소방기술사 기출문제 - 전기자동차 배터리 열폭주 현상 및 지하주차장 화재대책

2023년 129회 소방기술사 4교시 1. 전기자동차 화재와 관련하여 다음 사항을 설명하시오.

1) 리튬이온 배터리의 열폭주 현상 및 발생요인

2) 지하 주차구역(충전장소)의 화재대응대책

 

배터리의 구성

• 셀 : 전기에너지를 충・방전할 수 있는 전지의 기본단위(양・음극 등을 알루미늄 can 및 pouch에 넣은 형태)
• 모듈 : 셀을 일정한 개수로 묶어 프레임에 넣은 조립체(셀을 외부 충격과 열, 진동 등으로부터 보호)
• 팩 : 냉각시스템, BMS(Battery Management System) 보호회로 등을 장착

 

배터리 열폭주현상

1. 분리막으로 주로 사용되는 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀 계열의 고분 자는 녹는점이 125~160℃로서, 고온에서 안정성이 취약.
2. 분리막이 분해되면 양극과 음극이 직접 접촉되면서 내부에 충전된 에너지의 급격한 방출 과 함께 유기 용매인 전해액이 열분해 되고, 이로 인해 인화성 가스가 발생.
3. 가스 팽창으로 인해 압력이 일정 수준 이상으로 높아지면 배터리 셀 밖으로 가스와 전해액 이 누출되면서 발화.
4. 리튬이온배터리는 에너지 밀도가 매우 높으며 처음에 화재가 발생한 배터리에서 주변 배터리의 온도를 급상승시킴(온도상승이 역학적 과정에 의해 에너지 방출을 증가시키고, 이에 따라 온도상승을 더욱 가속시키는 양성 피드백 현상)

 

열폭주 발생원인

제조 결함

• BMS 오류로 과충전 및 과방전 제어 실패
• 냉각장치 불량으로 배터리 셀에 과열 발생
• 필수 보호장치 누락 등

작업자 및 운영 미숙

• 과충전, 과방전 및 과부하
• 설치시 물리적 충격 관리시스템에 대한 명확한 기준 없음

 

지하주차장 화재 특성

• 지하 주차장에서 전기차 화재 시 소방차의 진입이 불가함
• 지하 주차장 전기차 화재에 대한 건축물 자체적인 대응책이 필요

 

지하 주차구역 화재대응대책

외기와 면한 장소에 설치

• 가급적 주차장 램프 인근 등 외기와 가까운 피난층에 설치
• 직통계단과 멀리 떨어진 위치에 설치하거나 직통계단 출입문과 반대 방향에 설치
• Dry Area 인근에 설치하여 전용의 배출설비 통해 연기 배출

주차구역단위별 방화구획

• 주차구역단위별 3면을 내화성능 1시간 이상의 벽체로 방화구획
• 높이 600mm 이상의 물막이판을 수동 및 자동으로 작동될 수 있는 구조로 설치

별도의 급수배관 설치

• 전기차 전용주차구역 내부로 물을 채울 수 있는 65mm 이상의 별도 급수배관 설치
• 급수배관은 전용주차구역의 방화구획별로 소화수 공급할 수 있을 것

전용의 소화설비

• 수원 : 18.4L/min·m² 이상의 방수량을 1시간 이상 방수할 수 있는 양
• 헤드 : K-factor 115이상의 헤드
• 전용의 연결송수관설비 설치

별도의 배출설비 설치

• Dry Area 인근에 전용의 배출용송풍기 통한 배출설비를 옥외와 면한 벽체에 설치
• 배출덕트 : 아연도금강판 또는 이와 동등 이상의 내열성, 내식성 있는 것 설치
• 배출용량 : 27m³/h·m² 이상
• 작동 : 전기차 전용구역 화재감지기와 연동 및 직통계단 인근에서 수동기동 가능할 것

질식포 비치 ① 초시 소화 및 연소확대 방지 위한 질식포를 전용주차구역 인근에 비치

감지기 설치 : 전기차 충전구역은 별도의 경계구역으로 감지기 설치 대응

CCTV설치 : 화재발생상황을 신속히 파악하여 대응

물막이판 설치 : 차량을 물속에 침수시켜 냉각소화하며 재발화가 발생하지 않도록 조치

소화 오염수 처리시설 설치

• 전기차 화재진압 후 오염된 소화수를 처리할 수 있는 배수설비 갖출 것
• 전용주차구역 중 가장 큰 면적에 대한 소화수를 수용할 수 있는 용량 갖출 것