Sikkerhed i elbilbatterier: termisk runaway, beskyttelse og håndtering af hændelser

En batterifejl kan forblive lokal eller sprede sig gennem batteripakken. Sikkerheden i et elbilbatteri afhænger af at forebygge skader, afbryde farlige elektriske strømme og begrænse den varme og de gasser, som frigives fra en svigtende celle.

Hvordan batterifejl kan udvikle sig

En intern kortslutning skaber en utilsigtet forbindelse mellem dele af en celle, der skal være elektrisk adskilt. Skader på separatoren kan medføre intern kortslutning mellem elektroderne og udvikle varme. Oak Ridge National Laboratory beskriver separatorens rolle i at forhindre interne kortslutninger, og hvordan separatorsvigt kan bidrage til termisk runaway. Oak Ridge National Laboratory: separatorfunktion og nedlukningsgrænser (2023)

Produktionsfejl, knusning eller gennembrydning, overophedning og overopladning kan udløse cellesvigt. Disse årsager beskrives i britisk myndighedsforskning om lithiumionbatteriers sikkerhed, selv om rapportens produktfokus er mindre elektriske køretøjer. Britiske OPSS: fejlmekanismer og beskyttelse i lithiumionbatterier

Et batteristyringssystem overvåger spænding, strøm og temperatur og kan gribe ind, når det registrerer unormale forhold. En fejl under udvikling inde i en elektrode kan give få udslag på de tilgængelige sensorer, så fysisk beskyttelse er stadig nødvendig trods overvågning.

Termisk runaway og spredning

Termisk runaway opstår, når varmeudviklende reaktioner inde i en celle accelererer hurtigere, end varmen kan slippe væk. Stigende temperatur driver yderligere reaktioner og frigiver cellens lagrede energi. Normal temperaturstyring regulerer driftstemperaturen, men kan være ude af stand til at standse denne selvopretholdende proces.

Spredning betyder, at fejlen overføres til andre celler. Varme, der ledes gennem omgivende materialer eller transporteres af varme gasser og udslynget materiale, kan udløse termisk runaway i en nabocelle. At forhindre denne overførsel kan begrænse hændelsen til den celle, hvor den begyndte. NASA: håndtering af svigt og spredning i lithiumionbatterier

Fejlforløbet varierer med cellen og hændelsen. I en undersøgelse fra 2022 testede Sharp og kolleger cylindriske celler i formaterne 18650, 21700 og D med opvarmning, interne kortslutninger og sømgennemtrængning. De fandt forskelle i varmefrigivelse og udslyngning af materiale afhængigt af cellegeometri og måden, fejlen blev udløst på. Det var celleforsøg, ikke en sammenligning af komplette køretøjer. Sharp m.fl. (2022): termisk runaway, cellegeometri og belastningstype

Gasudslip og forsinkede farer

Et beskadiget batteri kan frigive giftige og brandfarlige gasser, og fysisk skade kan føre til brand straks eller senere. Synlige flammer er derfor ikke en forudsætning for en farlig situation. NHTSA anbefaler at behandle beskadigede højspændingskomponenter som spændingsførende. NHTSA: batteri, opladning og sikkerhed i el- og hybridbiler

En batteripakke, der virker rolig efter et slag, kræver stadig en passende vurdering. Britisk bjærgningsvejledning advarer om, at fravær af synlige faresignaler eller forhøjet overfladetemperatur ikke dokumenterer, at et beskadiget batteri er uden termisk risiko. Den omtaler enkelte køretøjer, som brød i brand op til tre uger efter en ulykke. Disse tilfælde illustrerer den mulige forsinkelse; de fastlægger ikke en maksimal ventetid, hvorefter en beskadiget pakke er sikker. Britisk transportministerium: bjærgning af elektriske køretøjer

Hvordan beskyttelsen begrænser konsekvenserne

Forebyggelse af skader og registrering af fejl

Pakkens kabinet og den omgivende køretøjsstruktur beskytter cellerne mod genstande på vejen og deformation ved sammenstød, samtidig med at pladsen til personerne i bilen bevares. Elektrisk isolering adskiller højspændingsledere fra karrosseriet. Isolationsovervågningen beskrevet i batteristyringssystem kan registrere svækket isolering og udløse en advarsel eller en beskyttelsesreaktion.

Inde i cellerne holder separatoren elektroderne adskilt. Afhængigt af cellekonstruktionen kan yderligere beskyttelse omfatte en strømafbryder eller en trykaflastningsventil. Afsnittet om beskyttelse på celleniveau i celleformater forklarer disse komponenter og variationerne mellem formater; cellekemi dækker separatormaterialer og nedlukningsfunktionen.

