting activities is, among others, the fact that the energy storage package is most often located in the lower part of the vehicle and is enclosed by the casing elements.

It is important, above all, that extinguishing a fire (disappearance of the visible combustion process) does not solve the problem, because in case of commonly used Li-Ion batteries, the fire may re-emerge. Interruption of the combustion process and a certain extinguishing effect can only be achieved by permanently lowering the temperature of all cells. If the cell temperature remains high, there is a high risk of the fire of the battery re-emerging above a certain threshold. Depending on many factors, the combustion process may take place after a while, after several hours or even after one day. The value of this temperature will vary depending on the type of used cell design solutions and the entire battery. In electric vehicles, a fire can occur without visible symptoms from the outside, e.g. due to the changes inside the battery (internal short circuits that increase the temperature or leakage in the cooling system, whereby liquid seeps into live parts and causes a short circuit with a subsequent fire). The time scales of these phenomena may range from a few seconds to several days.

At the turn of the last decade, tests were carried out to assess the extinguishing effect of various methods and extinguishing agents that were used during a fire in Li-Ion batteries. Such tests were carried out by the Federal Aviation Administration (FAA) and the Civil Aviation Authority (CAA). The research on the method of extinguishing fires of lithium-based batteries made in the USA is also worth mentioning - in FM Global, the aforementioned NFPA and the State Key Laboratory of Fire Science [6].

The FAA agency carried out a number of experiments that were to enable the selection of the most effective extinguishing agent from among the solutions available on the market, assessing, among others, the cooling effects of energy storage systems. During the tests, fire simulations were also used. The extinguishing agent halon 1211 - bromochlorodifluoromethane - CF2ClBr and agents based on water with additives: Hartindo AF31, Hartindo AF21, A-B-D were compared. Gaseous extinguishing agents were also compared: FM-200, FE-36, Halotron I with Purple K and Novec 1230 extinguishing agents. The results show that the aqueous solutions have a great potential to lower the temperature - a significant cooling effect is observable. In case of extinguishing agents that do not contain water, the temperature lowering effect will not be the primary mechanism for extinguishing a battery fire. Increasing the output of these types of extinguishing agents has no measurable impact, unlike water-based agents. Figure 4 shows the effect of cooling the battery surface by various extinguishing agents [7].

Protection Association, NFPA), ilosc wody konieczna do trwa-tego ugaszenia pojazdu w petni elektrycznego (a w zasadzie aku-mulatorow litowo-jonowych) jest bardzo duza - czasami nawet kilkukrotnie wiçksza niz w przypadku samochodow z napçdem hybrydowym lub spalinowych. W badaniach prowadzonych przez NFPA, w zaleznosci od konkretnego przypadku zuzyto 5-10 m3 wody. Nalezy miec na wzglçdzie, ze elementem utrudniajqcym dziatania gasnicze jest m.in. to, ze pakiet uktadu gromadzenia energii znajduje siç najczçsciej w dolnej czçsci pojazdu i jest zabudowany elementami ostonowymi.

Istotne jest przede wszystkim, ze ugaszenie ognia (zanik widocznego procesu spalania) nie rozwiqzuje problemu, gdyz w przypadku powszechnie stosowanych akumulatorow Li-Ion pozar moze rozwinqc siç ponownie. Przerwanie procesu spalania i pewny efekt gasniczy mozna osiqgnqc wytqcznie poprzez trwate obnizenie temperatury wszystkich ogniw. Jezeli temperatura ogniw pozostaje wysoka, powyzej pewnego progu istnieje wysokie ryzyko ponownego wystqpienia pozaru akumulatora. W zaleznosci od wielu czynnikow proces spalania moze nastqpic po chwili, po kilku godzi-nach lub nawet po jednej dobie. Gaszenie wodq ma zatem na celu schtodzenie ogniw do temperatury rzçdu kilkudziesiçciu stopni. War-tosc tej temperatury bçdzie rozna w zaleznosci od typu zastoso-wanych rozwiqzan konstrukcyjnych ogniw i catego akumulatora. W pojazdach elektrycznych moze dojsc do pozaru bez widocznych symptomow z zewnqtrz, np. z powodu zmian wewnqtrz akumulatora (wewnçtrzne zwarcia, ktore zwiçkszajq temperature lub wycieki w uktadzie chtodzenia, przez co ciecz przedostaje siç do czçsci pod napiçciem i powoduje zwarcie z pozniejszym pozarem). Skale cza-sowe tych zjawisk mogq wynosic od kilku sekund do kilku dni.

Na przetomie ostatniej dekady przeprowadzono testy, majqce na celu ocenç dziatania gasniczego roznych metod i srodkow gasniczych, ktore zastosowano podczas pozaru akumulatorow Li-Ion. Testy takie przeprowadzone zostaty przez organizacje Federal Aviation Administration (FAA) oraz Civil Aviation Authority (CAA). Na uwagç zastugujq takze badania sposobu gasze-nia pozarow akumulatorow zbudowanych w technologii litowej wykonane w USA - w FM Global, wspomnianej wczesniej NFPA i State Key Laboratory of Fire Science [6].

Agencja FAA wykonata szereg eksperymentow, ktore miaty umozliwic wybor najefektywniejszego srodka gasniczego sposrod dostçpnych na rynku rozwiqzan, poddajqc ocenie m.in. efekty chtodzenia uktadow gromadzenia energii. Podczas badan positkowano siç takze wykonanymi symulacjami pozarow. Porownano srodek gasniczy halon 1211 - bromochlorodifluorometan - CF2ClBr oraz srodki na bazie wody z dodatkami: Hartindo AF31, Hartindo AF21, A-B-D. Porownano rowniez srodki gasnicze w postaci gazowej: FM-200, FE-36, Halotron I ze srodkami gasniczymi Purple K oraz Novec 1230. Wyniki wskazujq, ze roztwory wodne posiadajq duzy potencjat w zakresie obnizenia temperatury - mozliwy do zaob-serwowania jest znaczqcy efekt chtodzqcy. W przypadku srodkow gasniczych, ktore nie zawierajq wody, efekt obnizenia temperatury nie bçdzie gtownym mechanizmem gasniczym pozaru akumulatora. Zwiçkszanie wydatku tego typu srodkow gasniczych nie daje mierzalnego wptywu, w przeciwienstwie do srodkow opar-tych na wodzie. Na rycinie 4 przedstawiono wptyw wychtadzania powierzchni akumulatora przez rozne srodki gasnicze [7].

Figure 4. Effect of cooling the battery surface by various extinguishing agents Rycina 4. Wptyw wychtadzania powierzchni akumulatora przez rözne srodki gasnicze

Source / Zrodto: T. Maloney, Extinguishment of Lithium-Ion and Lithium-Metal Battery Fires, US Department of Transportation, Technical Report, Federal Aviation Administration 2014, 46-51 [7].

The FAA continued its research to show that the success of the extinguishing operation in battery fires is ensured by the use of a mechanism of heat collection, which prevents or reduces the combustion process. A series of tests were carried out to assess this effect, using a Li-Ion 18650 battery with a capacity of 2600 mAh and a charge level (SOC) of approx. 50%. It was heated by fire to the limit of the spontaneous process of temperature increase. Subsequently, the extinguishing agents in the liquid phase were applied to it at ambient conditions. They were: water, AF-31, AF-21, A-N-D and Novec 1230. These liquids were applied to the burning cell in the form of free outflow from a container with a volume of 0.5 dm3. Other extinguishing agents such as Halon1211, Halotron, I, FM and Purple-K were also used. The results of the experiment clearly indicate that the liquid - in ambient conditions - extinguishing agents are the most effective in collecting the heat released during the combustion of the material contained in the lithium battery.

At the Institute of China Classification Society [8], a series of studies was carried out to assess the extinguishing efficiency of batteries in lithium technology. Carbon dioxide, dry powder and HFC 227ea (FE227TM and FM-200®) were analysed. The assessment was made on the basis of the following criteria:

- the amount of produced smoke,

- extinguishing speed,

- the possibility of recurrence of combustion.

The use of carbon dioxide leaves no doubt that this gas does not have good extinguishing properties, which are responsible for effectively removing heat from a burning cell - similar to a powder extinguishing agent. HFC227ea was the most effective. Similar results were confirmed in a study conducted at the University of Science and Technology of China [9]. The general conclusions that can be deduced from these activities are focused on the efficiency of heat collection by water with or without additives. Their participation in certain situations increases the physical properties responsible for the effectiveness in terms of heat reception. It is also hardly effective to administer water to the area of a burning accumulator in the form of a water mist.

The F-500 water additive, developed by Control Arts Inc. (HCT), has many advantages and extinguishing potential. The additive does not increase the wetting properties of the water, nor does

FAA kontynuowata badania w celu wykazania, ze gwarantem powodzenia dziatania gasniczego podczas pozarow akumulato-row jest wykorzystanie mechanizmu odbierania ciepta, co zapo-biega procesowi spalania lub go ogranicza. Wykonano szereg testow ukierunkowanych na ocenç tego efektu, wykorzystujqc do tego celu akumulator Li-Ion 18650 o pojemnosci 2600 mAh i poziomie natadowania (SOC) ok. 50%. Ogniowo zostato pod-grzane do granicy samoistnego procesu wzrostu temperatury. Nastçpnie podano na niego srodki gasnicze bçdqce w fazie cie-ktej w warunkach otoczenia. Byty to: woda, AF-31, AF-21, A-B-D i Novec1230. Ciecze te podano na palqce siç ogniwo w postaci swobodnego wyptywu z pojemnika o objçtosci 0,5 dm3. Uzyto takze innych srodkow gasniczych, takich jak: Halon1211, Halotron, I, FM i Purple-K. Efekty eksperymentu jednoznacznie wska-zujq na to, ze ciekte - w warunkach otoczenia - srodki gasnicze sq najbardziej efektywne w odbieraniu ciepta wydzielanego podczas spalania materiatu zawartego w akumulatorze litowym.

