211service.com
Zijn elektrische voertuigen een brandgevaar?
In de afgelopen twee maanden zijn drie elektrische auto's van Tesla Motors Model S in brand gevlogen nadat hun lithium-ionbatterijpakketten waren beschadigd. Vorige week zei de National Highway Traffic Safety Administration dat het zou onderzoeken of Tesla's Model S moet worden aangepast om verdere branden te voorkomen.
Burn-out: De voorkant van een Tesla Model S werd in vlammen opgegaan nadat de batterij was beschadigd.
In twee gevallen reden de auto's met hoge snelheid over grote metalen voorwerpen; de derde auto raakte een betonnen muur. Niemand raakte gewond: dankzij een waarschuwingssysteem konden de chauffeurs de auto aan de kant zetten en uitstappen voordat er rook uit het batterijpakket begon te komen, en het ontwerp van het batterijpakket vertraagde de verspreiding van het vuur, dat nooit in de passagierscompartimenten terechtkwam . Tesla heeft gezegd dat het branden in de garantie dekt, dus de eigenaars zullen de kosten niet voelen. En Tesla-oprichter Elon Musk stelt dat de branden nog steeds erg zeldzaam zijn.
Toch hebben de incidenten de aandacht gevestigd op de veiligheid van de batterijen die in elektrische voertuigen worden gebruikt (zie vroege gegevens suggereren dat door botsingen veroorzaakte branden vaker voorkomen in de Tesla Model S dan in conventionele auto's). Het zijn ook slechts de nieuwste voorbeelden van branden met lithium-ionbatterijen in elektrische voertuigen - we hebben branden gezien met de plug-in-voertuigen van Chevy Volt en Fisker Karma. De 787 Dreamliner van Boeing stond aan de grond vanwege problemen met zijn nieuwe lithium-ionbatterijen.
Er zijn inherente risico's wanneer u genoeg energie opslaat om een auto van twee ton met 120 kilometer per uur en honderden mijlen voort te stuwen. Per jaar vliegen er immers duizenden auto's op benzine in brand bij aanrijdingen. Die risico's zijn in principe beheersbaar door constructief ontwerp en koeling. Maar kunnen de lithium-ionbatterijcellen zelf veiliger gemaakt worden?
Batterijpakketten voor elektrische voertuigen zijn gemaakt van honderden tot duizenden batterijcellen, die elk een ontvlambare vloeibare elektrolyt bevatten. Het beheersen van de risico's van branden met lithium-ionbatterijen komt neer op twee dingen: voorkomen dat de elektrolyt vlam vat en voorkomen dat een brand zich verspreidt als dit toch gebeurt.
Lithium-ionbatterijcellen kunnen echter zelf soms voldoende warmte genereren om de elektrolyt te ontsteken in een proces dat bekend staat als thermal runaway. Kortsluitingen tussen de twee elektroden in een batterijcel kunnen bijvoorbeeld de elektroden opwarmen. Als deze elektroden te heet worden, kan de hitte chemische reacties veroorzaken die snel meer warmte genereren totdat de elektrolyten vlam vatten. Dit lijkt te zijn gebeurd bij de Tesla-branden, toen schade aan de batterijpakketten kortsluitingen veroorzaakte die leidden tot thermische runaway.
Kortsluitingen kunnen het gevolg zijn van fabricagefouten, maar batterijfabrikanten zijn erg goed geworden in het voorkomen daarvan. Wanneer batterijen worden gebruikt zoals bedoeld, is er slechts één brand voor elke 100 miljoen lithium-ionbatterijcellen die er zijn, zegt Jeff Dahn , hoogleraar natuurkunde en scheikunde aan de Dalhousie University. Tesla beschermt ook tegen thermische op hol geslagen gebeurtenissen met een uitgebreid vloeistofkoelsysteem dat is ontworpen om de cellen zo snel af te koelen dat als een cel vlam vat, de buren dat niet doen.
Als er echter meerdere cellen beschadigd zijn, is het koelsysteem mogelijk niet voldoende. Als het Tesla-pakket ernstig wordt misbruikt door een groot metalen voorwerp dat door het pakket wordt geduwd, zal het in de meeste gevallen waarschijnlijk een brand veroorzaken, zegt Dahn.
Tesla beschermt het batterijpakket verder met een kwart inch dikke plaat van gehard aluminium. In veel gevallen lijkt dit te werken. De Model S behaalde de hoogste veiligheidsclassificaties van NHTSA na crashtests. Maar bij de branden bleek de bescherming niet voldoende.
Tesla bouwde ook een firewall tussen het pakket en het passagierscompartiment. Die firewall is zo ontworpen dat zelfs als het pakket in thermische op hol slaat, het niet het passagierscompartiment binnendringt, zegt Musk.
Sinds de ongelukken heeft Tesla een software-update verzonden die de instellingen van de Model S-ophanging verandert, zodat het batterijpakket hoger van de grond komt bij snelheden op de snelweg, waardoor het minder waarschijnlijk is dat het het soort brokken metaal raakt dat twee van de branden.
Naast het veiliger maken van accu's, is het ook mogelijk om de cellen zelf veiliger te maken door over te schakelen op elektrodematerialen die minder energie opslaan maar hogere temperaturen kunnen weerstaan voordat thermische runaway begint. Sommige andere autofabrikanten hebben dit gedaan, maar de resulterende batterijpakketten kosten meer. Het is niet duidelijk dat Tesla elektrodematerialen heeft gekozen om de veiligheid van individuele cellen te verbeteren.
Musk zegt dat het mogelijk zou zijn om de dikte van de aluminium beplating die het batterijpakket beschermt te vergroten. Maar dat zou een aanzienlijk gewicht toevoegen dat de prestaties van de auto zou schaden en het bereik op een lading zou verminderen. Hij zegt dat hij dat niet nodig vindt, aangezien de huidige veiligheidsmaatregelen de chauffeurs hebben beschermd, en hij verwacht dat er niet veel branden zullen zijn.
Uiteindelijk zou het zelfs mogelijk kunnen zijn om de ontvlambare elektrolyt te vervangen door een niet-ontvlambare, maar het is moeilijk gebleken dergelijke batterijen te ontwikkelen (zie Solid-State Batterijen, Auto's bouwen uit batterijen is niet zo gek als het klinkt, en Een truc voor Batterijen veiliger maken kan EV's ook betaalbaar maken).