BMS kan begrænse opladning eller afladning, når målte forhold overskrider de tilladte grænser. De detaljerede måle- og styringsfunktioner hører hjemme i BMS-kapitlet; her er den væsentlige begrænsning, at registrering af en fejl og fysisk begrænsning af dens konsekvenser kræver forskellige tiltag. Britiske OPSS: fejlmekanismer og beskyttelse i lithiumionbatterier

Afbrydelse af elektrisk strøm

Kontaktorer er styrede afbrydere, som forbinder batteriet med køretøjets højspændingsudstyr. En almindelig sikring afbryder for høj strøm, når sikringselementet smelter. Nogle konstruktioner bruger også en pyroteknisk afbryder, som bryder en leder, når styresystemet udløser den, eksempelvis ved et sammenstød. Texas Instruments: kontaktorer og batteriafbrydelsessikringer

Åbning af kontaktorerne kan isolere pakken fra eksternt udstyr. Det aflader ikke cellerne og gør ikke de interne samleskinner sikre at berøre. Afbrydelse af en ekstern strøm kan heller ikke fjerne den kemiske energi, som driver reaktionerne inde i en svigtende celle. Højspændingsadskillelse og arbejde inde i en pakke kræver uddannet personale og køretøjsspecifikke procedurer. NHTSA: batteri, opladning og sikkerhed i el- og hybridbiler

Begrænsning af varmeoverførsel og styring af gasudslip

Termiske barrierer og afstand kan reducere den varme, der når nabocellerne. Andre materialer kan optage eller fordele varme og dermed reducere den koncentrerede belastning af én nabocelle. Beskyttelsen skal også håndtere det varme materiale, som frigives fra en svigtende celle.

NASAs forskning i batterier til bemandet rumfart, herunder rumfartøjer og rumdragter, beskriver håndtering af celleudslip, varmeoverførsel og elektrisk energi, der strømmer ind i en svigtende celle, som supplerende måder at begrænse spredning på. NASA: håndtering af svigt og spredning i lithiumionbatterier

Trykaflastning lader gas og materiale slippe ud af en celle eller et kabinet. Den skaber også et varmt, potentielt brandfarligt udslip, som pakken skal lede væk fra personerne i bilen. Et tæt kabinets beskyttelse mod vandindtrængning og dets trykaflastning har forskellige formål. Se batteripakkens opbygning for disse systemers fysiske opbygning og integration.

Hvad sikkerhedstests dokumenterer

Celleforsøg, belastnings- og misbrugstests af batteripakker og kollisionstests af komplette køretøjer undersøger forskellige dele af sikkerhedsproblemet. Et brugbart testresultat angiver den testede konstruktion, betingelserne og acceptkriterierne.

FN's globale tekniske regulativ nr. 20 giver en international ramme for driftssikkerhed, elektrisk sikkerhed efter sammenstød og batteribrandsikkerhed. Nationale og regionale regler gennemfører krav via egne godkendelses- eller overensstemmelsessystemer. NHTSA's endelige FMVSS 305a-regel er én sådan gennemførelse; en GTR-henvisning alene er ikke en universel køretøjsgodkendelse. NHTSA: initiativ for batterisikkerhed NHTSA: endelig FMVSS 305a-regel, december 2024

R100's 03-serie indeholder krav til beskyttelse af personer i bilen ved spredning, der begynder med en intern kortslutning og fører til termisk runaway i én celle. Bestemmelsen om forhåndsvarsling anses også for opfyldt, hvis spredningen ikke skaber en farlig situation for personerne i bilen. FN-regulativ nr. 100: ændringsserie 03 (2021) 05-serien angiver en verifikationsproces med fysisk prøvning eller risikoanalyse under definerede betingelser med undtagelser fra varsling, når de foreskrevne tests ikke medfører spredning eller ikke kan udløse termisk runaway. Disse bestemmelser garanterer ikke en bestemt evakueringstid ved enhver virkelig hændelse. FN-regulativ nr. 100: ændringsserie 05 (EUR-Lex, 2026)

Euro NCAP oplyser, at de overvåger batteriets frakobling, kontrollerer karrosseriet for farlig spænding og undersøger batteriet for indtrængning, væskelækage, brand eller unormal varme. Observationerne giver nyttig dokumentation om de testede kollisionsforhold. De fastslår ikke, hvordan køretøjet vil opføre sig ved ethvert muligt sammenstød eller enhver batterifejl. Euro NCAP: sikkerhedstest af elektriske køretøjer

Efter en advarsel, et sammenstød eller oversvømmelse

Advarselsmeddelelser og tegn på en nødsituation

Ved batteri- eller ladeadvarsler uden tegn på en nødsituation skal du følge de viste instruktioner og bilens instruktionsbog. En meddelelse, der kræver øjeblikkeligt stop, kræver en anden reaktion end en servicepåmindelse; sørg for kvalificeret hjælp, når du får besked på det.