W Institute of China Classification Society [8] przeprowadzono seriç badan dotyczqcych oceny skutecznosci gasniczej podczas pozaru akumulatorow w technologii litowej. Przeanalizowano dwu-tlenek wçgla, proszek gasniczy oraz HFC 227ea (FE227TM oraz FM-200®). Oceny dokonano na podstawie nastçpujqcych kryteriow:

- ilosc powstatego dymu,

- szybkosc gaszenia,

- mozliwosc nawrotu spalania.

Zastosowanie dwutlenku wçgla nie pozostawia wqtpliwosci, ze gaz ten nie posiada dobrych wtasciwosci gasniczych odpo-wiadajqcych za efektywne odbieranie ciepta z ptonqcego ogniwa - podobnie jak srodek gasniczy w postaci proszku. Najbardziej efektywny byt HFC227ea. Podobne wyniki zostaty potwierdzone w ramach badania wykonanego w University of Science and Technology of China [9]. Generalne wnioski, jakie wynikajq z tych dziatan, oscylujq wokot skutecznosci odbierania ciepta przez wodç bez dodatkow bqdz z dodatkami. Ich udziat w pewnych sytuacjach podwyzsza wtasciwosci fizyczne odpowiedzialne za skutecznosc w aspekcie odbioru ciepta. Trudno takze uznac za skuteczne podawanie w obszar palqcego siç akumulatora wody w postaci mgty wodnej.

Sporymi zaletami i potencjatem gasniczym charakteryzuje siç dodatek do wody o nazwie F-500, opracowany przez firmç

it create a foam layer. It is given in the concentration range of 0.25-1% for group A fires and increased concentrations in the range of 3-6% for group B fires. It works, among other things, by lowering the surface tension, thanks to which it is able to cover a large surface of, for example, a burning liquid in a short time, and - importantly - strongly enhances the effect of heat absorption (6-10 times compared to pure water).

In 2009, Bosch conducted a series of tests of water, firefight-ing foam and powders together with water mixtures with F-500 to evaluate the effectiveness of extinguishing fires of lithium batteries. This work showed that F-500 is a leader among the selected materials. In 2013, DEKRA applied this measure in the event of a fire in batteries used in vehicles whose ignition was caused by an external fire effect, originating from the burnt n-heptane. Already at a concentration of 1% of F-500 in water, a significant improvement was achieved over pure water. It turns out that the properties of F-500 described above significantly improve the extinguishing properties of water. This finds practical application during fires of batteries made in lithium technology.

A team of scientists from Italy performed testing on a single lithium-ion cell and a set of interconnected cells [10]. The tests were carried out using a flame of an LPG burner with a power of approx. 7.5 kW, to which the tested system was exposed. EIG C020 lithium-ion cells were used and the extinguishing efficiency of carbon dioxide, foam, dry powder, clean water and water fog was assessed. The treated cells were charged to 50% SOC. As described above, the tests were carried out on single cells and on a package consisting of 48 cells. An example of a constructed sample and a stand is presented in Figure 5.

Control Arts Inc (HCT). Dodatek nie podwyzsza wtasciwosci zwil-zajqcych wody, ani tez nie tworzy warstwy piany. Podawany jest w zakresie st?zeri 0,25-1% dla grupy pozarow A i zwi?kszonych st?zeniach w zakresie 3-6% dla pozarow grupy B. Jego dzia-tanie polega mi?dzy innymi na obnizeniu napi?cia powierzch-niowego, dzi?ki czemu w krotkim czasie jest w stanie pokryc znacznq powierzchni? np. ptonqcej cieczy oraz - co istotne - silnie wzmacnia efekt odbierania ciepta (6-10 razy w porow-naniu do czystej wody).

W 2009 r. firma Bosh przeprowadzita seri? badari wody, pian gasniczych oraz proszkow wraz z mieszaninami wody z F-500 pod kqtem oceny skutecznosci gaszenia pozarow akumulatorow litowych. Prace te pokazaty, ze F-500 jest wiodqcy sposrod wybranych materiatow. W 2013 r. DEKRA zastosowata ten sro-dek w trakcie pozaru akumulatorow stosowanych w pojazdach, ktorych zapton byt wywotywany zewn?trznym oddziatywaniem ognia, pochodzqcym ze spalanego n-heptanu. Juz przy st?zeniu 1% F-500 w wodzie uzyskano znacznq popraw? wzgl?dem czystej wody. Okazuje si?, ze wyzej opisane wtasciwosci F-500 w sposob znaczqcy poprawiajq wtasciwosci gasnicze wody. Znajduje to praktyczne zastosowanie podczas pozarow akumulatorow wyko-nanych w technologii litowej.

Zespot naukowcow z Wtoch wykonat badania na pojedyn-czym ogniwie litowo-jonowym oraz na zestawie potqczonych ogniw [10]. Testy byty przeprowadzone z wykorzystaniem pto-mienia palnika LPG o mocy ok. 7,5 kW, na ktorego dziatanie byt wystawiany badany uktad. Wykorzystano ogniwa litowo-jonowe EIG C020 i oceniono skutecznosc gasniczq dwutlenku w?gla, piany gasniczej, proszku gasniczego, czystej wody oraz mgty wodnej. Poddawane ogniwa byto natadowane do 50% SOC. Jak opisano wyzej, testy przeprowadzono na pojedynczych ogniwach oraz pakiecie sktadajqcym si? z 48 ogniw. Przyktad zbudowanej probki oraz stanowiska przedstawiony zostat na rycinie 5.

Figure 5. Battery system and test stand used during the tests

Rycina 5. Uktad akumulatora oraz stanowisko badawcze wykorzystane podczas testow Source / Zrodto: [10].

During the tests, an infrared camera was used to monitor the degree of heating of the surfaces of the tested devices. A single cell was heated to a temperature of approx. 650°C by means of an external fire. Then, an extinguishing agent was applied to its surface, of which carbon dioxide, foam, extinguishing powder, clean water and water fog were used for the cell. Water was used to extinguish the battery. In the described test, the cell exposed

Podczas testow uzyto kamery na podczerwieri do monitoro-wania stopnia nagrzewania si? powierzchni badanych urzqdzeri. Pojedyncze ogniwo zostato ogrzane za pomocq ognia zewn?trz-nego do temperatury ok. 650°C. Nast?pnie na jego powierzchni? podano srodek gasniczy, z czego dla ogniwa zastosowano dwutlenek w?gla, pian? gasniczq, proszek gasniczy, czystq wod? i mgt? wodnq. Do gaszenia akumulatora uzyto wody. W opisanym

to the LPG flame reached a temperature of about 650°C in 2 minutes (see Figure 6). After the burner was turned off, the cell temperature dropped to approx. 400°C within 6 minutes. During the tests, the leakage of gases from the cell and their ignition as well as the swelling effect of the cell were observed. The effects of gas outflow and the increase in cell volume are shown in Figure 7.

badaniu ogniwo wystawione na dziatanie ptomienia LPG osiqgnçto temperature ok. 650°C w ciqgu 2 min (zob. ryc. 6). Po wytqczeniu palnika temperatura ogniwa spadta do ok. 400°C w ciqgu 6 min. Podczas testów obserwowano wyciek gazów z ogniwa i ich zapton oraz pojawienie siç efektu puchniçcia ogniwa. Efekty wyptywu gazów oraz zwiçkszenie objçtosci ogniwa pokazano na rycinie 7.

Time / Czas (s)

Figure 6. Maximum temperature of the heated cell - 650°C Rycina 6. Maksymalna temperatura ogrzewanego ogniwa - 650°C Source / Zródto: [10].

Figure 7. Effects of gas outflow and increase in cell volume Rycina 7. Efekty wyptywu gazow oraz zwi^kszenie obj^tosci ogniwa Source / Zrodto: [10].

The multi-cell package has been built in such a manner as to reduce the likelihood of uncontrolled thermal propagation by ensuring an appropriate distance between the cells (heat exchange between them has been minimized). In this case, it was observed that the uncontrolled combustion process of a single cell causes the uncontrolled transfer of the combustion mechanism to adjacent cells through various actions: direct contact, hot gas blast, flame impingement (see Figure 8). The maximum temperature reached in the system of the built battery was approx. 700°C, and the flame height - up to 2 meters.

