Công nghệ chữa cháy và cải tiến an toàn cho pin xe ô tô điện đang trở thành một lĩnh vực nghiên cứu và phát triển quan trọng. Dưới đây là một số tiến bộ đáng chú ý trong lĩnh vực này:
1. CÔNG NGHỆ CHỮA CHÁY PIN TRÊN XE Ô TÔ ĐIỆN
Hệ Thống Quản Lý Nhiệt và Vật Liệu Chống Cháy
- Hệ thống quản lý nhiệt: Xe điện hiện nay được trang bị hệ thống quản lý nhiệt tinh vi, giúp giảm đáng kể nguy cơ hỏa hoạn, đặc biệt ở các gara tầng hầm.
- Vật liệu mới: Các nhà nghiên cứu đã phát triển vật liệu điện cực mới có tính ổn định hơn ở nhiệt độ cao, giảm nguy cơ thoát nhiệt và cháy nổ. Ví dụ, cực dương làm bằng silicon thay thế cho loại làm bằng than chì truyền thống, giúp pin lưu trữ nhiều năng lượng hơn
Cải Tiến Trong Công Nghệ Pin
- Công nghệ mới phát triển: Các nhà khoa học tại Đại học Maryland đang nghiên cứu để ngăn chặn sự tăng trưởng dendrite trong lithium, một vấn đề gây ra sự thoát nhiệt và nguy cơ cháy nổ.
- Pin thể rắn: Loại pin này đang được phát triển để tăng khả năng lưu trữ năng lượng và giảm nguy cơ cháy nổ
An Toàn Và Quy Định
- Quy định an toàn: Các nhà sản xuất xe điện phải tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn nghiêm ngặt từ các cơ quan quản lý và chính phủ, bao gồm hiệu suất, mức độ an toàn, và độ bền của pin.
- Quy định kỹ thuật toàn cầu của Liên Hợp Quốc về an toàn xe điện: Đây là một trong những tiêu chuẩn quan trọng, đảm bảo các sản phẩm đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn nghiêm ngặt.
Các Thách Thức Và Nhu Cầu Cải Tiến
- Quản lý chất lượng và tăng hiệu suất: Ngành pin xe điện đang đối mặt với thách thức trong việc kiểm soát chất lượng và tăng hiệu suất để đáp ứng nhu cầu pin ngày càng tăng.
- Tăng trưởng mạnh và chuỗi cung ứng: Sự tăng trưởng mạnh của ngành có thể dẫn đến vấn đề về kiểm soát chất lượng trong chuỗi cung ứng, từ nguyên liệu thô, hóa chất cho đến pin và linh kiện ô tô.
2. CÔNG NGHỆ CHỮA CHÁY PIN TRÊN XE Ô TÔ ĐIỆN TẠI MỸ
Theo Cơ quan an toàn giao thông quốc gia Mỹ National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) thì từ tháng 08/2012 đã bắt đầu nghiên cứu về nguy cơ cháy nổ của pin Lithium-ion trong xe điện thông qua 2 trường hợp: pin điện cao áp có bị cháy khi đang được sạc và khi gặp tai nạn giao thông. Qua đó, tháng 10/2017, kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng: sự đánh lửa của các dung môi điện phân dễ cháy được sử dụng trong hệ thống pin Li-ion được dự đoán là bằng hoặc ít hơn so với nhiên liệu xăng hoặc dầu diesel. Do đó, pin ô tô điện Li-ion sẽ ít gây cháy nổ hơn do lượng dung môi dễ cháy được giải phóng và đốt cháy trong tình huống hỏng hóc là rất nhỏ.
Bên cạnh đó, xe ô tô điện có khả năng bắt lửa ít hơn 500% so với xe động cơ đốt trong, nên có thể hạn chế nguy cơ cháy nổ hơn. Đặc điểm này đã được chứng minh thông qua dữ liệu do Air Quality New thu được từ Freedom of Information (FOI) qua các năm:
– Năm 2019, đội cứu hỏa thủ đô Luân Đôn đã xử lý 54 vụ cháy xe điện so với 1898 vụ cháy xăng và dầu diesel.
– Năm 2020, đội cứu hỏa phải xử lý 1021 vụ cháy xăng dầu, trong khi đó cháy xe điện xảy ra khoảng 27 vụ.
Về cơ bản, xe ô tô điện có độ an toàn cao và chỉ xuất hiện nguy cơ cháy nổ khi pin Lithium-ion bị hỏng hoặc gặp sự cố va chạm nặng. Người điều khiển cần nắm rõ nguyên nhân gây ra cháy nổ và các biện pháp phòng chống cháy nổ ô tô điện để quá trình sử dụng hiệu quả nhất.
