В последние годы увеличилось количество инцидентов с поврежденными электронными устройствами на борту самолетов. Причиной большинства из них являются литий-ионные аккумуляторы, которые используются в ноутбуках и других портативных электронных устройствах.
В проекте LOKI-PED Институт динамики высоких скоростей Фраунгофера, Институт Эрнста Маха, EMI и Институт строительной физики Фраунгофера IBP сотрудничают с Airbus для оценки рисков пожара и дыма, связанных с литий-ионными батареями в кабинах пилотов. и каюты. Цель — сделать использование портативных устройств на борту более безопасным.
Сегодня жизнь без портативных электронных устройств (ПЭУ) немыслима. Смартфоны, ноутбуки, планшеты, цифровые камеры, устройства для чтения электронных книг и умные часы — наши постоянные спутники — как в самолетах, так и где-либо еще. Пассажиры, однако, не всегда осознают риски: если PED зацепится за сиденье или перегреется во время зарядки, литий-ионная батарея внутри него может нагреться и расшириться. В крайних случаях он может выделять горячие, токсичные и легковоспламеняющиеся газы, которые могут подвергнуть риску пассажиров и членов экипажа.
По данным Федерального авиационного управления (FAA), в последние годы участились инциденты, вызванные литий-ионными батареями на пассажирских рейсах. По оценкам администрации, в год регистрируется от 35 до 50 случаев. 26 декабря 2022 года самолету Lufthansa даже пришлось совершить внеплановую посадку в международном аэропорту О’Хара в Чикаго после того, как перегретый ноутбук, принадлежавший пассажиру, вызвал тлеющий пожар в салоне.
Столь тревожно высокий уровень инцидентов можно объяснить растущим количеством проносимых на борт PED и литиевых батарей, включая электронные сигареты, аккумуляторы и отвертки с батарейным питанием. В рамках проекта LOKI-PED (Литиевые батареи в портативных электронных устройствах — риск возгорания и дыма) исследователи Fraunhofer EMI и Fraunhofer IBP сотрудничают с Airbus для исследования и оценки рисков задымления и возгорания, связанных с литиевыми батареями в PED в салонах и самолетах. кабины. Проект поддерживается Агентством авиационной безопасности Европейского Союза (EASA) и финансируется программой Европейского Союза Horizon Europe.
Стендовые и летно-лабораторные испытания
«Срочно необходима научно обоснованная оценка риска, особенно с учетом того, что процедуры кабины и пожаротушения не изменились с 2014 года. В LOKI-PED мы изучаем, необходимо ли обновлять стандарты и устанавливать новые руководящие принципы и защитные меры для минимизации рисков», — говорит представитель LOKI-PED. руководитель проекта д-р Саймон Хольц из Fraunhofer EMI. В команду доктора Хольца входят доктор Виктор Норрефельдт, технический менеджер Fraunhofer IBP, и его исследовательская группа, а также эксперты Airbus.
Партнеры проекта работают над характеристикой основных рисков, связанных с ПЭД, воздействием огня и дыма в кабинах и каютах, оценкой рисков с учетом количества и энергосодержания ПЭД, оценкой мер экстренной помощи и дополнительных мер противодействия, таких как вентиляция и защитные меры. мешки — и выявление пробелов в нормативных положениях.
Последствия дыма и огня исследуются на высокопроизводительных испытательных стендах, таких как Летно-испытательный комплекс Fraunhofer IBP и центр тестирования аккумуляторов TEVLIB в Fraunhofer EMI. Центр TEVLIB предлагает уникальные условия для проведения разрушающих испытаний даже больших аккумуляторных систем, сохраняя при этом самые высокие стандарты безопасности. Эксперименты служат основой для численного моделирования и последующей оценки риска.
Короткое замыкание в аккумуляторной ячейке
Первым шагом исследователей из центра тестирования батарей Fraunhofer EMI TEVLIB было проведение тестов на злоупотребление батареями, в ходе которых батареи в ноутбуках, планшетах, смартфонах и аккумуляторных отвертках нагревались, чтобы вызвать температурный разгон. Это процесс, при котором литий-ионный аккумулятор сгорает, высвобождая всю химическую энергию из элемента за очень короткое время. Внутреннее короткое замыкание в аккумуляторной ячейке создает очень сильный электрический ток, что приводит к резкому повышению температуры. После достижения начальной температуры температурный разгон в аккумуляторной ячейке уже невозможно контролировать.
«Литиевые батареи в PED содержат разные типы и количество ячеек. Высокая температура запускает цепную реакцию, при которой тепло, выделяемое в одной ячейке, вызывает тепловой разгон и в соседней ячейке», — объясняет инженер. «Количество выделяемого газа пропорционально количеству энергии в батарее».
Исследователи еще не завершили характеристику выделившихся газов. Следующим запланированным шагом является проведение экспериментов в реалистичных условиях самолета с соответствующей вентиляцией салона на макете А320 и на летно-испытательном стенде Фраунгофера IBP.
Энергосодержание определяет количество выделяемого тепла и газа.
«Если PED перегревается, количество выделяемого тепла и газа определяется энергосодержанием аккумуляторов. PED, которые можно взять с собой на борт, в настоящее время ограничены 100 ватт-часами (Втч). Аккумуляторы для ноутбуков не должны иметь емкость более 100 Втч. В будущем на рынок будут выводиться устройства со все более высокой плотностью энергии», — говорит Хольц, поясняя стоящие перед нами трудности.
«Наши тесты выясняют, достаточно ли ограничения в 100 Втч, чтобы можно было адаптировать правила и при необходимости установить новые защитные меры. После завершения испытаний авиакомпании, регулирующие органы, бортпроводники и пассажиры получат равную выгоду. из наших научных предложений, например, в области проектирования систем вентиляции и сертификации подходящего оборудования для обеспечения безопасности».
Команда проекта находится в тесном контакте с представителями авиационной отрасли; один обмен мнениями о температурном разбеге аккумуляторов в кабинах и кабинах состоялся в ходе панельной дискуссии на Всемирной конференции IATA по безопасности и эксплуатации 2023 года.