Pakiet wieloogniwowy zostat zabudowany w taki sposób, aby zmniejszyc prawdopodobienstwo niekontrolowanej propagacji termicznej poprzez zapewnienie odpowiedniego odstçpu miç-dzy komórkami (zminimalizowano wymianç ciepta miçdzy nimi). W tym przypadku zaobserwowano, ze niekontrolowany przebieg spalania pojedynczego ogniwa powoduje niekontrolowane prze-noszenie siç mechanizmu spalania na sqsiednie ogniwa poprzez rózne dziatania: bezposredni kontakt, uderzenie gorqcych gazów, uderzenie ptomienia (zob. ryc. 8). Maksymalna temperatura, jakq osiqgniçto w uktadzie zbudowanego akumulatora, wyniosta ok. 700°C, a wysokosc ptomienia - do 2 metrów.

Figure 8. Uncontrolled combustion of the tested system Rycina 8. Niekontrolowane spalanie badanego uktadu Source / Zrodto: [10].

The results of the quenching (cooling) tests of individual cells are presented in Figure 9. Among the various tested agents, water and foam were the most effective because they lowered the cell

Wyniki testów gaszenia (ochtadzania) pojedynczych ogniw przedstawiono na rycinie 9. Sposród róznych badanych srodków woda i piana byty najskuteczniejsze, poniewaz w krótkim czasie

temperature and extinguished the fire in a short time (<20 s). Water mist turned out to be less effective and its use poses many problems, including, among others: the uniformity of the applied water mist cannot be guaranteed - the liquid droplets reach the combustion surface with the energy that may be too small to effectively penetrate the stream of extracting gases out of the cells when they burn. Small extinguishing effects were also noted with regard to CO2 and extinguishing powder.

(<20 s) obnizyty temperature ogniwa i gasity ogien. Mgta wodna okazata si? mniej efektywna, a jej wykorzystanie stwarza wiele problemow, m.in.: nie mozna zagwarantowac jednorodnosci sto-sowanej mgty wodnej - kropelki cieczy docierajq do powierzchni spalania z energiq, ktora moze byc zbyt mata, aby skutecznie przedrzec si? przez strumien gazow wydobywajqcych si? z ogniw podczas ich spalania. Niewielkie efekty gasniczy odnotowano takze w odniesieniu do CO2 i proszku gasniczego.

?oo 600 SOO 400

- Dry pamdtr

300

3S0

Time / Czas (s)

Figure 9. Cell drop while cooling down was recorded Rycina 9. Zanotowany spadek ogniw podczas ich ochtadzania

Source / Zrodto: P. Russoa, C. Di Barib, M. Mazzaroc, A. De Rosac, I. Morriellod.,Effect/Ve Fire Extinguishing Systems for Lithium-ion Battery Morriellod, „Chemical Engineering Transactions" 2018, vol. 67, 727-732 [10].

The graph above shows that using water as expected results in a rapid drop in cell temperature. A similar effect can be observed when using foam. The use of the latter measure may give rise to further considerations, since the foam layer may form a fixed area that allows heat to be received for a longer period of time than with the use of water. In such a case, the foam keeps the water in a specific place, preventing it from running off the surface of the accumulator, which promotes heat collection.

It is worth emphasizing the fact that the conducted research aimed at developing technical solutions for storage facilities, e.g. energy or batteries intended for processing, made in lithium technology. The results of such work are presented in the report prepared in 2019 by the Fire Protection Research Foundation [11]. Small and large-scale free-burning tests and large-scale sprinkler tests were carried out on various types of energy storage systems, i.e. lithium-ion batteries: lithium-iron-phosphate (Li-FePO4, denoted as LFP) and oxide Lithium Nickel Oxide (LNO) and Lithium Manganese Oxide (LMO). The tests were carried out to assess the extinguishing effects, taking into account the proximity of flammable and non-flammable materials and the effectiveness of sprinkler protection. Each type of test showed that for all types of battery technology, the ignition of a single battery was sufficient to fire all modules in the tested system. By comparing the two types of batteries, each test step showed that LFP modules presented a lower risk of fire than LNO/LMO modules. One sprinkler was able to control the spread of fire during the LFP test. In the test with LNO/LMO batteries, many sprinklers were activated, which resulted in water covering an area of over 230 m2. Despite this, the fire spread from the start of the fire to neighbouring areas. On the basis of the performed research, certain universal conclusions can be drawn. Fire control of LFP

Powyzszy wykres pokazuje, ze zastosowanie wody - zgod-nie z oczekiwaniami - skutkuje szybkim spadkiem temperatury ogniw. Podobny efekt mozna zaobserwowac w przypadku zasto-sowania piany gasniczej. Uzycie tego ostatniego srodka moze byc impulsem do dalszych rozwazan, poniewaz warstwa piany moze tworzyc utrwalony obszar, ktory umozliwiac b?dzie odbie-ranie ciepta przez dtuzszy - niz przy zastosowaniu wody - okres czasu. Piana w takim przypadku zapewnia utrzymanie wody w okreslonym miejscu, zapobiegajqc jej sptywaniu z powierzchni akumulatora, co sprzyja odbiorowi ciepta.

Warto zwrocic uwag? na prowadzone badania, majqce na celu wypracowanie rozwiqzan technicznych dla magazynow np. ener-gii lub akumulatorow przewidzianych do przetworzenia wykona-nych w technologii litowej. Efekty takich prac przedstawia raport przygotowany w 2019 roku przez Fire Protection Research Foundation [11]. Przeprowadzono testy swobodnego spalania na matq i duzq skal? oraz testy z uzyciem instalacji tryskaczowych na duzq skal?, na roznych typach systemow magazynowania energii, tj. akumulatorow litowo-jonowych: litowo-zelazowo-fosforanowy (Li-FePO4, ozn. LFP) i tlenku litowo-niklowego (LNO) oraz tlenku litowo-manganowego (LMO). Badania wykonano w celu oceny efektow gaszenia, biorqc pod uwag? bliskosc materiatow palnych i niepalnych oraz skutecznosci ochrony tryskaczowej. Kazdy rodzaj testu wykazat, ze dla wszystkich rodzajow technologii wykonania akumulatorow zapton pojedynczego akumulatora byt wystarcza-jqcy, aby objqc pozarem wszystkie moduty w testowanym uktadzie. Porownujqc dwa typy akumulatorow, kazdy z etapow testow wyka-zat, ze moduty LFP stwarzajq mniejsze ryzyko pozaru niz moduty LNO/LMO. Podczas testu LFP jeden tryskacz wykazywat zdolnosc kontrolowania rozprzestrzeniania si? ognia. W tescie z akumula-torami LNO/LMO aktywowato si? wiele tryskaczy, czego efektem

batteries (stored up to 4.6 m) with a sprinkler system is possible and does not require special measures. In this case, provide a water supply for at least 90 minutes. The last recommendation applies especially to rooms intended for the so-called energy storage. For LNO/LMO batteries, fire develops significantly faster and is likely to spread to adjacent storage systems. In case of batteries, FM Global recommends to use free burning tests to determine the appropriate minimum safe distances between the batteries. Such action should be carried out in situations where sprinkler protection cannot be provided or where it is possible to change the functional development of the space intended for energy storage during its use. Large-scale tests can also be carried out to select sprinkler system parameters such as: minimum water supply time, expenditure, protected area. It should be noted that after the fire has been extinguished, the fire brigade forces should assist until the batteries are removed from the site by a specialized entity (due to the risk of the cells catching fire again). Currently, there are no reliable studies that would enable the selection of appropriate water expenditure that should be given to a fire by fire brigades. However, there is no doubt that firefighters considering water jets in the event of fires in energy storage areas should proceed with caution, taking into account the risks associated with degassing / venting the batteries and the potential explosion hazard.

In their article, C. Un and K. Aydin [12] described experiments concerning, among others, fire suppression systems, the features of which make it possible to use in practice. They also widely addressed the issue of the dangerous thermal runaway phenomenon, which initiates the massive and sudden burning of fuel in the cells. Experiments related to this phenomenon were carried out with different types of lithium batteries. Ten experiments were carried out, and the extinguishing tests were carried out using a fire-extinguishing nozzle and an automatic extinguishing system based on boron compounds.

Fire experiments were carried out on the basis of cells as well as modules and packages. In the A series test, cells and batteries were placed on a stand under which a propane burner was placed, generating a thermal power of 10 kW and 400 kW. The indicated type of heating has been applied to other types of batteries in the same way and under the same conditions. In this series, in case of cell fires, clean water proved to be an effective and convenient means of extinguishing, due to its ability to lower the temperature very quickly. In case of starting the self-heating process, the battery also had additional effects: loud noises, smoke, and it was practically impossible to put out the fire. The total burning time may be up to 1 hour without the intervention of a fire brigade. In this series of experiments, it was necessary to use significant amounts of water to completely extinguish the combustion. In case of cylindrical cells, an explosion risk and a splintering effect were observed. During a fire, gaps were formed in the housing, which allowed better penetration of the extinguishing agents into the interior and faster cooling of the battery. During the thermal decomposition process, a strong gas release effect was observed, which increased with increasing temperature inside the battery. Intense bursts of cylindrical cells were also observed. As the battery size increases, the amount

