Kapalı Otoparklar - Elektrikli Araçlar İçin Yangın Güvenliği Kılavuzu
Bölüm-2

Temmuz-2023
ARUP

 

Aşağıdaki makale ARUP web sitesindeki orijinal İngilizce versiyonundan alınarak ETP Sabri Günaydın, Gökhan Aktaş ve Emre Çulban tarafından yapay zekâ çeviri yazılımları kullanarak Türkçe'ye tercüme edilerek düzenlenmiştir.

ARUP ‘un Türkçe çeviri ile ilgili sorumluluğu yoktur. ETP  Türkçe çeviri ve düzenleme sorumluluğunu üstlenir.

Türkçe çeviride  göreceğiniz olası hataları " iletisim@etp.com.tr "  adresine e-posta göndermenizi rica ederiz. 

Bu raporun ETP Portalımızda yayını ile ilgili bize destek olan ARUP Türkiye’ye teşekkür ederiz.






2.1.4    Söndürme ve yeniden tutuşma

Yangınla mücadele yaklaşımları üzerine yapılan büyük ölçekli deney ve araştırmalar, elektrikli araçların itfaiye tarafından söndürülmesinin daha uzun sürdüğünü ve olayların uzayabildiğini tespit etmiştir [1] [20]. Yangın süresindeki bu artış, yangının bina yapısını daha uzun süre etkilemesinin yanı sıra yangını bastırmak için daha fazla miktarda su gerektirmesine neden olabilir (Bölüm 2.5'te daha ayrıntılı olarak ele alınmıştır).

Bir elektrikli araç yangınını söndürmek daha zordur ve yeniden alev alabilir. Bataryanın yeniden tutuşması, batarya paketi içindeki diğer yakın hücrelerin ilk olayda hasar görmesi ve bir süre sonra ısıl kaçağa girmesiyle meydana gelir. İlk bastırmanın ardından, %13 oranında araç yangının yeniden alevlendiği tespit edilmiş ve görünür yangın belirtileri (alev, duman) bastırıldıktan sonra bile, bataryada kalabilen artık ısı nedeniyle elektrikli aracın, birkaç saat içinde birden fazla kez yeniden alevlendiği iki vaka kaydedilmiştir [2]. Bu durum, elektrikli araçların genellikle ilk yangın olayından saatler sonra (bir çalışmada, ilk yangından 22 saat sonra [1]) yeniden alev almasına yol açmaktadır. Bu durum, Bölüm 2.5'te tartışıldığı üzere, yangınla mücadele açısından önemli sonuçlar doğurmaktadır.

2.2    Batarya Yönetim Sistemi (BMS) hatası

BMS (BYS) toplam batarya akımını, toplam batarya gerilimini, bireysel hücre gerilimini, batarya akımını ve batarya modülü boyunca sıcaklığı izleyebilir [30]. Bataryaların sağlığını sabit aralıklarla izler ve ortam sıcaklıkları sıcaklık aralığının dışında olsa bile (15-35 °C [32]) bataryayı performans için optimum sıcaklık aralığında tutmak amacıyla ısıl yönetim sistemleri aracılığıyla sıcaklığı düzenleyebilir [31].

BMS bir sorun tespit ederse, tespit edilen hatanın ciddiyetine bağlı olarak karşı önlemler uygulamak üzere programlanır; bu, hatalı hücre/hücrelerin devre dışı bırakılmasından tüm modüllerin devre dışı bırakılmasına ve hatta tüm bataryanın elektrik sistemiyle bağlantısının kesilmesine (aşırı şarjın bir sonucu olarak ısıl kaçağı önlemek için) kadar değişebilir. [31].

BMS arızalanırsa, bu durum bataryanın arızalanmasına ve batarya yangınına neden olabilir. BMS'nin yanlış çalışmasına yol açabilecek faktörler şunlardır:

Elektriksel hata (donanım hatası);

Yazılım hatası (örn. yazılım hataları) [33].