Nguyên nhân dẫn đến cháy nổ xe ô tô điện
Có 2 nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng cháy nổ ô tô điện là:
Các vấn đề ngoại cảnh do thời tiết, va chạm giao thông: Pin Lithium-ion có thể lưu trữ một lượng năng lượng khổng lồ trong một khoảng không gian rất nhỏ. Nếu pin tiếp xúc với nhiệt độ quá cao hoặc xe gặp phải sự cố giao thông có thể dẫn đến đoản mạch. Lượng nhiệt được tạo ra khi dòng điện đi qua nhưng không thể thoát kịp dẫn đến nhiệt sinh ngày càng nhiều, làm cho pin bắt lửa và gây ra cháy nổ. Hoặc khi va chạm giao thông, pin Lithium-ion có thể bị vỡ và thoát nhiệt gây ra tình trạng cháy nổ.
Các rủi ro liên quan đến chất lượng pin, hệ thống điện ô tô: trường hợp pin bị hỏng, pin kém chất lượng hoặc các bộ phận bị mài mòn và bị lỗi nhưng vẫn sử dụng có thể dẫn đến cháy nổ về sau (kể cả khi xe không hoạt động). Ngoài ra, hệ thống điện trên xe ô tô hoạt động ở điện áp cao, xe bắt lửa nhưng không có cảnh báo mặc dù xe đã tắt và được cách ly điện.
Giải pháp về phòng cháy chữa cháy đối với pin trên xe ô tô điện
Giải pháp về công tác phòng ngừa
Về vấn đề này, các nhà sản xuất xe ôto điện và của các chuyên gia NHTSA có ý kiến như sau:
Giáo sư Paul Christensen cho rằng: để chống phát sinh cháy nổ trên ô tô điện, người điều khiển nên tăng cường sự hiểu biết nhằm tránh và giảm thiểu rủi ro theo cách tốt nhất có thể. Cụ thể:
– Người lái xe nên tắt hệ thống điện áp cao bằng cách thủ công thay vì chờ đợi hệ thống tự động tắt. Đây là việc làm cần thiết phải thực hiện nhằm phòng ngừa phát sinh cháy nổ khi xe gặp sự cố. Để đảm bảo an toàn khi sử dụng ô tô điện, tốt hơn hết người điều khiển nên đọc kỹ hướng dẫn từ nhà sản xuất để nắm rõ cách xử lý khi xe bị hư hỏng hoặc gặp tai nạn.
– Trên xe cần được tích hợp sẵn hệ thống chăn chữa cháy nhằm kiểm soát sự lây lan của ngọn lửa. Ngoài ra, các vật liệu được dùng trong chăn chữa cháy có thể chủ động tích hợp vào hệ thống đẩy pin để ngăn chặn sự lan truyền nếu pin bị hỏng. Người điều khiển cũng nên kiểm tra hệ thống điện trên ô tô một cách thường xuyên nhằm hạn chế tình trạng chập điện gây cháy nổ khi xe đang vận hành.
Giải pháp trong công tác chữa cháy
Ứng dụng hệ thống phun sương nước áp suất cao đang được đánh giá là giải pháp ưu việt nhất nhất vì khả năng dễ di chuyển môi trường oxy, giảm nguy cơ đám cháy lan rộng và bùng phát trở lại nhằm:
+ Triển khai nhanh trong khoảng thời gian ngắn, khi phương tiện đang cháy.
+ Kích hoạt hệ thống từ khoảng cách an toàn.
+ Chữa cháy hiệu quả bằng nguyên lý làm mát các mô-đun và tế bào pin bên trong vỏ pin.
Hệ thống trên có thể sử dụng để dập tắt đám cháy pin lithium-ion điện áp cao đang cháy một cách an toàn và hiệu quả. Nó cho phép làm mát trực tiếp các mô-đun và các tế bào pin bên trong các mô-đun, từ đó ngăn chặn quá trình truyền nhiệt giữa các tế bào pin.
* Mô tả hệ thống
Hệ thống chữa cháy công nghệ mới cho pin điện áp cao trong xe điện là một hệ thống chữa cháy an toàn, hiệu quả và nhanh chóng dựa trên công nghệ lithium-ion. Nó cho phép làm mát trực tiếp các mô-đun pin hoặc các phần tử bên trong mô-đun và hạn chế nhanh quá trình truyền nhiệt của các phân tử.