byto pokrycie wodq powierzchni ponad 230 m2. Pomimo tego ogien rozprzestrzenit siç z miejsca zapoczqtkowania pozaru na obszary sqsiednie. Na podstawie wykonanych badan mozna sformutowac pewne uniwersalne wnioski. Kontrola pozaru akumulatorow wykonanych w technologii LFP (sktadowanych do wysokosci 4,6 m) za pomocq instalacji tryskaczowej jest mozliwa i nie wymaga specjal-nych srodkow. W takim przypadku nalezy zapewnic zapas wody na przynajmniej 90 minut. Ostatnie zalecenie dotyczy zwtaszcza pomieszczen przeznaczonych na tzw. magazyny energii. W przypadku akumulatorow LNO/LMO pozar rozwija siç znaczenie szybciej i istnieje wysokie prawdopodobienstwo, ze rozprzestrzeni siç on na sqsiednie uktady gromadzenia energii. W przypadku akumulatorow FM Global zaleca, aby w celu okreslenia wtasciwych minimalnych odlegtosci bezpiecznych pomiçdzy akumulatorami positkowac siç przeprowadzonymi testami swobodnego spalania. Takie dziatanie powinno byc przeprowadzone w sytuacjach, w ktorych nie mozna zapewnic ochrony tryskaczowej lub w ktorych istnieje mozliwosc zmiany zagospodarowania funkcjonalnego przestrzeni przeznaczo-nej na magazyn energii w trakcie jego uzytkowania. Wielkoskalowe testy mogq byc takze przeprowadzone w celu doboru parametrow instalacji tryskaczowej, takich jak: minimalny czas zaopatrze-nia w wodç, wydatek, powierzchnia chroniona. Dotyczy to przede wszystkim sytuacji, w ktorych magazyny energii wymagajq szcze-golnego zabezpieczenia ze wzglçdu na rolç, jakq petniq. Zaznaczyc nalezy, ze po ugaszeniu pozaru sity strazy pozarnej powinny asysto-wac do czasu zabrania akumulatorow z pogorzeliska przez wyspe-cjalizowany podmiot (ze wzglçdu na niebezpieczenstwo ponownego zapalenia siç ogniw). Brak jest obecnie miarodajnych opracowan, ktore umozliwiatyby dobor odpowiednich wydatkow wody, jaka powinna byc podawana do pozaru przez jednostki strazy pozarnej. Natomiast nie ulega wqtpliwosci, ze strazacy rozwazajqcy podanie prqdow wody w przypadku pozarow magazynow energii powinni postçpowac ostroznie, biorqc pod uwagç zagrozenia zwiqzane z odgazowywaniem/odpowietrzaniem akumulatorow i potencjalne zagrozenie wybuchem.

W swym artykule C. Un i K. Aydin [12] opisali eksperymenty dotyczqce m.in. systemu ttumienia pozaru, ktorego cechy umozli-wiajq zastosowanie w praktyce. Odniesli siç takze szeroko do kwe-stii niebezpiecznego zjawiska thermal runaway, ktore zapoczqtko-wuje masowe i nagte spalanie materiatu palnego znajdujqcego siç ogniwach. Eksperymenty zwiqzane z tym zjawiskiem przeprowa-dzono z roznymi rodzajami akumulatorow litowych. Wykonano dzie-siçc eksperymentow, testy gaszenia przeprowadzono z wykorzysta-niem prqdownicy gasniczej i automatycznego systemu gaszenia na bazie zwiqzkow boru. Eksperymenty pozarowe przeprowadzono zarowno na bazie ogniw, jak i na modutach oraz pakietach. W bada-niu serii A ogniwa i akumulatory umieszczano na stanowisku, pod ktorym umieszczono palnik propanowy generujqcy moc cieplnq 10 kW i 400 kW. Wskazany rodzaj ogrzewania zostat zastosowany do innych typow akumulatorow w taki sam sposob i w tych samych warunkach. W omawianej serii, w przypadku pozarow ogniw, czy-sta woda okazata siç skutecznym i wygodnym srodkiem gaszenia, ze wzglçdu na jej zdolnosc do bardzo szybkiego obnizania temperatury. W przypadku rozpoczçcia procesu samonagrzewa-nia w akumulatorze wystçpowaty takze efekty dodatkowe: gtosnie dzwiçki, dym, a zgaszenie pozaru byto praktycznie niemozliwe. Bez

of the released gas can increase to a significant level. Although battery fires can be extinguished by a number of methods, the effects of thermal instability are more difficult to control and continuous cooling is required. Thus, the design of the battery compartment should maintain integrity. The battery should also include passive temperature management, using a combination of space separation, cooling and zoned fire extinguishing within a module, and insulation between modules, all to prevent uncontrolled thermal reaction and spread of fire to adjacent modules. The study showed that the use of boron compounds in the area of extinguishing batteries in Li-Ion technology, due to the speed of heat removal and environmentally friendly properties, can be used in place of various other substances harmful to the environment. Consequently, fire suppression of this type of electrical equipment can be made more environmentally friendly through the use of boron compounds.

ingerencji strazy pozarnej tqczny czas spalania moze trwac do 1 godziny. W tej serii eksperymentów konieczne byto uzycie znacz-nych ilosci wody, aby catkowicie wygasic spalanie. W przypadku ogniw cylindrycznych zaobserwowano ryzyko powstania wybuchu oraz efekt odtamkowania. W trakcie pozaru w obudowie powsta-waty szczeliny, które umozliwiaty lepszq penetracjç srodków gasni-czych do wnçtrza i szybsze ochtadzanie akumulatora. Obserwo-wano silny efekt wydzielania gazów powstajqcych w trakcie procesu rozktadu termicznego, który narastat wraz ze wzrostem tempera-tury wewnqtrz akumulatora. Zauwazono równiez intensywne wybu-chy cylindrycznych ogniw. Wraz ze wzrostem rozmiaru baterii ilosc uwalnianego gazu moze wzrosnqc do znaczqcego poziomu. Cho-ciaz pozary z udziatem akumulatorów mozna ugasic wieloma meto-dami, skutki niestabilnosci termicznej sq trudniejsze do opanowania i wymagane jest ciqgte chtodzenie. W zwiqzku z tym konstrukcja komory akumulatorów powinna zachowac integralnosc. Akumula-tor powinien takze obejmowac pasywne zarzqdzanie temperaturq, wykorzystujqce potqczenie separacji przestrzeni, chtodzenia i stre-fowego gaszenia pozaru w module oraz izolacji miçdzy modutami - wszystko po to, aby zapobiec niekontrolowanej reakcji termicznej i rozprzestrzenianiu siç ognia na sqsiednie moduty. W badaniu wykazano, ze zastosowanie zwiqzków boru w obszarze gaszenia akumulatorów w technologii Li-Ion, ze wzglçdu na szybkosc odbie-rania ciepta oraz przyjazne dla srodowiska wtasciwosci, moze byc stosowane w miejsce róznych innych szkodliwych dla srodowiska substancji. W zwiqzku z tym ttumienie pozarów tego typu urzqdzen elektrycznych moze byc bardziej przyjazne dla srodowiska dziçki zastosowaniu zwiqzków boru.

Fires of electric and hybrid cars

On the global automotive market, we can distinguish several types of vehicles powered by an electric motor. These are hybrid cars, plug-in hybrid electric vehicles, extended-range electric vehicles and battery electric vehicles. Despite the design differences in the drive or loading of a given type of vehicle, all of the models mentioned above have one thing in common - fire hazard.

The main risk in an accident with an electric car is the high probability of damaging the complex battery system. As a result, unfavourable thermal phenomena in the energy storage system may occur, which may lead to a fire.

Firefighters around the world are trying to work out the optimal tactics for extinguishing vehicles with electric motors. Polish firefighters did not have many opportunities to actively participate in activities related to extinguishing electric vehicles, due to the low popularity of this type of vehicles on national roads. One of the few examples of events in Poland that can be assessed, is a car fire on the DK 91 road in Zajqczkowo near Tczew. It was an incident with BMW i8 plug-in hybrid car. The fire spread over the entire vehicle in a relatively short time, due to a significant share of elements made of plastic. The firefighting activities of the three newly arrived fire brigades consisted in long-term cooling of the vehicle and battery cells by attacking with a water jet [13]. It was a firefighting tactic that required time and a lot of water. In the event of a car fire,

Pozary samochodów elektrycznych i hybrydowych

Na swiatowym rynku motoryzacyjnym mozemy wyróznic kilka typów pojazdów napçdzanych silnikiem elektrycznym. Sq to samochody hybrydowe, hybrydowe pojazdy elektryczne typu plug-in, pojazdy elektryczne o zwiçkszonym zasiçgu oraz akumu-latorowe pojazdy elektryczne. Pomimo rozbieznosci konstrukcyj-nych w przypadku napçdu lub tadowania danego typu pojazdu jedno tqczy wszystkie wymienione modele - zagrozenie pozarowe.

Podstawowym zagrozeniem podczas wypadku samochodu elektrycznego jest wysokie prawdopodobienstwo uszkodzenia skomplikowanego systemu akumulatorów. Efektem tego moze byc zaistnienie niekorzystnych zjawisk termicznych w uktadzie gromadzenia energii, które mogq doprowadzic do pozaru.