BMS aracın bir parçasıdır ve bu nedenle BMS'nin arızalanmasını önlemek için hafifletici önlemler geliştirmek üreticinin kontrolü altındadır [33]. Bu tür hafifletici önlemler şunları içerebilir:

Araç sahibi, aracın bakımını üreticinin talimatlarına uygun olarak yapar.

BMS hatasını tespit edilmesi durumunda, hata güvenliği olarak, hata durumunda devreye giren bir mikro denetleyici ünitesinin sağlanması.

BMS/Batarya yapısının kendi içinde üreticiler, BMS'nin ne zaman arızalandığını ve ısıl kaçağın meydana gelmek üzere olabileceğini belirlemek için hücre elektrokimyasal empedansının (elektrot yüzeyindeki reaksiyonların frekansı) izlenmesini, bataryayı kapatmak için bir hata güvenliği olarak kullanabilirler [33].

Otopark sahipleri/işletmecileri ve tasarımcılarının elektrikli araçlardaki BMS tipi üzerinde hiçbir kontrolü olmadığından, bu kılavuzda bu konu daha fazla ele alınmayacaktır.

2.3    Batarya yangınlarına yol açan faktörler

Elektrikli araçlardaki bataryaların ısıl, elektriksel veya mekanik kötü kullanımları nedeniyle hasar görmeleri halinde tutuşma olasılığı daha yüksektir [34]. Aşağıdaki Tablo 1, bir bataryanın tutuşabileceği farklı işleyişleri göstermektedir.

Tablo 1: Batarya yangınlarına yol açan faktörler - elektrikli araç içindeki bataryanın hasar görmesi

Elektrikli araçlardaki bataryalar,bataryanın bir kaza sonucu etkilenme riskini sınırlamak için genellikle mekanik çarpışma korumasıyla donatılır.

Bu genellikle, Şekil 4'te görüldüğü gibi, akünün üstünde ve altında yüksek mukavemetli bir kabin ve aracın ön ve arka tarafında darbe emici bir burulma/çökme bölgesi [20] aracılığıyla elde edilir.
 

Şekil 4: Bir elektrikli araca tipik olarak sağlanan mekanik çarpışma koruması ([20]'den uyarlanmıştır]

2.3.1    EV yangınlarının bir nedeni olarak sel hasarı

Tipik olarak, elektrikli araçlardaki bataryalar BS EN 61851-1:2019 [35] ve BS 7671:2018 [36] veya UN/ECE Yönetmelik 100:2015 [37] gibi diğer yönetmeliklerde belirtilen minimum giriş (IP) koruması derecelerini karşılayacak şekilde tasarlanmıştır. Bataryalar dış mekanda kullanım için olduğundan, tipik olarak ürünü 1 mm'nin üzerindeki katı parçacıklardan ve her yönden gelen düşük hızlı su püskürmelerinden koruyan IP66 koruma derecesine göre imal edilmiş gerekir [38] [35].

Batarya mekanik bir hasara uğramışsa, örneğin bir çarpışma sonucu, bataryaya su girmesi ve hücreler arasında kısa devreye neden olması riski vardır.

Batarya içindeki topraklama hatası tespit sistemleri, batarya ile metal araç şasisi arasında bir elektrik kaçağı olduğunu tespit edebilir. Bu durumda, sistem bataryaya giden elektrik beslemesini otomatik olarak kapatmalı ve araç şasisinin kısa devre veya elektrifikasyonu önlemelidir [39] [40].

Avustralya hükümeti tarafından finanse edilen ve acil durum müdahale ekiplerine elektrikli araç riskleri hakkında ücretsiz bilgi sağlayan bir araştırma projesi olan EV FireSafe, sel suyuna/deniz suyuna batmış elektrikli araçlarla ilgili yangın olaylarının sayısını araştırmış ve araştırmanın zaman aralığı bilinmemekle birlikte küresel olarak üç elektrikli araç yangın olayı olduğunu kaydetmiştir [2].