Hệ thống bao gồm hai thành phần chính – thiết bị chữa cháy và thiết bị điều khiển, được kết nối với nhau bằng đường ống dẫn. Bộ phận chữa cháy được định vị trên pin và có thể cắm vào thân xe hoặc các điểm khác.
Vị trí thích hợp của thiết bị chữa cháy là ở mặt dưới của xe. Bộ điều khiển kích hoạt các thiết bị đâm xiên vào vỏ pin từ một khoảng cách an toàn so với vị trí cháy. Ngay sau khi bị xuyên thủng, vỏ pin bị ngập trong nước và các bộ phận bên trong được làm mát hiệu quả.
Hai bộ phận chính là bộ phận chữa cháy và bộ phận điều khiển (Hình 1).
Hình ảnh sử thử nghiệm hệ thống chữa cháy trên xe điện (Hình 2).
Sự an toàn của các chiến sĩ là ưu tiên hàng đầu trong quá trình phát triển hệ thống. Trên thực tế, lính chữa cháy chỉ cần duy trì khoảng cách gần chiếc xe đang cháy trong thời gian rất ngắn để kích hoạt hệ thống từ một khoảng cách an toàn. Hệ thống chữa cháy dẫn nước chính xác vào những vị trí cần thiết để làm mát các tế bào pin và mô-đun bên trong vỏ pin. Do đó, công tác chữa cháy diễn ra rất nhanh chóng, giúp giảm thiểu sự xả thải của khí ô nhiễm xuống mức tối thiểu.
Hệ thống được kết nối với nhau bằng các đường ống, bộ phận chữa cháy được định vị với khu vực tấm pin, và nếu cần thiết có thể định vị trên thùng xe hoặc các vị trí chữa cháy khác. Hệ thống có khả năng chữa cháy đám cháy pin tốt nhất khi xe đang nằm trên đường, đặt dưới gầm xe, trong khoảng cách từ gầm xe xuống mặt đường. Hệ thống cũng có thể thao tác chữa cháy từ khoang nội thất và khoang hành lý, hoặc từ trên xuống trong trường hợp xe nằm nghiêng hoặc xe bị lật.
Hệ thống được kích hoạt thông qua thiết bị điều khiển ở khoảng cách an toàn tính từ xe (khoảng 8 mét). Đầu chữa cháy xuyên phá đâm xuyên vào tấm pin với một lực khoảng vài tấn và nước được xả trực tiếp vào tấm pin qua các lỗ trên đầu phun chữa cháy. Nước chiếm chỗ toàn bộ tấm pin và đảm bảo làm mát trong thời gian ngắn nhất. Nguồn cấp nước từ xe chữa cháy thông thường là đủ để bảo đảm dập tắt đám cháy thành công. Ngoài ra, có thể sử dụng một máy bơm khiêng tay áp suất thông thường là đủ để cung cấp nước cho hệ thống này.
Sau khi tấm pin được làm mát đến nhiệt độ an toàn, xe đã sẵn sàng để vận chuyển đi. Đầu phun chữa cháy có thể duy trì trạng thái cắm vào tấm pin trong quá trình vận chuyển xe đến nơi an toàn (và tại địa điểm cách ly). Tính năng này cho phép phun nước chữa cháy trở lại vào tấm pin bất cứ lúc nào, bất kể phương tiện đang được vận chuyển bằng container hở mái hay trên xe cứu hộ.
Quá trình thử nghiệm thao tác phản ứng nhanh khi xảy ra sự cố (Hình 3).
*Đánh giá hiệu quả trong quá trình thử hệ thống
Tiết kiệm nhiên liệu
– Lính chữa cháy có thể dập tắt hiệu quả trong khoảng thời gian rất ngắn. Quá trình nghiên cứu, thử nghiệm nhiều lần trực tiếp trên xe điện đều chữa cháy dập tắt hiệu quả với nguồn nhiên liệu không đáng kể.
– Lực lượng chữa cháy chỉ cần một khoảng thời gian ngắn thao tác trực tiếp trên xe điện là có thể dập tắt được đám cháy.
– Hiệu quả chữa cháy nhanh và trực tiếp tại xe làm giảm nguy cơ ô nhiễm với các thành phần khí khói độc ở pin tỏa ra ngoài không khí. Thực nghiệm trong điều kiện thực tế
Trong quá trình nghiên cứu và phát triển, nhiều hệ thống pin và xe đã được hoàn chỉnh. Hệ thống chữa cháy được thử nghiệm trên tất cả các loại thành phần cấu tạo pin thông dụng (dạng tròn, túi hoặc hình lăng trụ) trong các hãng xe của Châu Âu, xe hơi và xe tải của Mỹ. Pin được thử nghiệm có công suất lên đến 120 kWh.