Strazacy na catym swiecie próbujq wypracowac optymalnq taktykç gaszenia pojazdów z silnikami elektrycznymi. Polscy strazacy nie mieli zbyt wielu okazji do czynnego udziatu w dziata-niach przy gaszeniu pojazdów elektrycznych, ze wzglçdu na matq popularnosc tego typu pojazdów na drogach krajowych. Jednym z nielicznych przyktadów zdarzen na terenie Polski, jaki mozna poddac ocenie, jest pozar samochodu na drodze DK 91 w miej-scowosci Zajqczkowo pod Tczewem. Byto to zdarzenie z autem BMW iB typu hybryda plug-in. Pozar objqt caty pojazd w stosun-kowo krótkim czasie m.in. ze wzglçdu na znaczny udziat elemen-tów wykonanych z tworzyw sztucznych. Dziatania gasnicze trzech

water is the most common and available extinguishing agent for przybytych zast?pow strazy pozarnej polegaty na dtugotrwatym energy consumption. chtodzeniu pojazdu oraz ogniw akumulatorowych poprzez natarcie

strumieniem wodnym [13]. Byta to taktyka gasnicza, ktora wyma-gata czasu i duzej ilosci wody. W przypadku pozaru samochodu woda jest najbardziej powszechnym i dost?pnym srodkiem gasni-czym do odbioru energii.

Figure 10. Comparison of a photo of the new model with the vehicle after the firefighting operation in Tczew Rycina 10. Porownanie zdj?cia nowego modelu z pojazdem po akcji gasniczej w Tczewie

Source / Zrodto: www.elektrowoz.pl/auta/tczew-pozar-bmw-i8-w-zajaczkowie-brawa-dla-osp-milobadz-za-wlasciwe-podejscie-do-baterii/ [dost?p: 04.11.2021].

The extinguishing of electric cells cannot be considered based on the principle: extinguished or not extinguished. Often reported are cases of re-fires of a previously extinguished electric car. Scandinavian firefighters have developed additional procedures to prevent reigniting. Northern European countries have a very large fleet of electric and hybrid cars. The popularity of this type of vehicle in these countries is very high, which translates into a greater risk of fire. After the initial extinguishing of this type of vehicle, firefighters additionally transport the wreck to a container. The metal container is tightly closed and filled until the car is fully submerged with extinguishing agents (in most cases it is water or water with surfactant additives). Such extinguishing operations extend the cooling time of damaged battery cells, which reduces the risk of re-ignition.

Figure 11. Container for transporting electric car wrecks Rycina 11. Kontener do transportowania wrakow samochodow elektrycznych

Source / Zrodto: photograph Kuzee Autologistiek, https://40ton. net/ciezarowki-stworzone-do-topienia-aut-elektrycznych-nowy-sprzet-sluzb-ratunkowych/ [dost?p: 04.11.2021].

Gaszenia ogniw elektrycznych nie da si? rozpatrywac na zasa-dzie: zgaszono bqdz nie zgaszono. Cz?sto mozna przeczytac o przy-padkach ponownego pozaru wczesniej zgaszonego samochodu elektrycznego. Skandynawscy strazacy wypracowali dodatkowe procedury zabezpieczajqce przed ponownym zaptonem. Potnocne kraje Europy posiadajq bardzo duzq flot? samochodow elektrycznych i hybrydowych. Popularnosc takiego typu pojazdow w tych panstwach jest bardzo wysoka, co przektada si? na wi?ksze ryzyko pozarowe. Strazacy po wst?pnym ugaszeniu pojazdu tego typu dodatkowo prze-transportowujq wrak do kontenera. Metalowy kontener jest szczelnie zamykany i wypetniany do petnego zanurzenia samochodu srodkami gasniczymi (w wi?kszosci przypadkow jest to woda lub woda z dodat-kami powierzchniowo czynnymi). Takie dziatania gasnicze powodujq wydtuzenie chtodzenia si? uszkodzonych ogniw akumulatorowych, co wiqze si? ze zmniejszeniem ryzyka ponownego zaptonu.

Figure 12. A specialized trailer for transporting and extinguishing electric vehicles Rycina 12. Specjalistyczna przyczepka do transportu i dogaszania pojazdow elektrycznych

Source / Zrodto: https://motoryzacja.interia.pl/raporty/raport-samochody-elektryczne/samochodyelektryczne/news-jak-ugasic-pozar-elektrycznego-auta-ten-sprzet-robi-wrazenie,nId,5376097/ [dost?p: 04.11.2021].

An interesting solution is the use of a cloth for extinguishing vehicles with electric motors. They are used in part by German firefighters - as a defensive tactic for other objects or vehicles. Most fires to fully electric cars occur while they are being charged. The solution protecting other objects will in no way cause a faster extinction of the burning vehicle and is only an additional measure.

Ciekawym rozwiqzaniem jest wykorzystanie podczas gaszenia pojazdów z silnikami elektrycznymi ptachty gasniczej. Sto-sujq je czçsciowo niemieccy strazacy - jako taktykç obronnq innych obiektów lub pojazdów. Wiçkszosc przypadków pozarów samochodów w petni elektrycznych nastçpuje podczas ich tado-wania. Rozwiqzanie chroniqce inne obiekty w zaden sposób nie spowoduje szybszego ugaszenia palqcego siç pojazdu i jest tylko dziataniem dodatkowym.

Figure 13. Extinguishing an electric vehicle with a fire cloth Rycina 13. Gaszenie pojazdu elektrycznego ptachtg gasnicz^

Source / Zrodto: https://whatsnext.pl/wielki-koc-do-gaszenia-elektrycznych-samochodow/ [dost?p: 04.11.2021].

Figure 14. View of an electric vehicle secured with a fire cloth

Rycina 14. Widok pojazdu elektrycznego zabezpieczonego ptachta gasnicz^

Source / Zrodto: https://safetech.net.pl/produkty-lista/koc-gasniczy/ [dost?p: 04.11.2021].

The General Headquarters of the State Fire Service has developed a document containing standard rules of conduct during incidents involving passenger electric cars. The following scenario for firefighters-rescuers is described in sheet "Z2" regarding rescue actions for a fire that has occurred:

1. Set up emergency vehicles to secure the site of the operations. Follow the standard tactic for passenger car rescue operations in this regard.

2. Designate a safe zone.

3. Use respiratory protection equipment.

4. Evacuate people from the danger zone in the event of an immediate threat to life.

5. Perform a detailed diagnosis for the presence of an electric drive. Get information about the car model. Support yourself with all available sources of information: vehicle

Komenda Gtowna Panstwowej Strazy Pozarnej wypracowata dokument, zawierajqcy standardowe zasady postçpowania podczas zdarzen z samochodami osobowymi z napçdem elektrycz-nym. W karcie „Z2" dotyczqcej dziatan ratowniczych dla zaistnia-tego pozaru opisano nastçpujqce scenariusze postçpowania dla strazakow-ratownikow:

1. Ustaw pojazdy ratownicze tak, aby zabezpieczyc miej-sce przeprowadzonych dziatan. Postçpuj w tym zakresie zgodnie ze standardowq taktykq dziatan ratowniczych dla samochodow osobowych.

2. Wyznacz strefç bezpiecznq.

3. Stosuj sprzçt ochrony uktadu oddechowego.

4. Przeprowadz ewakuacjç osob ze strefy zagrozenia w przypadku bezposredniego zagrozenia zycia.

5. Przeprowadz szczegotowe rozpoznanie pod kqtem

rescue card, rescue applications, steering position assistance, etc.

6. Start putting out the fire:

a) small fires can be extinguished with fire extinguishers, preferably powder (ABC) or foam (AB), keeping the distance indicated on the extinguisher's label as for extinguishing electrical devices;

b) a developed car fire should be extinguished with water, compressed foam (CAFS) or extinguishing powder;

c) water, compressed foam (CAFS) or extinguishing dry powder should be carried out without disconnecting the high voltage system in the car. When using scattered water currents or compressed foam (CAFS), dry powder, keep a minimum distance of 1 m between the fire and the extinguishing agent jet. When using compact water or compressed foam (CAFS) currents, keep a minimum distance of 5 m between the fire and the extinguishing agent jet. One should be especially careful when handling the extinguishing agents (according to DIN VDE 0132).

7. Classic heavy or medium foam currents should not be used.

8. In the event of a battery catching fire, it is necessary to provide on-site more extinguishing agents with cooling effect than in the case of a fire in a combustion engine car. In the event of a battery catching fire, it is necessary to provide more extinguishing agents with the cooling effect on-site than in case of a fire in a combustion engine car. Extinguishing a fire of an electric passenger car, including battery flames, may require up to 10 m3 of water or water with additives. The stream of the extinguishing agent should be applied directly to the burning battery in order to cool it effectively. The process of cooling the battery, even after the smoking signs are removed, may take to several hours (on average it is about 7 hours, there are known cases of smoking recurrence even after 20 hours). Battery cooling is difficult due to its special design. The structure of the battery must not be tampered with under any circumstances, as it may result in electric shock. The extinguishing and cooling effects of the battery should be monitored using a thermal imaging camera or a pyrometer. In the event of a car fire with a battery ignited, extinguishing powders and carbon dioxide will be ineffective due to the lack of a cooling effect.

9. After the fire is extinguished, it is necessary to:

a) deactivate the car in accordance with the procedure "Deactivating and securing a car";

b) check the condition of the car's high-voltage battery housing for possible damage and leaks, use a standard sorbent to collect the liquid;

c) check the battery housing for increased temperature, an increase in battery temperature after extinguishing the fire means a risk of battery fire; the cells should then be cooled until it is found

wystçpowania napçdu elektrycznego. Uzyskaj informa-cj? co do modelu samochodu. Wspomagaj si? wszelkimi dostçpnymi zrodtami informacji: karta ratownicza pojazdu aplikacje ratownicze, pomoc stanowiska kierowania, itd.