Bu olaylardan biri, deniz suyunun iyi bir elektrik iletkeni olması nedeniyle muhtemelen elektriksel kısa devrelere neden olan birkaç saat boyunca deniz suyuna batmayı içeriyordu [41]. Küresel olarak sadece bir yangın olayı sel suyuna batma ile ilişkilendirildiğinden, bu durum sel olaylarının elektrikli araçlarda yangına neden olma potansiyeline sahip olduğunu, ancak suya batma sonrasında elektrikli araç bataryası yangını riskinin düşük olduğunu göstermektedir [2].

İncelenen literatürün hiçbirinde şarj noktalarının sel suları altında kalmasının yarattığı tehlikeler tartışılmamaktadır. Bu nedenle, sel hasarı test edilmediği için yangın güvenliği açısından belirsiz bir risk oluşturmaktadır.

Araç içinde yangın olasılığını önlemek için su girişini önleyen veya su girmesi halinde elektrik beslemesini kesen mekanizmalar bulunsa da su basmış bir elektrikli aracın kurtarılmasıyla ilgili olarak izlenmesi gereken bazı müdahale prosedürleri vardır.

Elektrikli bir aracı çevreleyen suyun mikro kabarcıklanması, ısıl kaçak veya suya elektrik enerjisi verilmesi dışındaki nedenlerle meydana gelebilir [40]. Ulusal Yangından Korunma Birliği (NFPA) Acil Durum Saha Kılavuzu, mikro kabarcıklanmanın, bataryanın pozitif ve negatif terminalleri arasında su moleküllerini hidrojen ve oksijen gazlarına parçalayan elektrolizin bir sonucu olduğunu belirtmektedir [40].

Müdahale ekipleri yine de suya batmış bir aracın yüksek gerilim bileşenleri, kabloları veya servis bağlantı kesicileriyle temastan kaçınmalıdır [40].

EV FireSafe, sel sularının çekilmesi ve su altında kalan elektrikli araçların tahliye edilmeye başlamasıyla birlikte, elektrikli araç sahiplerinin ve acil durum müdahale ekiplerinin, aşağıdakileri içerebilecek bir batarya yangını belirtilerine dikkat etmeleri gerektiğini belirtmektedir:

Dumana benzeyen koyu ve açık buhar bulutları.

Patlama, ıslık veya tıslama sesleri.

Aracın altından çıkan alevler.

2.3.2    EAŞN (EVCP) /şarj kablosunun hasar görmesinden kaynaklanan yangınlar

Farklı tipte şarj istasyonları ve şarj kabloları mevcuttur. Şarj kablosunun her zaman şarj noktasına bağlı olduğu bir Mod 4 EAŞN olmadığı sürece; genellikle, bir EA'i bir EAŞN'na bağlamak için kablolar EA sürücüsü tarafından sağlanır.

Bölüm 2.6'da belirtildiği gibi, elektrikli araç yangınlarının toplam sayısı ve olasılığı hakkında rapor edilen istatistiklerin sayısı giderek artmaktadır, ancak bu istatistikler elektrikli araçlardaki yangınlar ile şarj sırasında elektrikli araçlarda meydana gelen yangınlar veya EAŞN veya şarj kablosundaki hasar arasında ayrım yapmak için verileri ayrıştırmamaktadır.

Kılavuzun yazıldığı sırada, EAŞN’larının şarj gücünün veya şarj işleminin kendisinin bir elektrikli araç yangını olasılığını artırıp artırmadığına dair sınırlı veri bulunmaktadır.

Her batarya, ideal şarj koşullarını sağlamak için şarj cihazından bir dizi koşul gerektirir. Buna uygun bir hücre gerilimi (yani şarj cihazında doğru seviyede akım olması, böylece şarj cihazının gücünden kaynaklanan gerilimin batarya hücresi için uygun aralıkta olması) ve uygun bir şarj rejimi (sabit akım veya sabit gerilim) dâhildir. Uyumsuz bir şarj cihazına sahip olmak, şarj işlemi gerçekleşemeyeceği için yangın riski oluşturmaz.