Update thông tin thường xuyên qua các đợt thử nghiệm
Lực lượng chữa cháy chuyên nghiệp và tự nguyện tại các nước Châu Âu vẫn đang tiếp tục thử nghiệm hệ thống chữa cháy kéo dài hàng tháng và thường xuyên update thông tin phản hồi những số liệu quan trọng qua thực tiễn.
Hiệu quả chữa cháy cao
Hệ thống chữa cháy đưa dung dịch chất chữa cháy đến nơi cần thiết 1 cách chính xác để làm mát các tế bào và các mô-đun trong vỏ pin. Điều này có nghĩa là việc dập tắt đó rất tiết kiệm nhiên liệu và lượng khói khí độc lan truyền được giảm đến mức tối thiểu.
Có thể kết hợp với hệ thống chữa cháy thông thường.
Hệ thống chữa cháy chỉ cần sử dụng nước với một áp suất 5-10 bar làm phương tiện chữa cháy. Điều này có nghĩa là mọi áp suất bình thường hiện có hệ thống chữa cháy có thể được sử dụng.
Dung dịch chất chữa cháy được cung cấp thông qua kết nối Storz C.
Tiếp cận nhanh
Nhờ phương pháp và công nghệ đặc biệt của phương pháp tiếp cận đâm xuyên. Tất cả các loại pin được sủ dụng để thử nghiệm đều được đánh giá việc thâm nhập đảm bảo an toàn.
Tính độc lập
Nguồn dung dịch chất chữa cháy phun cần thiết để dập tắt đám cháy được truyền qua áp lực của bình khí nén.
Hệ thống này đã được thử nghiệm trong nhiều bài kiểm tra với nhiều kiểu thiết kế pin trên các loại xe khác nhau. Ngoài ra, các đơn vị cứu hỏa công nghiệp, chuyên nghiệp và tình nguyện trên khắp Châu Âu đã thử nghiệm hệ thống này trong nhiều tháng với các chiến thuật, công nghệ và đội viên của họ, để chứng tỏ rằng hệ thống chữa cháy hoàn toàn mới này có thể tương thích được với những nguồn lực phục vụ công tác chữa cháy nói trên.
Hệ thống chữa cháy dành cho pin trên xe điện hiện là một trong những hệ thống chữa cháy tốt và sáng tạo để có thể dập tắt đám cháy pin trên xe điện. Hoạt động rất hiệu quả và thân thiện với người dùng. Theo đánh giá của các nhà chuyên gia, hệ thống này là thiết bị cần phải được trang bị rộng rãi lực lượng phòng cháy và chữa cháy.
Hình ảnh thử nghiệm mô hình chữa cháy trực tiếp trên xe ôtô điện (Hình 4)
“Nghiên cứu hệ thống chữa cháy pin trên xe điện là một đóng góp quan trọng cho việc sử dụng điện động lực một cách an toàn, cũng như đóng góp tích cực cho xã hội. Đây là lý do tại sao các cơ quan VDA/VDIK (Hiệp hội công nghiệp tự động hóa CHLB Đức/Hiệp hội các nhà sản xuất phương tiện sử dụng động cơ toàn cầu) ủng hộ đề tài nghiên cứu này. Các hãng xe lớn như: Opel, Volkswagen, BMW, Volvo, Tesla và Audi đã cung cấp các hệ thống pin thế hệ mới nhất cũng như các phương tiện hoàn chỉnh, để phục vụ các cuộc thử nghiệm quan trọng và cần thiết trong hai năm qua. Phương án tốt nhất để ngăn chặn các chất gây ô nhiễm không khí và nguồn nước chữa cháy là dập tắt đám cháy một cách nhanh chóng và hiệu quả. Và đó là những gì mà hệ thống chữa cháy dành cho pin trên xe điện của Rosenbauer đã chứng minh, cùng với việc ứng dụng vào thực tế để bảo đảm an toàn nhất có thể cho những người lính chữa cháy.”
Kết Luận
Trong khi ngành công nghiệp ô tô điện tiếp tục phát triển, việc đảm bảo an toàn của pin xe điện là một vấn đề quan trọng. Các đổi mới công nghệ và quy định an toàn đang được áp dụng để giảm thiểu nguy cơ cháy nổ, nhưng vẫn còn những thách thức