6. Przystqp do gaszenia pozaru:

a) niewielkie pozary mozna gasic przy pomocy gasnic, najlepiej proszkowych (ABC) lub pianowych (AB) z zachowaniem odlegtosci wskazanej na etykiecie gasnicy jak przy gaszeniu urzqdzen elektrycznych;

b) rozwiniçty pozar samochodu nalezy gasic wodq, pianq sprçzonq (CAFS) lub proszkiem gasniczym;

c) gaszenie wodq, pianq sprçzonq (CAFS) lub proszkiem gasniczym nalezy przeprowadzic nawet bez odtqczania instalacji wysokiego napiçcia w samochodzie. W przypadku stosowania rozpro-szonych prqdow wody lub piany sprçzonej (CAFS), proszku gasniczego, zachowac minimalnq odlegtosc 1 m pomiçdzy pozarem i wylotem strum-ienia srodka gasniczego. W przypadku stosowania zwartych prqdow wody lub piany sprçzonej (CAFS) zachowac minimalnq odlegtosc 5 m pomiçdzy pozarem i wylotem strumienia srodka gasniczego. Podczas podawania srodkow gasniczych zachowac szczegolnq ostroznosc (zgodnie z zapisami DIN VDE 0132).

7. Nie nalezy stosowac klasycznych prqdow piany ci?zkiej lub sredniej.

8. W przypadku zapalenia si? baterii niezbçdne jest zapew-nienie na miejscu dziatan wiçkszej ilosci srodkow gasniczych o dziataniu chtodzqcym niz w przypadku pozaru samochodu z napçdem spalinowym. Ugaszenie pozaru elektrycznego samochodu osobowego, w tym ptomieni baterii, moze wymagac zastosowania nawet 10 m3 wody lub wody z dodatkami. Strumien srodka gasniczego nalezy podawac bezposrednio na ptonqcq bateri?, w celu jej skutecznego chtodzenia. Proces chtodzenia baterii, nawet po zlikwidowaniu oznak palenia, moze zajqc nawet od kilku do kilkunastu godzin (srednio to ok. 7 godzin, znane sq przypadki nawrotu palenia nawet po 20 godzi-nach). Chtodzenie baterii jest utrudnione ze wzglçdu na jej szczegolnq zabudow?. W zadnym wypadku nie wolno ingerowac w struktur? baterii, gdyz grozi to porazeniem prqdem elektrycznym. Efekty gaszenia i chtodzenia baterii nalezy kontrolowac przy uzyciu kamery termowizyjnej lub pirometru. W przypadku pozaru samochodu z zapale-niem baterii nieskuteczne bçdq proszki gasnicze i dwu-tlenek wçgla ze wzglçdu na brak dziatania chtodzqcego.

9. Po ugaszeniu pozaru nalezy:

a) przeprowadzic dezaktywacje samochodu zgodnie z pro-cedurq „Dezaktywacja i zabezpieczenie samochodu";

b) skontrolowac stan obudowy baterii wysokonapiçciowej napçdu samochodu pod kqtem ewentualnych uszkodzen i wyciekow, do zbierania cieczy wykorzystaj standardowo dostçpny sorbent;

c) skontrolowac obudow? baterii pod kqtem utrzymywa-nia si? podwyzszonej temperatury, wzrost temperatury

that the battery will not undergo any further self-heating [14].

The document developed above is good material for a trained firefighter-rescuer who will come into contact with such a specific fire for the first time. The material introduces step by step what needs to be performed. At the moment, it is the fastest and easiest way to fight a fire in an electric car.

NFPA has undertaken a real-scale study of electric car breakdowns and hazards. US researchers tested batteries from two car manufacturers. The test samples were marked as battery A and battery B. Both purchased Li-ion batteries are currently used in vehicle manufacturing in the United States. Battery A is a battery with a capacity of 4.4 kWh, mounted under the luggage compartment of the vehicle. Battery B has a capacity of 16 kWh. It is installed under the floor of the vehicle and extends almost the entire length of the vehicle - from the rear axle to the front axle in a T-shaped configuration. Battery A and Battery B cover a wide range of sizes, positions and mounting locations in the vehicle. The aim of the test was to simulate various hazards that may be encountered by the rescuers in the field during real electric car fire incidents. As part of the agreement with the vehicle manufacturers who donated the batteries, vehicle cells were not opened, changed or tampered with before, during or after the fire tests.

Six tests were performed: three for battery A and three for battery B. For each cell type, two of the tests were performed with only the battery pack placed inside a car simulation (VFT) test bench. One test was conducted with a typical interior trim (i.e. car seats, carpet, dashboard, etc.). Additional trim elements were installed on the VFT to simulate a fuel load more typical of a vehicle fire.

baterii po ugaszeniu pozaru oznacza zagrozenie pozarem baterii; nalezy wowczas chtodzic ogniwa az do stwierdze-nia, ze nie ulega ona dalszemu samonagrzewaniu [14].

Wypracowany powyzej dokument jest dobrym materiatem dla szkolqcego si? strazaka-ratownika, ktory pierwszy raz b?dzie miat stycznosc z tak specyficznym pozarem. Materiat wprowa-dza krok po kroku czynnosci, ktore nalezy przeprowadzic. Na chwil? obecnq jest to najszybsza i najprostsza procedura walki z pozarem samochodu o nap?dzie elektrycznym.

NFPA podj?to badania w skali rzeczywistej, jesli chodzi o awarie i zagrozenia zwiqzane z samochodami elektrycznymi. Amerykanscy badacze poddali testom akumulatory od dwoch producentow samo-chodow. Probki do badan oznaczono jako akumulator A i akumula-tor B. Oba zakupione akumulatory oparte na technologii Li-ion sq obecnie wykorzystywane w produkcji pojazdow w Stanach Zjedno-czonych. Akumulator A to akumulator o pojemnosci 4,4 kWh, mon-towany pod bagaznikiem pojazdu. Akumulator B ma pojemnosc 16 kWh. Jest instalowany pod ptytq podtogowq pojazdu i rozciqga si? na prawie catej dtugosci pojazdu - od osi tylnej do osi przedniej w kon-figuracji w ksztatcie litery T. Akumulator A i akumulator B obejmujq szeroki zakres rozmiarow, pozycji oraz miejsca montazu w pojezdzie. Celem badan byto zasymulowanie roznych zagrozen, z jakimi mogq spotkac si? ratownicy w terenie podczas rzeczywistych incydentow pozarowych samochodow elektrycznych. W ramach umowy z produ-centami pojazdow, ktorzy przekazali akumulatory, ogniwa do pojaz-dow nie byty otwierane, zmieniane ani manipulowane przed, w trakcie lub po testach pozarowych.

Przeprowadzono szesc testow: trzy dla akumulatora A i trzy dla akumulatora B. Dla kazdego typu ogniw dwa z testow zostaty przeprowadzone tylko z zestawem akumulatorow umieszczonym wewnqtrz stanowiska, symulujqcego samochod (VFT). Jeden test zostat przeprowadzony z typowym wykonczeniem wn?trza (tj. fotele samochodowe, wyktadzina, deska rozdzielcza itp.). Dodatkowe ele-menty wykonczenia zostaty zainstalowane w VFT, aby symulowac tadunek paliwa bardziej typowy dla pozaru pojazdu.

Figure 15. View of the stand imitating a vehicle for testing Rycina 15. Widok stanowisko imitujgce pojazd do testow

Source / Zrodto: R. Jr. Thomas Long, A.F. Blum, T.J. Bress, B.R.T. Cotts, Best Practices for Emergency Response to Incidents Involving Electric Vehicles Battery Hazards, A Report on Full-Scale Testing Results, Fire Protection Research Foundation, June 2013 [15].

The firefighting operation was carried out by firefighters from the Maryland Fire and Rescue Institute (MFRI), who had not been given any tactical guidance to suppress the fire. They were instructed to fight the fire as if they were approaching a standard vehicle fire with an extinguishing current. Any tactics or modifications to these tactics during the fire tests were based solely on their many years of experience. For safety reasons, the extinguishing unit could not use any tools to access the VFT and the battery. However, due to the test configuration, there were two limitations to the activities of the MFRI. The firefighters could not extinguish the fire:

- from the east of the VFT, as the instrumentation wires and cables in this area posed a hazard of tripping;

- from the underside of the VFT (i.e. water attack on the vehicle chassis) due to the presence of four propane burners.

These two limitations did not significantly affect the tactic of the MFRI as the VFT was designed to provide ample access to the interior of the vehicle. Each VFT window was opened to the air, mimicking a scenario where all windows would be broken prior to the arrival of the fire department or by on-site first aiders. In addition, the rear hatch was left open for better access to the batteries during the test. Firefighters said that under real conditions they would try to open the tailgate or the trunk first. For safety reasons, firefighters were to stand at a greater distance from a potentially burning car.

Two firefighters donned full respiratory protective equipment and firefighting equipment prior to the start of the test. They only took off breathing apparatus when they had to replace the cylinder or when the fire was deemed to have been extinguished.

