다시 뛰는 공정도시 서울!

문서번호 소방과학연구센터-977 결재일자 2021. 12. 2. 공개여부 부분공개(5) 방침번호 시 민 담당 소방과학연구센터장 서울특별시소방학교장 정진혁 윤영란 12/02 성호선 협 조 전기자동차 실물화재 실험 결과 보고 서울소방학교 소방과학연구센터 전기자동차 실물화재 실험 결과 보고 전기자동차 화재 시 다양한 진압 방법을 사용하여 효과성을 측정 하고 재발화를 억제하고자 이동형 냉각수조를 적용한 결과 보고임 □ 실험목적 ？ 전기자동차 진압 시 리튬이온배터리 화재성상 이해 ？ 주수(냉각), 질식소화덮개(질식) 등의 진압 효과성 측정 ？ 이동형 냉각수조 개발 및 적용으로 현장대원 중심의 활용방안 도출 □ 실험개요 ？ (기 간) 2021.10.29.(금) ~ 11.05.(금) 본실험 일시 : 11.02.(화) 13:30 ？ (장 소) 오창 미래지공원 주차장(충북 청주시 소재) < 전기차 실험 현장 > < 미래지공원 주차장 > ？ (실험내용) 실물 전기차량 화재 시 현장적용 가능한 진압방법 시도 - 전기차 화재성상 분석(발화, 최성기 도달시간, 열폭주 상태 확인) - ① 질식소화덮개, ② 폼 소화약제 주수, ③ 질식소화포와 하부 냉각주수 - ④ 냉각수조 침수후 차량 상태 관찰(온도 측정, 재발화 확인 등) ？ 실험 참여기관 임무분장 구분 기관 주요 업무 1 서울소방학교 실험 설계, 화재성상 및 데이터 분석 안전관리 및 외부 자원관리 2 한국소방산업기술원 실험 분석장비 설치 및 측정 총괄 실험 제반 준비 및 장치세팅 3 한국소방기구제작소 이동용 냉각수조 준비 및 현장촬영 4 충북소방본부 실험장소 준비 및 소방력 배치 ？ 실험용 전기차 제원 ？제조사 : 르노삼성(2015년식) ？차 종 : 준중형차(승용) ？배터리 종류 : 리튬이온 ？배터리 전압 : 360V ？배터리 용량 : 64.8Ah ？충전용량 : 24kWh ？주행거리 : 213km 르노 삼성 SM3 ZE ？ 실험용 전기차 배터리 실험장비 설치 모듈별 전압 측정 착화용 모듈 열패드 부착 열전대 설치 배터리 케이스 부착 □ 실험결과 ○ 전기자동차 화재대응별 온도변화(실험시작~종료) ○ 전기자동차 화재대응별 세부 온도변화(착화~질식소화포+하부주수) ？ 전기자동차 질식소화덮개 실험 ？ 열패드를 부착한 모듈(착화모듈)의 1차 최성기 도달(688℃)후 온도 하강 중에 질식소화덮개 사용하였으나 온도변화 추세 변화없음. ？ 질식소화덮개 적용 중 배터리케이스 내 온도(565℃→350℃) 하강 ？ 질식소화덮개 사용시 차량 안 화염은 제거되었지만 배터리팩 부분에서 가연성 가스분출은 지속됨 ？ ？ 화재 최성기 착화모듈(270℃)→(688℃) 질식소화덮개 적용(3분) 케이스(565℃)→(350℃) 온도하강 질식소화덮개 제거 화염제거 및 가스분출 상태 ？ 폼소화약제 적용 실험 분석 ？ 질식소화덮개 제거 15분 경과 후 차량내 재발화하여 케이스는(260℃→ 820℃), 운전석은 (80℃→410℃)로 상승함. ？ 폼소화약제(30L)를 5분간 차량 전체 분사함. ？ 착화모듈의 온도는 점차 하강(495℃→430℃)하였고 열폭주후 상승하였던 배터리케이스 온도는 하강(820℃→260℃)하였음. ？ 자동차 내부 운전석 온도는 (410℃→60℃)로 하강 ？ ？ 질식소화덮개 제거 후 배터리케이스 온도 상승 배터리케이스(260℃)→(820℃) 폼소화약제 적용(5분) 착화모듈(495℃)→(430℃) 온도하강 배터리케이스 온도 하강 배터리케이스(820℃)→(260℃) ？ 