Şu ana kadar elektrikli araç yangınlarının EAŞN’ları/şarj kablolarına verilen hasarla ilişkili olduğunu gösteren deneysel bir kanıt bulunmamakla birlikte, gerçekleştirilen daha fazla elektrik altyapısı nedeniyle otoparkta daha fazla tutuşma kaynağının mevcut olması, yangın riski değerlendirmesi yapılırken olası sonuçların dikkatle değerlendirilmesini gerektirmektedir (bkz. Bölüm 4).

Bundan sonraki bölüme " Yangın büyümesi, EA Yangınlarının söndürülmesi " ile devam edilecektir.

Kaynaklar:

[1]    T. Long, T. Blum ve B. Cotts, "Elektrikli Araç Bataryası Tehlikelerini İçeren Olaylara Acil Müdahale için En İyi Uygulamalar: Tam Ölçekli Test Sonuçları Raporu," Yangından Korunma Araştırma Vakfı, 2013.

[2]    EVFireSafe, "EVFireSafe," Avustralya Hükümeti Savunma Bakanlığı, 2021. [Çevrimiçi]. Mevcut: https://www.evfiresafe.com/research-ev-fire-charging. [Erişim tarihi 15 Şubat 2022].

[3]    F. Larrson ve B. Mellander, "Energy storage system in electrified vehicles," Second international conference on fires in vehicles , pp. 303-306, 2012.

[4]    P. Christensen, Z. Milojevic, M. Wise, M. Ahmeid, P. Attidekou, W. Mrozik, A. Dickmann, F. Restuccia, S. Lambert ve P. Das, "Elektrikli araç torba hücre modüllerinin termal ve mekanik istismarı," Applied Thermal Engineering, cilt. 189, no. 116623, 2021.

[5]    M. Egelhaaf, D. Wolpert ve T. Lange, "Elektrikli Bataryalı Araç Yangınlarıyla Mücadele," Stuttgart, 2014.

[6]    A. Lecocq, M. Bertana, B. Truchot ve G. Marlair, "Elektrikli bir araç ile içten yanmalı motorlu bir aracın yangın sonuçlarının karşılaştırılması," 2012.

[7]    P. Sun, X. Huan, R. Bisschop ve H. Niu, "Elektrikli Araçlarda Batarya Yangınları Üzerine Bir İnceleme," Springer nature, 2019.

[8]    F. Larsson, P. Andersson ve B. Mellander, "Deneysel Kötüye Kullanım Testleri Temelinde Elektrikli Araçlardaki Yangınlarda Lityum-İyon Batarya Yönleri," Batteries, vol. 2, no. 9, 2016.

[9]    İsviçre Federal Malzeme Bilimi ve Teknolojisi Laboratuvarları, "Yeraltı trafik altyapılarında elektrikli araç yangınlarının risk minimizasyonu," 2020.

[10]    Thatcham Sigorta Araştırma Departmanı, "Elektrikli Araçların Yangın Riski," Thatcham Sigorta, 2022.

[11]    London Fire Brigade, "RE: Elektrikli araç araştırması - yardım talebi - Arup," London Fire Brigade, Londra, 2022.

[12]    Norveç Sivil Koruma Müdürlüğü (BRIS), "Yangın istatistikleri: Yıllık binek araç yangınları ve yakıt türü," BRIS, 2022. [Çevrimiçi]. Mevcut: https://www.brannstatistikk.no/brus-ui/search?searchId=9B13517C-F1CD-490F-82A1-57B9CA38ACA5&type=SEARCH_DEFINITION. [Erişim tarihi 7 Nisan 2022].