When testing type A battery after approximately 14 minutes, a firefighter in a firefighting rota said, "We can't get the water where it should be." This was confirmed by the firefighters during discussions after the tests. They assessed that the greatest challenge they had to face was to give water to the places where the fire had started. Since firefighters could not gain direct access to the inside of the battery, their main tactic was to occasionally add water to the flames, which would reignite after initial suppression. Although this intermittent application reduced the overall volume of the dispensed water, the constant flow could cool the metal casing of the battery, thus reducing the chance of further uncontrolled temperature build-up [15].

When testing battery B, it was observed that extinguishing was much more difficult than in case of battery A. As in the previous tests (tests of the A series cells), firefighters indicated that the biggest challenge they faced was trying to give water in the place where the fire actually started - in the center of the chambers. This was deliberately complicated during the B1 test by being placed above the steel floor plate. Additionally, due to the size and geometry of the B cells, firefighters chased the fire back and forth (i.e. front to back) as only one extinguishing current was used for the test. The firefighters could not gain direct access to the inside of the cells, so they used a tactic of cooling the floor surface with a fog nozzle. In all the tests, the fire was extinguished and the batteries were safely removed from the vehicles. In one test series, the cell reignited after being removed and stored for 22 hours after being extinguished.

Dziataniami gasniczymi zajmowali si? strazacy z Maryland Fire and Rescue Institute (MFRI), którym nie udzielono zadnych wskazówek odnosnie post?powania taktycznego, aby sttumic pozar. Byli poinstruowani, aby walczyc z ogniem, tak jakby zbliza-liby si? z prqdem gasniczym do standardowego pozaru pojazdu. Wszelkie taktyki lub modyfikacje tych taktyk podczas testów ogniowych byty oparte wytqcznie na ich wieloletnim doswiadcze-niu. Zespót gaszqcy ze wzgl?dów bezpieczenstwa nie mógt uzy-wac zadnych narz?dzi w celu uzyskania dost?pu do VFT i akumu-latora. Natomiast ze wzgl?du na konfiguracj? testów istniaty dwa ograniczenia dla dziatan MFRI. Strazacy nie mogli gasic pozaru:

- od wschodniej strony VFT, poniewaz przewody i kable oprzyrzqdowania w tym obszarze stwarzaty ryzyko potkni?cia;

- od spodu VFT (tj. natarcie wodq na podwozie pojazdu) ze wzgl?du na obecnosc czterech palników propanowych.

Te dwa ograniczenia nie wptyn?ty znaczqco na taktyk? MFRI, poniewaz VFT zostat zaprojektowany tak, aby zapewnic swobodny dost?p do wn?trza pojazdu. Kazde okno VFT byto otwarte, nasla-dujqc scenariusz, w którym wszystkie okna zostatyby wybite przed przyjazdem strazy pozarnej lub przez osoby udzielajqce pierwszej pomocy na miejscu zdarzenia. Ponadto tylny wtaz pozostawiono otwarty, aby zapewnic lepszy dost?p do akumulatorów podczas testu. Strazacy stwierdzili, ze w realnych warunkach próbowaliby w pierwszej kolejnosci otworzyc tylnq klap? lub bagaznik. Ze wzgl?-dów bezpieczenstwa strazacy mieli stanqc w wi?kszej odlegtosci od potencjalnie palqcego si? samochodu.

Dwóch strazaków zatozyto przed rozpocz?ciem testu petny sprz?t ochrony dróg oddechowych i sprz?t przeciwpozarowy. Zdejmowali aparaty oddechowe tylko wtedy, gdy musieli wymie-nic butl? lub kiedy pozar zostat uznany za wygasty.

Podczas próby akumulatora A po ok. 14 min. strazak w rocie gasniczej stwierdzit: „Nie mozemy dostarczyc wody tam, gdzie powinna byc". Potwierdzaty to dyskusje ze strazakami po testach. Ocenili, ze najwi?kszym wyzwaniem, z jakim musieli si? zmierzyc, byto podanie wody do miejsc, gdzie pozar zostat zainicjowany. Poniewaz strazacy nie mogli uzyskac bezposredniego dost?pu do wn?trza akumulatora, ich gtównq taktykq byto sporadyczne poda-wanie wody do ptomieni, które ponownie rozpalaty si? po poczqt-kowym sttumieniu. Chociaz ta przerywana aplikacja zmniejszyta ogólnq obj?tosc podawanej wody, staty przeptyw mógt ochtodzic metalowq obudow? akumulatora, zmniejszajqc w ten sposób szans? na dalsze niekontrolowane zwi?kszanie temperatury [15].

Podczas próby akumulatora B zaobserwowano o wiele trud-niejsze gaszenie niz w przypadku akumulatora A. Podobnie jak w poprzednich testach (testy ogniw serii A), strazacy wskazali, ze najwi?kszym wyzwaniem, z jakim musieli si? zmierzyc, byta próba podania wody w miejscu, w którym faktycznie wybuchat pozar - w srodku komór. Zostato to celowo skomplikowane podczas testu B1 poprzez umieszczenie powyzej stalowej ptyty podtogo-wej. Dodatkowo ze wzgl?du na rozmiar i geometri? ogniw B strazacy scigali ogien tam i powrotem (tj. od przodu do tytu), poniewaz do testu wykorzystano tylko jeden prqd gasniczy. Strazacy nie mogli uzyskac bezposredniego dost?pu do wn?trza ogniw, w zwiqzku z czym zastosowali taktyk? chtodzenia powierzchni podtogowej za pomocq dyszy mgtowej. We wszystkich testach

pozar ugaszono, a akumulatory zostaty bezpiecznie wyjçte z pojazdow. W jednej z serii testowych ogniwo ponownie zapalito siç po wyjçciu i przechowywaniu przez 22 godziny po zgaszeniu.

Summary and conclusions

The previous studies of lithium-ion cells indicate that the thermal runaway phenomenon is strongly limited in a situation where the cell housing maintains its integrity. If no remedial measures are taken to limit the temperature increase inside the cells, the designed covers may be damaged, which will accelerate the combustion processes. This is due to, among others, the increasing of the supply of oxygen from the atmospheric air to areas subject to exothermic chemical reaction. In extremely unfavourable cases, there might even be an explosion.

The extinguishing methods currently used are based on the use of a significant amount of water, which is not beneficial, although the desired effect of suppressing and extinguishing a fire is achieved. Nevertheless, the results obtained as part of the research work are promising and indicate the directions for further considerations. Particularly important conclusions arise from the results of the NFPA research, which indicate that it is difficult for the firefighters to reach the source of the fire. Quick access to the source of the fire can shorten the time of dispensing water, and thus reduce the amount of water.

Fires of hybrid and electric vehicles do not require special extinguishing equipment. Standard tactics and firefighting equipment were used during trials and real events. Despite this, all fires of electric car batteries were extinguished. All tests ended in extinguishing the fire and the batteries were safely removed from the vehicles. A significant challenge is the risk of re-ignition even several dozen hours after extinguishing.

The current versions of the various fire protection guidelines in the field of extinguishing tactics for fires in electric cars are consistent with each other. The simplest and most accessible method and extinguishing agent is to attack the fire with a water extinguisher jet. Standard procedures for extinguishing conventional cars should be modified and adapted to cars with electric drives. The biggest challenge for modern rescuers is to protect the health and life of people in close proximity to the incident and to secure the vehicle after it is extinguished.

Fires of Li-Ion cells and vehicles equipped with them are a new phenomenon that is more difficult to combat, because -due to the fire characteristics of the cells themselves - it requires much more extinguishing agents or unusual solutions than in case of vehicles with internal combustion engines. So far, no effective method has been developed that would allow a fire to be extinguished in a short time, and efforts are now focused on minimizing the effects or trying to minimize the use of water during a firefighting operation. There is still a need to search for new technical and tactical solutions in order to optimize the procedures leading to more effective operations of the services.

Podsumowanie i wnioski

Dotychczasowe badania ogniw litowo-jonowych wskazujq, iz zjawisko thermal runaway jest silnie ograniczone w sytuacji, w ktorej obudowa ogniw zachowuje integralnosc. W przypadku braku podjçcia srodkow zaradczych ograniczajqcych wzrost tem-peratury wewnqtrz ogniw moze dojsc do uszkodzenia zaprojekto-wanych oston, co doprowadzi do przyspieszenia procesow spa-lania. Jest to spowodowane m.in. zwiçkszeniem doptywu tlenu z powietrza atmosferycznego do obszarow objçtych egzoter-micznq reakcjq chemicznq. W skrajnie niekorzystnych przypad-kach moze dojsc nawet do wybuchu.

Obecnie stosowane metody gaszenia bazujq na wykorzystaniu znacznej ilosci wody, co nie jest korzystne, pomimo ze pozqdany skutek w postaci sttumienia i ugaszenia pozaru zostaje osiqgniçty. Niemniej jednak, uzyskane wyniki w ramach prac badawczych sq obiecujqce i wskazujq kierunki dalszych rozwazan. Szczegolnie istotne wnioski wyptywajq z wynikow badan NFPA, wskazujqcych na aspekt trudnosci dotarcia przez strazakow do zrodta pozaru. Szybkie dotarcie do zrodta pozaru moze skrocic czas podawania wody, a tym samym ograniczenia jej ilosci.