질식소화덮개, 하부주수 화재성상실험 ？ 폼소화약제 사용을 중단하고 질식소화덮개와 하부주수를 병행하기 전 착화모듈의 온도는 변화없이 유지, 배터리케이스와 운전석의 온도는 다시 상승함. ？ 질식소화덮개와 하부방수는 총 12분간 진행하였고 시작 4분간은 배터리 케이스 온도가 빠른 속도로 하강하였으나 5분경 다시 급상승 (170℃→270℃)한 것으로 볼 때 배터리 케이스 내부 모듈이 열폭주 한 것으로 보임. ？ 열폭주로 추정되는 현상 후 온도는 다시 빠르게 하강하여 이전 온도 170℃ 부근에서 유지되다가 질식소화덮개 내 축적된 가연성 가스 폭발 ？ ？ 덮개투입 하부주수 시작4분 배터리케이스(260℃)→(170℃) 축적된 가연성가스 폭발 차량과 질식소화덮개 사이 가스폭발 질식소화덮개 제거 가연성 가스 표출 ？ 냉각수조 적용 실험 ？ 착화모듈은 냉각수조에 잠기지 않은 상태로 410℃에서 완만히 온도가 하강함. ？ 배터리케이스 온도는 점점 하강하다 급격한 온도변화(90℃→125℃)후 28℃로 떨어지고 유지됨. ？ 이동용 냉각수조의 설치시간은 7분, 물을 충수하는데 15분이 소요되고 물은 총 6,000L 사용됨. ？ 실내 운전석(17℃) 과 케이스의 온도(28℃)는 하강한 상태에서 큰 변화를 보이지 않음. ？ 1시간동안 냉각수조에 침수한 바 재발화 현상은 관찰되지 않았음. → 침수 1시간 후 착화모듈 335℃, 케이스 28℃, 운전석 17℃ 이동용 냉각수조 · 2,000(W) x 5,000(L) x 1,200(H) · 벽체 : Polyester 1100D / PVC coating 공간지 · 바닥면 : 특수무기코팅 실리카 원단 · 인장강/신도 : 3,700N/22.5% · 내수압 : 4,930mmH2O · 최대수위 : 700mm(7,000L) ？ ？ 냉각수조 설치 설치시간 7분 침수 1시간 충수시간 15분 제외 수조 오염수 수거 6,000리터 ？ 실험후 모듈별 배터리 전압잔량 측정 ？ 실험이 완료된 전기차량의 배터리 팩 분해 ？ 총 모듈 24개중 18개는 열폭주 현상으로 전소되어 전압잔량 측정불가 ？ 최하단층에 있던 모듈 6개에 대한 전압 잔량 측정한 결과 열폭주가 일어나지 않았음을 확인 ？ 실험 후 배터리 팩 모듈 최하단 모듈 6개 전압 잔량 측정 ※ 최하 4단 전압 잔량 측정 결과 구분 No.19 No.20 No.21 No.22 No.23 No.24 발화 전 16.12V 16.12V 16.12V 16.12V 16.12V 16.12V 발화 후 15.19V 15.36V 15.54V 15.54V 15.65V 16.09V □ 실험결과 요약 ？ 전기차량에 관해 ①질식소화덮개, ②폼소화약제, ③질식소화덮개+하부주수소화, ④냉각수조(침수)소화 단계별 4가지 방법을 적용하여 차량배터리 온도변화를 관찰 한 결과, ①질식소화덮개는 초기 배터리 온도를 낮추는데 효과적이었고, ②폼소화약제는 배터리표면에 닿음에 따라 표면온도가 급하강 하였고, ③질식소화덮개+하부주수소화는 배터리 온도를 낮춤과 동시에 규모가 작은 열폭주도 진행되었음. ④냉각수조(침수)소화는 전기차화재 재발화 방지에 유용할 것으로 보이며 온도가 일정하게 하강 후 안정되었음. ？ ① 질식소화덮개는 화재 초기 차량 내부에 화염 및 연기를 덮어 초기 화재 진압에 효과적이었고 배터리케이스 온도를 빠르게 낮춰주었음(565℃→350℃). 