Er elektriske køretøjer en brandfare?

I de seneste to måneder er tre Tesla Motors Model S elbiler gået i brand, efter at deres lithium-ion batteripakker blev beskadiget. I sidste uge sagde National Highway Traffic Safety Administration, at det ville undersøge, om Teslas Model S skal modificeres for at forhindre yderligere brande.

Brænde ud: Forenden af ​​en Tesla Model S blev brugt i flammer, efter at batteriet var blevet beskadiget.

I to tilfælde kørte bilerne over store metalgenstande med motorvejshastighed; den tredje bil ramte en betonvæg. Ingen kom til skade: Et advarselssystem gjorde det muligt for chaufførerne at trække bilen og komme ud, før der begyndte at komme røg fra batteripakken, og designet af batteripakken bremsede brandens spredning, som aldrig nåede ind i kabinerne . Tesla har sagt, at det vil dække brande i sin garanti, så omkostningerne vil ikke kunne mærkes af ejerne. Og Tesla-grundlæggeren Elon Musk hævder, at brandene stadig er meget sjældne.

Alligevel har hændelserne henledt opmærksomheden på sikkerheden af ​​de batterier, der bruges i elektriske køretøjer (se Tidlige data tyder på, at kollisionsbrande er hyppigere i Tesla Model S end konventionelle biler). De er også blot de seneste eksempler på lithium-ion-batteribrande i elektriske køretøjer - vi har set brande med Chevy Volt og Fisker Karma plug-in køretøjer. Boeings 787 Dreamliner blev sat på jorden på grund af problemer med dets nye lithium-ion-batterier.

Der er iboende risici, når du opbevarer nok energi til at drive en to-tons bil med 75 miles i timen i hundredvis af miles. Når alt kommer til alt, brænder tusindvis af benzindrevne biler i sammenstød hvert år. I princippet kan disse risici styres gennem strukturelt design og køling. Men kunne lithium-ion-battericellerne selv gøres mere sikre?

Batteripakker til elektriske køretøjer er lavet af hundreder til tusindvis af battericeller, som hver indeholder en brændbar flydende elektrolyt. Håndtering af risiciene ved lithium-ion-batteribrande kommer ned til to ting: at forhindre elektrolytten i at antænde, og at forhindre en brand i at sprede sig, hvis det sker.

Lithium-ion battericeller selv kan dog nogle gange generere nok varme til at antænde elektrolytten i en proces kendt som termisk runaway. Kortslutninger mellem de to elektroder i en battericelle kan for eksempel varme elektroderne op. Hvis disse elektroder bliver for varme, kan varmen udløse kemiske reaktioner, der hurtigt genererer mere varme, indtil elektrolytterne bryder i brand. Dette ser ud til at være, hvad der skete i Tesla-brandene, da skader på batteripakkerne forårsagede kortslutninger, der førte til termisk løb.

Kortslutninger kan være resultatet af fabrikationsfejl, men batteriproducenter er blevet meget gode til at forhindre dem. Når batterier bruges efter hensigten, er der kun én brand for hver 100 millioner lithium-ion battericeller derude, siger Jeff Dahn , professor i fysik og kemi ved Dalhousie University. Tesla beskytter også mod termiske løbsk hændelser med et omfattende væskekølesystem designet til at køle cellerne så hurtigt, at hvis en celle går i brand, vil dens naboer ikke.

Hvis flere celler er beskadiget, er kølesystemet muligvis ikke nok. Hvis Tesla-pakken bliver alvorligt misbrugt af en stor metalgenstand, der er stukket gennem pakningen, vil den sandsynligvis have en brand i de fleste tilfælde, siger Dahn.

Tesla beskytter batteripakken yderligere med en kvart tomme tyk plade af hærdet aluminium. I mange tilfælde ser dette ud til at virke. Model S opnåede de højeste sikkerhedsvurderinger fra NHTSA efter kollisionstest. Men beskyttelsen viste sig ikke at være nok i tilfælde af brande.

Tesla byggede også en firewall mellem pakken og kabinen. Den firewall er designet således, at selvom pakningen går i termisk løb, trænger den ikke ind i kabinen, siger Musk.

Siden ulykkerne har Tesla udsendt en softwareopdatering, der ændrer indstillingerne på Model S affjedringen, så batteripakken er højere fra jorden ved motorvejshastigheder, hvilket gør det mindre sandsynligt at ramme den slags metalstykker, der forårsagede to af brande.

Udover at gøre batteripakker sikrere, er det også muligt at gøre selve cellerne mere sikre ved at skifte til elektrodematerialer, der lagrer mindre energi, men som kan modstå højere temperaturer, før den termiske løbegang starter. Nogle andre bilproducenter har gjort dette, men de resulterende batteripakker koster mere. Det er ikke klart, at Tesla har valgt elektrodematerialer for at forbedre sikkerheden for individuelle celler.

Musk siger, at det ville være muligt at øge tykkelsen af ​​den aluminiumsbelægning, der beskytter batteripakken. Men det ville tilføje en betydelig vægt, der ville skade bilens ydeevne og sænke rækkevidden på en opladning. Han siger, at han ikke mener, det bliver nødvendigt, da de nuværende sikkerhedsforanstaltninger har beskyttet bilisterne, og han forventer, at der ikke vil være mange brande.

I sidste ende kan det endda være muligt at erstatte den brandfarlige elektrolyt med en ikke-brændbar, men sådanne batterier har vist sig at være svære at udvikle (se Solid-State Batteries, Building Cars Out of Batteries Isn't as Crazy as It Sounds, og A Trick for At gøre batterier sikrere kunne også gøre elbiler overkommelige).

skjule