Pozary pojazdow hybrydowych i elektrycznych nie wymagajq specjalnego sprzçtu do gaszenia. Podczas prob i realnych zdarzen uzywano standardowych taktyk i sprzçtu gasniczego. Pomimo tego udato siç zgasic wszystkie pozary akumulatorow samocho-dow elektrycznych. Wszystkie testy zakonczyty siç ugaszeniem pozaru, a akumulatory zostaty bezpiecznie wyjçte z pojazdow. Istot-nym wyzwaniem jest niebezpieczenstwo pojawienia siç ponownego zaptonu nawet po kilkudziesiçciu godzinach od ugaszenia.

Aktualne wersje roznych wytycznych przeciwpozarowych w obszarze taktyki gasniczej przy pozarze samochodow o napç-dzie elektrycznym sq ze sobq zgodne. Najprostszym, najbardziej dostçpnym sposobem i srodkiem gasniczym jest natarcie stru-mieniem gasniczym przy uzyciu wody. Standardowe postçpo-wanie przy gaszeniu samochodow konwencjonalnych nalezy zmodyfikowac i dostosowac do samochodow o napçdach elektrycznych. Najwiçkszym wyzwaniem dla wspotczesnych ratow-nikow jest ochrona zdrowia i zycia osob w bliskiej odlegtosci od zdarzenia oraz zabezpieczenie pojazdu po jego ugaszeniu.

Pozary ogniw Li-Ion oraz wyposazonych w nie pojazdow to nowe zjawisko, ktore jest trudniejsze do zwalczania, poniewaz - ze wzglçdu na charakterystykç pozarowq samych ogniw -wymaga znacznie wiçkszej ilosci srodkow gasniczych lub niety-powych rozwiqzan niz ma to miejsce w przypadku pojazdow z sil-nikami spalinowymi. Dotqd nie opracowano skutecznej metody, ktora pozwolitaby na ugaszenie pozaru w krotkim czasie, a dzia-tania skupiajq siç obecnie na minimalizacji skutkow lub probach zminimalizowania wykorzystania wody podczas akcji gasniczej. W dalszym ciqgu istnieje potrzeba szukania nowych rozwiqzan technicznych i taktycznych w celu optymalizacji procedur prowa-dzqcych do bardziej efektywnych dziatan stuzb.

Literature / Literatura

[1 ] https://greenwaypolska.pl/blog-section/akumulatory-stoso-wane-w-samochodach-elektrycznych/ [dostçp: 28.10.2021].

[2] Wakihara M., Recent developments in lithium ion batteries, „Materials Science and Engineering" 2021, 33, 109-134, https://doi.org/10.1016/S0927-796X(01)00030-4.

[3] 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, 210-224, https:// doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.02.038.

[4] Wang Q., Sun J., Chu G., Lithium ion battery fire and explosion, „Fire Safety Science" 2005, 8, 375-382, https://doi. org/10.3801/IAFSS.FSS.8-375.

[5] Larsson F., Blomqvist P., Loren A., Andersson P., Characteristics of lithium-ion batteries during fire tests,„Jour-nal of Power Sources" 2014, 271, 414-420, https://doi. org/10.1016/j.jpowsour.2014.08.027.

[6] Wang Q., Xinyan B., Peifeng H., et al., The fire hazard classification of lithium-ion battery, China Fire Science and Technology Association Annual Conference, 2015, 226-232.

[7] Maloney T., Extinguishment of Lithium-Ion and Lithium-Metal Battery Fires, US Department of Transportation, Technical Report, Federal Aviation Administration 2014, 46-51, https://doi.org/ 10.13140/RG.2.2.20919.24487.

[8] Rao H., Huang Z., Zhang H., Xiao S., Study of fire tests and fire safety measures on lithiumion battery used on ships, 2015 International Conference on Transportation Information and Safety, https://doi.org/10.1109/ICTIS.2015.7232158.

[9] Wang Q., Shao G., Duan Q., Man C., Li Y., Wu K., Peng P., Sun J., The Efficiency of Heptafluoropropane Fire Extinguishing Agent on Suppressing the Lithium Titanate Battery

Fire, „Fire Technology" 2016, 52, 389-396, https://doi. org/10.1007/s10694-015-0531-9.

[10] Russoa P, Di Barib C., Mazzaroc M., De Rosac A., Morriellod I., Effective Fire Extinguishing Systems for Lithium-ion Battery Morriellod, „Chemical Engineering Transactions" 2018, vol. 67, 727-732, https://doi.org/ 10.3303/CET1867122.

[11] Thomas Long R. Jr, Misera A.M., Sprinkler Protection Guidance for Lithium-Ion Based Energy Storage Systems, Fire Protection Research Foundation report 2019, https:// www.nfpa.org/News-and-Research/Data-research-and--tools/Suppression/Sprinkler-Protection-Guidance-for--Lithium-Ion-Based-Energy-Storage-Systems [dostçp: 28.10.2021].

[12] Un C., Aydin K., Thermal Runaway and Fire Suppression Applications for Different Types of Lithium Ion Batteries, „Vehicles" 2021, 3, 480-497, https://doi.org/10.3390/ vehicles3030029.

[13] https://www.auto-swiat.pl/wiadomosci/aktualnosci/ hybrydowe-bmw-i8-doszczetnie-splonelo-pod-tczewem/ c8pr3dj [dostçp: 28.10.2021].

[14] Standardowe zasady postçpowania podczas zdarzen z samochodami osobowymi z napçdem eletrycznym, KG PSP 2020, https://www.gov.pl/web/kppsp-brzeziny/ zasady-postepowania-podczas-zdarzen-z-samochodami--osobowymi-z-napedem-elektrycznym [dostçp: 28.10.2021].

[1 5] Thomas Long R. Jr., Blum A.F., Bress T.J., Cotts B.R.T., Best Practices for Emergency Response to Incidents Involving Electric Vehicles Battery Hazards, A Report on Full-Scale Testing Results, Fire Protection Research Foundation, June 2013.

JUNIOR BRIG. PIOTR LESIAK, M.SC. ENG. - he graduated from the Main School of Fire Service in Warsaw in 2002. A graduate of engineering studies in Chemistry at the Military University of Technology, he completed his post-graduate studies in Business Process Safety at the Lodz University of Technology. He works at the Scientific and Research Centre for Fire Protection - National Research Institute in Jozefow as a the Deputy Manager at the Laboratory of Combustion Processes and Explosions.

ML. BRYG. MGR INZ. PIOTR LESIAK - w 2002 r. ukonczyt studia w Szkole Gtównej Stuzby Pozarniczej w Warszawie. Absolwent studiów inzynierskich na kierunku chemia w Wojskowej Akademii Technicznej oraz studiów podyplomowych Bezpieczeñstwo Procesów Przemystowych na Politechnice tódzkiej. Petni stuzbç w Centrum Naukowo-Badawczym Ochrony Przeciwpozarowej PIB w Józefowie na Zastçpcy Kierownika w Zespole Laboratoriów Procesów Spalania i Wybuchowosci.

DARIUSZ PIETRZELA, M.SC. ENG. - a graduate of the Faculty of Fire Safety Engineering at the Main School of Fire Service, and the Faculty of New Technologies and Chemistry of the Military University of Technology in the field of chemistry. Senior engineering and technical specialist at the Laboratory of Fire Extinguishing Agents and Equipment at Centrum Naukowo-Badawcze - Panstwowy Instytut Badawczy, currently acting as the Deputy Manager of the Laboratory. The author's main area of interest is fixed firefighting equipment.

MGR INZ. DARIUSZ PIETRZELA - absolwent Wydziatu Inzynierii Bezpieczenstwa Pozarowego w Szkole Gtöwnej Stuzby Pozarniczej oraz Wydziatu Nowych Technologii i Chemii Wojskowej Akademii Technicznej na kierunku chemia. Starszy specjalista inzynieryjno--techniczny w Laboratorium Urzgdzen i Srodkow Gasniczych w Centrum Naukowo-Badawczym Ochrony Przeciwpozarowej - PIB, obecnie petnigcy funkj Zast^pcy Kierownika Laboratorium. Gtow-nym obszarem zainteresowan autora sg state urzgdzenia gasnicze.

PIOTR MORTKA, ENG. - graduated from the Main School of Fire Service in Warsaw. A graduate of postgraduate studies in Occupational Safety and Health at the University of Business and Health Sciences in Lodz. An employee at Centrum Naukowo-Badawcze - Panstwowy Instytut Badawczy in Jozefow as a specialist in the Laboratory of Fire Extinguishing Agents and Equipment. For many years he was an active firefighter in Volunteer Fire Department Stara Mitosna and Volunteer Fire Department Jozefow. He also gained his firefighting experience at the Volunteer Fire Department Dqbrowka Podt?zna.

INZ. PIOTR MORTKA - ukonczyt studia w Szkole Gtownej Stuzby Pozarniczej w Warszawie. Absolwent studiow podyplomowych Bez-pieczenstwa i Higieny Pracy na Wyzszej Szkole Biznesu i Nauk

0 Zdrowiu w Lodzi. Pracownik w Centrum Naukowo-Badawczym Ochrony Przeciwpozarowej PIB w Jozefowie na stanowisku Spe-cjalisty w Zespole Laboratoriow Zespole Laboratoriow Urzqdzen

1 Srodkow Gasniczych. Wieloletni czynny strazak w OSP Stara Mitosna i OSP Jozefow. Swoje doswiadczenie pozarnicze zdobywat takze w OSP Dqbrowka Podt?zna.