Ved røg, brand, gasudslip eller andre tegn på en mulig batterinødsituation:

• Stands sikkert, hvis du kører, forlad køretøjet, så snart det er sikkert, og gå langt væk uden at komme ud i trafikken.
• Ring til det lokale alarmnummer, og oplys, at køretøjet er elektrisk.
• Hold afstand til røg og gasser; gå mod vinden, hvor det er muligt.
• Hold afstand til blotlagte elektriske dele og lækkende væsker. Forsøg ikke at åbne, frakoble eller reparere batteriet.

Disse handlinger følger NHTSA's vejledning til offentligheden og britisk vejledning ved mistanke om termiske batterihændelser. Brandslukning og vurdering af det beskadigede højspændingssystem er opgaver for uddannet indsatspersonale. NHTSA: vejledning om højspændingsbatterihændelser til ejere og indsatspersonale Britisk transportministerium: bjærgning af elektriske køretøjer

Kollisionsskader og oversvømmelse

En kollisionsudløst frakobling kan afbryde batteriets forbindelse til eksterne kabler, mens celler inde i pakken stadig er beskadigede. Sørg for en faglig vurdering ved mistanke om batteriskade, herunder efter et kraftigt slag mod pakkens underside.

Normal regnpåvirkning og nedsænkning i oversvømmelsesvand er forskellige forhold. Oversvømmelse kan udsætte beskadigede elektriske komponenter for vand og forurening og skabe risiko for elektrisk stød og forsinket brand. Hvis der er mistanke om batteriskade efter oversvømmelse, skal du kontakte din forhandler eller beredskabet og følge deres instruktioner. NHTSA: batteri, opladning og sikkerhed i el- og hybridbiler

Bjærgning og opbevaring

Fortæl bjærgningsoperatøren om sammenstødet, oversvømmelsen, batteriadvarslen eller branden. Redningsvejledningen for det konkrete køretøj bør styre fagfolks håndtering af bugsering og opbevaring. Producenternes vejledninger indsendt til NHTSA dækker brand, nedsænkning, væskelækage, bugsering og opbevaring; redningsblade giver kortere information til brug på stedet. NHTSA: redningsvejledninger og redningsblade

NHTSA's amerikanske vejledning fraråder at parkere et beskadiget køretøj med lithiumionbatteri i en garage eller inden for 50 fod (cirka 15 m) fra bygninger, andre køretøjer eller brændbare materialer. NHTSA: batteri, opladning og sikkerhed i el- og hybridbiler Hvis et køretøj med mulig skade allerede står sådan, skal du holde afstand og bede beredskabet eller bjærgningsoperatøren om instruktioner; forsøg ikke at flytte det selv.

Bjærgningspersonalet bør vurdere opbevaringssted, afstand og overvågning ud fra køretøjets tilstand. Bevægelse kan forværre interne skader, og britisk vejledning omtaler køretøjer, der brød i brand under læsning. Britisk transportministerium: bjærgning af elektriske køretøjer

Transport af et afmonteret, beskadiget batteri er en særskilt opgave. Det kræver vurdering efter de relevante regler om farligt gods; i USA beskriver PHMSA beskadigede, defekte og tilbagekaldte batterier som mere risikofyldte under transport. Disse batterifragtkrav erstatter ikke køretøjsproducentens bjærgningsinstruktioner. PHMSA: transport af lithiumbatterier

Hvad ejere kan kontrollere

Find instruktionsbogens afsnit om sikkerhed og advarselsmeddelelser før en hændelse, og undersøg, hvordan du kontakter vejhjælp. Ved køb af brugt elbil bør du bede producenten eller forhandleren kontrollere stelnummeret for udestående tilbagekaldelser og bekræfte, at de nødvendige tiltag er udført.

Spørg, hvordan mulige skader på undervognen eller batteriet bliver vurderet og dokumenteret.

Se batterireparation, genbrug og genanvendelse for forløbet efter diagnosen. For fejldækning, kapacitetsgarantier og undtagelser ved skader, se batterigaranti.