211service.com
Er lithium-ion elbiler sikre?
Bærbare computere udstyret med lithium-ion-batterier overophedes lejlighedsvis og går i brand. Dette har nogle mennesker bekymret over brugen af denne type batteri i nye elektriske sportsvogne og sæt til at konvertere konventionelle biler og hybridbiler til helt elektriske biler.
Det er en spændende tid for elektriske køretøjer - med regelmæssige annonceringer om øget lagerkapacitet for batterimaterialer (se Batterigennembrud ) og eksotiske, dyre køretøjer, der er planlagt til at komme på markedet, såsom den nyligt annoncerede sportsvogn fra Tesla Motors fra San Carlos, CA. Men elbiler har fejlet tidligere. Hvis de skal lykkes denne gang, skal de vinde over den almindelige forbruger, og det vil blandt andet betyde, at de demonstrerer, at de kraftige batteripakker er sikre.
Lithium-ion-batterier har længe været foretrukket til at drive bærbare computere og mobiltelefoner, fordi de er små og lette. Men at pakke så meget energi ind på et lille rum er også farligt. Batterierne har været kendt for at bryde i flammer, nogle gange voldsomt; og fordi både brændstoffet og oxidationsmidlet er bundtet ind i batteriet, kan de ikke kvæles som almindelige brande, siger Dan Doughty, der leder lithium-ion batteritest på Sandia National Laboratories i Albuquerque, NM.
De vigtigste sikkerhedsudfordringer er at forhindre overopladning, overophedning og skader i en ulykke. I hvert tilfælde kan kemiske reaktioner komme ud af kontrol, hvilket forårsager termisk løb, som kan generere temperaturer, der er varme nok til at smelte aluminium og få batterier til at eksplodere, siger han.
Ifølge U.S. Consumer Products Safety Commission skete der fra 2003 til 2005 mere end 300 hændelser, der involverede lithium-ion-batterier til bærbare computere og mobiltelefoner, der overophedede eller gik i brand. Mange af hændelserne involverede personskade.
Dette potentielle problem med lithium-ion-batterier ganges med tusindvis i køretøjer. I tilfældet med Tesla Motors bil, for eksempel, er næsten 7.000 batterier pakket bag kabinen for at drive bilen (til en imponerende 60 mph på cirka fire sekunder).
Men virksomheden har gjort meget for at holde sit batteridrevne system sikkert - meget mere, end der gøres i bærbare computere, siger administrerende direktør Martin Eberhard.
For at holde temperaturerne under kontrol har Teslas ingeniører udviklet et elektronisk styret væskekølesystem. De har også inkluderet overopladningsbeskyttelse, tre lag sikringer og sensorer, der vil få batterierne til at afbrydes i tilfælde af høje temperaturer, et pludseligt sammenstød eller et roll-over. Faktisk var beslutningen om at bruge mange små batterier frem for få meget store til dels en sikkerhedshensyn – hvert batteri og dets relativt lille mængde lagret energi sammenlignet med hele systemet er isoleret og beskyttet i sit eget stålhus. Og hele systemet er også indkapslet til beskyttelse i tilfælde af en ulykke.
Mark Verbrugge, en batteriekspert ved GM's forsknings- og udviklingscenter i Warren, MI, siger, at sådanne sikkerhedsforanstaltninger burde være nok til at holde batterierne sikre. Alligevel forbliver én faktor uden for bilproducenternes direkte kontrol. Den ene ting, der virkelig bekymrer OEM'er, er, at du ikke kan kontrollere produktion af dårlig kvalitet, da det vedrører sikkerhed, siger han. For eksempel, siger Verbrugge, hvis to elektroder rører ved, fordi det er dårligt fremstillet, har du et problem.
Sådan en intern kortslutning kan starte en ukontrolleret kemisk reaktion, siger Sandia's Doughty og tilføjer, at hvis der er en fejl i fremstillingen, og den har en intern kortslutning, er der ikke noget, du skal gøre eksternt for at afbryde den reaktion. Sådanne problemer er sjældne og forekommer i en af ti millioner celler i bærbare computere og anden elektronik, siger Doughty. Men, siger han, hvis der er 7.000 celler, og der er én ud af ti millioner fejl, laver man regnestykket i forhold til, hvor mange køretøjer der vil have et celleproblem.
Selvom et dårligt batteri gør det til et køretøj, er det måske ikke et stort problem. Vi har designet det, så hvis du rækker ind i vores batteripakke og bevidst sætter ild til et af batterierne, så forplanter det sig ikke til nabocellerne, siger Eberhard. Han giver to grunde: Hvert batteri kommer i en stålkasse, og et væskekølesystem kan transportere overskudsvarmen væk.
Alligevel siger Doughty, at han under tests har set voldsomme eksplosioner af den type, der potentielt kunne sprænge en stålkasse. Hvis væskekølingen også svigter, kan et enkelt batteri få nabobatterier til at overophede, hvilket udløser en kaskade af små eksplosioner. Doughty siger, at elbilfirmaer muligvis er i stand til at konstruere systemer, der er acceptabelt sikre, men han bemærker, at selvom ingeniører altid har flere sikkerhedslag, sker de værste ulykker, når to eller flere af disse flere lag på grund af en meget sjælden begivenhed er kompromitteret.
Selvom en sådan ulykke er sjælden, kan der stadig være en modreaktion mod elektriske køretøjer. Især er Doughty bekymret over konverteringssæt til at dreje konventionelle køretøjer eller hybrider i lithium-ion-baserede elbiler (se Plug-In-hybrider er på vej). Det, jeg bekymrer mig om, er, at der en af disse dage vil være et lithium-ion-drevet køretøj, der vil have en temmelig spektakulær ulykke - og hvad vil folk så sige?
Eksperter har to vigtige anbefalinger til at komme videre og producere endnu sikrere elektriske køretøjer. For det første skal bilproducenter have en meget streng screeningsproces for deres batteriproducenter, siger Verbrugge. Og i det lange løb, siger Doughty, vil det være vigtigt at støtte forskning i nye højenergi-lithium-ion batterikemier, der ikke er tilbøjelige til at overophedes.