실험에서는 3분만 적용하였기 때문에 긴 시간을 사용했을 경우 어느 정도로 효과적일지는 알 수 없으나 초기 진압에는 유용했음. 그러나 완진되지 않은 상태에서 질식소화덮개를 제거하여 15분만에 재발화가 일어나서 배터리케이스 온도는(260℃→820℃)로 상승하여 2차 최성기를 맞이함. ？ ② 폼소화약제는 질식과 냉각작용을 겸하는 것으로 트렁크쪽에 위치한 배터리케이스에 효과적으로 적용되어 케이스 온도가 급하강(820℃→260℃) 하였음. ？ ③ 질식소화덮개와 차량하부 냉각주수는 화재확산 방지효과와 냉각소화기법을 동시 적용하여 대체로 배터리 온도를 감소시켰음. 그러나 배터리의 열폭주가 발생하여 온도가 상승했다 하강하였음(170℃→270℃→170℃). 질식소화, 냉각소화 모두 배터리 화재에 적응성은 있지만 배터리내부 열폭주를 제어하기는 한계가 있음. ？ ④ 냉각수조를 활용한 소화는 전기차가 수조에 침수(수위 70cm)되는 시간 동안 배터리 온도는 하강하였고 1시간을 침수하며 관찰한 바 재발화는 일어나지 않았음. □ 실험한계 ？ 질식소화덮개, 대량주수, 덮개와 주수 병행 등 각각의 진압능력에 대한 효과성 측정이 필요하나 차량 1대로 진행하기에는 부적합함. 따라서 지속적인 전기차 대응 실험이 필요함. ？ 실험차량의 배터리 위치가 트렁크 하단부분 4단 적재형으로 국내 바닥형(Floor) 모델 차량과 실험결과가 상이할 수 있음. ？ 높은 열로 인해 일부 센서가 오류(BURN OUT)으로 데이터 취득 제한. 붙임 1 실험 진행 사진 붙임2 언론보도 현황 □ 보도기간 ○ 2121. 11. 10.~ 11. 17. □ 보도매체 ○ TV방송 : MBC, JTBC, 연합뉴스 ○ 중앙,인터넷뉴스 : 조선일보, 뉴스 1 등 ① MBC(2021.11.11. 07:18) : 진화 어려운 전기차 화재‥"물에 담가서 끈다" ② JTBC(2021.11.10. 06:08) : 불나면 끄기 어려운 '전기차 열폭주'…119의 해법은 ③ 연합뉴스TV(2021.11.11. 07:51) : 전기차 화재 진압용 '이동형 수조' 개발 눈길 ④ 연합뉴스(2021.11.10. 06:00) : 서울소방학교, '이동형 냉각수조' 활용한 전기차 화재진압 시험 ⑤ 매일경제(2021.11.10. 06:00) : 서울소방학교, '이동형 냉각수조' 활용한 전기차 화재진압 시험 ⑥ 조선일보(2021.11.11. 03:55) : 불나면 끄기 어려운 전기차, 사각수조 물 채워 진화 ⑦ 인사이트(2021.11.11. 16:59) : 한번 불나면 안꺼지는 전기차, 통째로 수조에 담궈 ⑧ 뉴스1(2021.11.10. 06:00) :전기차 화재진압용 '이동형 냉각수조' 시험, 결과는? ⑨ 안전저널(2021.11.10. 14:53) :전기차 불나면?…‘이동 냉각수조’ 활용 진압 시험 실시 ⑩ 보안뉴스(2021.11.10. 11:13) : 서울소방학교, 전기차 화재진압용 ‘이동형 냉각수조’ 화재진압 시험 실시 ⑪ 뉴시스(2021.11.10. 06:01) : 전기차 불나면?…'이동 냉각수조' 활용 진압 시험실시 ⑫ 아시아경제(2021.11.10. 06:03) :서울소방학교, 전기차 화재진압용 '이동형 냉각수조' 화재진압 시험 ⑬ 소방방재신문(2021.11.17. 20:53) : 쉽게 꺼지지 않는 전기차 화재, 이동형 수조 이용 시험 진행

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