[13]    Health and Safety Executive (HSE), "The Dangerous Substances and Explosive Atmospheres Regulations 2002," HSE, [Online]. Mevcut: https://www.hse.gov.uk/fireandexplosion/dsear.htm. [Erişim tarihi 1 Temmuz 2022].

[14]    HM Government, "The Building Regulations etc. (Amendment) (England) (No. 2) Regulations 2021," 2021. [Çevrimiçi]. Mevcut: https://www.legislation.gov.uk/uksi/2021/1392/contents/made. [Erişim tarihi 23 Mart 2022].

[15]    HM Government, "Approved Document S: Infrastructure for charging electric vehicles," Assets.publishing.service.gov.uk, 25 02 2022. [Çevrimiçi]. Mevcut: https://www.gov.uk/government/publications/infrastructure-for-charging-electric-vehicles-approved-document-s. [Erişim tarihi 22 03 2022].

[16]    HM Hükümeti, "VEH0203 - Tahrik/yakıt türüne göre yıl sonunda ruhsatlı otomobiller," Ulaştırma İstatistikleri Departmanı, 13 Ocak 2022. [Çevrimiçi]. Mevcut: https://view.officeapps.live.com/op/view.aspx?src=https%3A%2F%2Fassets.publis hing.service.gov.uk%2Fgovernment%2Fuploads%2Fsystem%2Fuploads%2Fattac hment_data%2Ffile%2F985933%2Fveh0203.ods&wdOrigin=BROWSELINK. [Erişim tarihi 23 Mart 2022].

[17]    Office for Zero Emission Vehicles (OZEV) and Department for Transport (DfT), "Transition to zero emission cars and vans: 2035 delivery plan," Office for Zero Emission Vehicles and Department for Transport, 14 Temmuz 2021. [Çevrimiçi]. Mevcut: https://www.gov.uk/government/publications/transitioning-to-zero-emission-cars-and-vans-2035-delivery-plan. [Erişim tarihi 8 Nisan 2022].

[18]    HM Hükümeti, "İstatistiksel veri seti - Tüm araçlar (VEH01): VEH0133: Lisanslı
gövde tipine ve tahrik veya yakıt tipine göre ultra düşük emisyonlu araçlar: Birleşik Krallık," HM Hükümeti, 13 Ocak 2022. [Çevrimiçi]. Mevcut: https://www.gov.uk/government/statistical-data-sets/all-vehicles-veh01#ultra-low-emissions-vehicles-ulevs. [Erişim tarihi 17 Kasım 2022].

[19]    Arup, "Kapalı otoparklardaki elektrikli araç şarj noktalarıyla ilişkili yangın tehlikelerine dair literatür incelemesi T0194 - Kapalı otoparklar - elektrikli araç parkı için yangın güvenliği kılavuzu," 2022.

[20]    R. Bisschop, O. Willstrand, F. Amon ve M. Rosengren, "Karayolu Araçlarındaki Lityum-İyon Bataryaların Yangın Güvenliği," RISE Research Institutes of Sweden AB, 2019.

[21]    T. Valisalo, "Yeraltı koşullarında Li-ion pil yangını durumunda yangınla mücadele: Literatür Çalışması," Finlandiya Teknik Araştırma Merkezi, 2019.

[22]    G. Hare, "Lithium Batteries - What's the problem?", Fire and Emergency New Zealand, Yeni Zelanda, 2019.

[23]    C. Mikolajczak, M. Kahn, K. White ve R. Long, "Lithium-Ion Batteries Hazard and Use Assessment," Fire Protection Research Foundation, 2011.

[24]    L. D. Mellert, "Bir EV Bataryası Tarafından Üretilen Flaş Yangınları," SWISS FEDERAL LABORATORIES FOR MATERIALS SCIENCE AND TECHNOLOGY (EMPA), 2022. [Çevrimiçi]. Mevcut: https://www.eurekalert.org/multimedia/557109. [Erişim tarihi 01 Temmuz 2022].

