Czy pojazdy elektryczne stanowią zagrożenie pożarowe?

W ciągu ostatnich dwóch miesięcy trzy samochody elektryczne Tesla Motors Model S zapaliły się po uszkodzeniu ich akumulatorów litowo-jonowych. W zeszłym tygodniu National Highway Traffic Safety Administration poinformowała, że ​​zbada, czy Model S Tesli wymaga modyfikacji, aby zapobiec dalszym pożarom.

Wypalić się: Przód Tesli Model S spłonął po uszkodzeniu akumulatora.

W dwóch przypadkach samochody przejechały z prędkością autostradową po dużych metalowych obiektach; trzeci samochód uderzył w betonową ścianę. Nikt nie został ranny: system ostrzegawczy pozwalał kierowcom zatrzymać samochód i wysiąść, zanim z akumulatora zaczął wydobywać się dym, a konstrukcja akumulatora spowolniła rozprzestrzenianie się ognia, który nigdy nie przedostał się do przedziałów pasażerskich . Tesla powiedział, że pokryje pożary w ramach gwarancji, więc właściciele nie odczują kosztów. A założyciel Tesli, Elon Musk, twierdzi, że pożary są nadal bardzo rzadkie.

Mimo to incydenty zwróciły uwagę na bezpieczeństwo akumulatorów stosowanych w pojazdach elektrycznych (patrz Wczesne dane sugerują, że pożary spowodowane kolizją są częstsze w Tesli Model S niż w samochodach konwencjonalnych). Są to również tylko najnowsze przykłady pożarów akumulatorów litowo-jonowych w pojazdach elektrycznych — widzieliśmy pożary w pojazdach typu plug-in Chevy Volt i Fisker Karma. Boeing 787 Dreamliner został uziemiony z powodu problemów z nowymi akumulatorami litowo-jonowymi.

Istnieje nieodłączne ryzyko, gdy zgromadzisz wystarczającą ilość energii, aby napędzać dwutonowy samochód z prędkością 75 mil na godzinę przez setki mil. W końcu każdego roku w kolizjach zapalają się tysiące samochodów napędzanych benzyną. W zasadzie tym ryzykiem można zarządzać poprzez projektowanie konstrukcji i chłodzenie. Ale czy same ogniwa litowo-jonowe mogą być bezpieczniejsze?

Zestawy akumulatorów do pojazdów elektrycznych składają się z setek do tysięcy ogniw akumulatorowych, z których każde zawiera łatwopalny płynny elektrolit. Zarządzanie ryzykiem pożaru akumulatora litowo-jonowego sprowadza się do dwóch rzeczy: zapobiegania zapaleniu się elektrolitu i zapobiegania rozprzestrzenianiu się ognia, jeśli tak się stanie.

Jednak same ogniwa litowo-jonowe mogą czasami generować wystarczającą ilość ciepła, aby zapalić elektrolit w procesie znanym jako niekontrolowana temperatura. Na przykład zwarcia między dwiema elektrodami w ogniwie akumulatora mogą spowodować ich nagrzanie. Jeśli te elektrody staną się zbyt gorące, ciepło może wywołać reakcje chemiczne, które szybko generują więcej ciepła, aż elektrolity staną w płomieniach. Wydaje się, że tak właśnie było w przypadku pożarów Tesli, kiedy uszkodzenie akumulatorów powodowało zwarcia prowadzące do ucieczki termicznej.

Zwarcia mogą wynikać z wad produkcyjnych, ale producenci akumulatorów bardzo dobrze sobie z nimi radzili. Kiedy baterie są używane zgodnie z przeznaczeniem, istnieje tylko jeden pożar na każde 100 milionów ogniw litowo-jonowych, mówi Jeff Dahn , profesor fizyki i chemii na Uniwersytecie Dalhousie. Tesla chroni również przed niekontrolowanymi zdarzeniami termicznymi dzięki rozbudowanemu systemowi chłodzenia cieczą, zaprojektowanemu do chłodzenia ogniw tak szybko, że jeśli jedna komórka się zapali, jej sąsiedzi nie.

Jeśli jednak wiele ogniw zostanie uszkodzonych, system chłodzenia może nie wystarczyć. Jeśli paczka Tesli zostanie poważnie nadużyta przez duży metalowy przedmiot przebity przez paczkę, prawdopodobnie w większości przypadków wybuchnie pożar, mówi Dahn.

Tesla dodatkowo chroni akumulator za pomocą grubej na ćwierć cala płyty z utwardzonego aluminium. W wielu przypadkach wydaje się to działać. Model S uzyskał najwyższe oceny bezpieczeństwa od NHTSA po testach zderzeniowych. Jednak w przypadku pożarów ochrona okazała się niewystarczająca.

Tesla zbudował również zaporę między plecakiem a przedziałem pasażerskim. Ta zapora ogniowa została zaprojektowana tak, że nawet jeśli plecak wpadnie w niekontrolowaną temperaturę, nie przeniknie do kabiny pasażerskiej, mówi Musk.

Od czasu wypadków Tesla wysłała aktualizację oprogramowania, która zmienia ustawienia zawieszenia Modelu S tak, aby akumulator znajdował się wyżej nad ziemią przy prędkościach autostradowych, co zmniejsza prawdopodobieństwo trafienia kawałkami metalu, które spowodowały dwa pożary.

Oprócz zwiększania bezpieczeństwa akumulatorów, możliwe jest również zwiększenie bezpieczeństwa samych ogniw, przechodząc na materiały elektrod, które przechowują mniej energii, ale są w stanie wytrzymać wyższe temperatury, zanim zacznie się niestabilna temperatura. Niektórzy inni producenci samochodów to zrobili, ale otrzymane akumulatory kosztują więcej. Nie jest jasne, czy Tesla wybrała materiały elektrod, aby poprawić bezpieczeństwo poszczególnych ogniw.

Musk twierdzi, że byłoby możliwe zwiększenie grubości aluminiowej powłoki chroniącej akumulator. Ale to spowodowałoby znaczne zwiększenie masy, które pogorszyłoby osiągi samochodu i obniżyłoby jego zasięg po ładowaniu. Mówi, że nie uważa tego za konieczne, ponieważ obecne środki bezpieczeństwa chroniły kierowców i spodziewa się, że nie będzie wielu pożarów.

Ostatecznie możliwe byłoby nawet zastąpienie łatwopalnego elektrolitu niepalnym, ale takie baterie okazały się trudne do opracowania (patrz Baterie półprzewodnikowe , Budowanie samochodów z baterii nie jest tak szalone, jak się wydaje, oraz Sztuczka dla Zwiększenie bezpieczeństwa baterii może również sprawić, że pojazdy elektryczne będą przystępne cenowo ).

ukryć