[25]    EVFireSafe, "04.4 Risks EV traction battery fire," [Çevrimiçi]. Mevcut: https://www.evfiresafe.com/risks-ev-fires. [Erişim tarihi 2022 Kasım 09].

[26]    INSIDE EVs, "Elektrikli Otomobilleri Karşılaştırın: EV Range, Specs, Pricing & More," INSIDE EVs, 07 Şubat 2022. [Çevrimiçi]. Mevcut: https://insideevs.com/reviews/344001/compare-evs/. [Erişim tarihi 16 Şubat 2022].

[27]    L. Barelli, G. Bidini ve P. Ottaviano, "Vanadyum-hava akışlı batarya teknolojisi ile şarj işlemi sırasında elektrikli araçların yangından korunması," 2021.

[28]    EV Firesafe, "04.3 EV çekiş bataryası yangın davranışı," [Çevrimiçi]. Mevcut: https://www.evfiresafe.com/ev-fire-behaviour. [Erişim tarihi 1 Temmuz 2022].

[29]    Y. Z. Li, "Tünellerde alternatif yakıtlı araçların yangın ve patlama tehlikelerinin incelenmesi,"
Fire Safety Journal, cilt. 110, no. 102871, 2019.

[30]    P. Andersson, J. Wikman, F. Larsson ve O. Willstrand, "Denizde batarya tahrikinin güvenli tanıtımı," RISE Research Insitutes of Sweden, 2017.

[31]    M. Kaliaperumal, M. Dharanendrakumar, S. Prasanna, K. Abhishek ve R. Chidambaram, "Lityum-iyon pil arızasının nedeni ve azaltılması - bir inceleme," Materials, 2021.

[32]    S. Ma, M. Jiang, P. Tao, C. Song, J. Wu, J. Wang, T. Deng ve W. Shang, "Lityum-iyon pillerde sıcaklık etkisi ve termal etki: Bir inceleme," s. 653-666, 2018.

[33]    All About Circuits, "When Things Go Wrong: Battery Management System Failure Mitigation," All About Circuits, 9 Şubat 2021. [Çevrimiçi]. Mevcut: https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/battery-management-system-failure-mitigation/. [Erişim tarihi 8 Nisan 2022].

[34]    M. Lewandowski ve A. Dorsz, "Analysis of Fire Hazards Associated with the Operation of Electric Vehicles in Enclosed Structures," Energies, vol. 15, no. 11, 2021.

[35]    İngiliz Standartları Enstitüsü (BSI), Elektrikli araç iletken şarj sistemi. Genel gereklilikler (Şubat 2020 düzeltmesi dahil), BS EN IEC 61851-1:2019, BSI, 2019.

[36]    İngiliz Standartları Enstitüsü (BSI), Elektrik Tesisatları için Gereklilikler, BS 7671: 2018, BSI, 2018.

[37]    Birleşmiş Milletler Avrupa Ekonomik Komisyonu , UN/ECE Reg.100 Elektrikli güç aktarma organlarına ilişkin özel gereklilikler bakımından araçların onaylanmasına ilişkin yeknesak hükümler, Avrupa Birliği Resmi Gazetesi, 2015.

[38]    İngiliz Standartları Enstitüsü, Muhafazalar tarafından sağlanan koruma dereceleri (IP Kodu), BS EN 60529:1992+A2:2013 düzeltme Şubat 2019, Londra: BSI, 2019.

[39]    D. Sturk ve L. Hoffman, "e-fordons Potentiella Riskaktorer vid Trafikskadehandelse - En rapport baserad pa e-fordons teknik," SP Electronics ve Autoliv Development AB, 2013.

[40]    Ulusal Yangından Korunma Derneği (NFPA), "Acil Durum Saha Kılavuzu: Hibrit, Elektrikli, Yakıt Hücreli ve Gaz Yakıtlı Araçlar," NFPA, 2018.