Sähköauton akun turvallisuus: lämpökarkaaminen, suojaus ja toiminta onnettomuudessa

Akun vika voi jäädä paikalliseksi tai levitä koko akustoon. Sähköauton akun turvallisuus perustuu vaurioiden ehkäisemiseen, vaarallisten sähkövirtojen katkaisemiseen sekä vikaantuvan kennon vapauttaman lämmön ja kaasujen rajoittamiseen.

Miten akkuviat voivat pahentua

Sisäinen oikosulku muodostaa tahattoman sähköisen yhteyden sellaisten kennon osien välille, joiden pitäisi pysyä sähköisesti erillään. Erottimen vaurio voi päästää elektrodit oikosulkuun, jolloin syntyy lämpöä. Oak Ridge National Laboratory kuvaa erottimen merkitystä sisäisten oikosulkujen ehkäisemisessä ja sitä, miten erottimen pettäminen voi edistää lämpökarkaamista. Oak Ridge National Laboratory: erottimen toiminta ja lämpösulkeutumisen rajat (2023)

Valmistusvirhe, puristuminen tai läpäisevä vaurio, ylikuumeneminen ja ylilataus voivat käynnistää kennon vikaantumisen. Näitä syitä käsitellään Britannian hallinnon tutkimuksessa litiumioniakkujen turvallisuudesta, vaikka raportti keskittyy pienempiin sähköajoneuvoihin. Britannian tuoteturvallisuus- ja standardiviranomainen: litiumioniakkujen vikamekanismit ja suojaus

akunhallintajärjestelmä valvoo jännitettä, virtaa ja lämpötilaa ja voi puuttua toimintaan havaitessaan poikkeavia olosuhteita. Elektrodin sisällä kehittyvä vika voi näkyä käytettävissä olevissa antureissa vain heikosti. Siksi fyysistä suojausta tarvitaan valvonnasta huolimatta.

Lämpökarkaaminen ja sen leviäminen

Lämpökarkaamisessa kennon sisäiset lämpöä tuottavat reaktiot kiihtyvät nopeammin kuin lämpö ehtii poistua. Nouseva lämpötila kiihdyttää uusia reaktioita ja vapauttaa kennoon varastoitunutta energiaa. Tavallinen lämmönhallinta säätelee käyttölämpötilaa, mutta se ei välttämättä pysty pysäyttämään tätä itseään ylläpitävää prosessia.

Leviäminen tarkoittaa vian siirtymistä muihin kennoihin. Ympäröivien materiaalien kautta johtuva tai kuumien kaasujen ja ulos purkautuvan materiaalin kuljettama lämpö voi käynnistää lämpökarkaamisen viereisessä kennossa. Lämmön siirtymisen estäminen voi rajata tapahtuman sen käynnistäneeseen kennoon. NASA: litiumioniakkujen vikojen ja leviämisen hallinta

Kennon käyttäytyminen vikatilanteessa riippuu kennosta ja tapahtumasta. Sharpin ja hänen kollegoidensa vuoden 2022 tutkimuksessa testattiin lieriömäisiä 18650-, 21700- ja D-kokoisia kennoja kuumentamalla, sisäisillä oikosuluilla ja naulan läpäisyllä. Lämmön vapautumisessa ja materiaalin purkautumisessa havaittiin eroja kennon geometrian ja vian käynnistämistavan mukaan. Kyse oli kennokokeista, ei kokonaisten ajoneuvojen vertailusta. Sharp ym. (2022): lämpökarkaaminen, kennon geometria ja väärinkäytön tyyppi

Kaasujen vapautuminen ja viiveellä ilmenevät vaarat

Vaurioitunut akku voi vapauttaa myrkyllisiä ja syttyviä kaasuja, ja fyysinen vaurio voi aiheuttaa tulipalon heti tai myöhemmin. Vaarallinen tilanne voi siis syntyä myös ilman näkyviä liekkejä. NHTSA neuvoo käsittelemään vaurioituneita korkeajännitekomponentteja jännitteisinä. NHTSA: sähkö- ja hybridiajoneuvot — akku, lataus ja turvallisuus

Törmäyksen jälkeen rauhalliselta vaikuttava akusto tarvitsee silti asianmukaisen arvion. Britannian hinausalan ohjeissa varoitetaan, ettei näkyvien varoitusmerkkien tai kohonneen pintalämpötilan puuttuminen osoita vaurioitunutta akkua lämpöriskittömäksi. Ohjeissa kerrotaan ajoneuvoista, jotka ovat syttyneet jopa kolme viikkoa onnettomuuden jälkeen. Tapaukset havainnollistavat mahdollista viivettä; ne eivät määritä enimmäisodotusaikaa, jonka jälkeen vaurioitunut akusto olisi turvallinen. Britannian liikenneministeriö: sähköajoneuvojen parissa työskentelevät hinausalan toimijat

Miten suojaus rajoittaa seurauksia

Vaurioiden ehkäisy ja vikojen havaitseminen

Akkukotelo ja sitä ympäröivä ajoneuvon rakenne suojaavat kennoja tiellä olevilta esineiltä ja törmäysmuodonmuutoksilta sekä säilyttävät tilaa matkustajille. Sähköeristys erottaa korkeajännitejohtimet ajoneuvon korista. Artikkelissa akunhallintajärjestelmä kuvatut eristysvalvonnan toiminnot voivat havaita eristyksen heikkenemisen ja käynnistää varoituksen tai suojaustoimen.

Kennojen sisällä erotin pitää elektrodit erillään. Kennorakenteen mukaan lisäsuojana voi olla virrankatkaisulaite tai paineenpurkausaukko. Artikkelin kennomuodot kennotason suojausta käsittelevä osio selittää nämä laitteet ja niiden erot kennomuotojen välillä; kennokemia käsittelee erotinmateriaaleja ja niiden lämpötilaan perustuvaa ionikulun sulkeutumista.

BMS voi rajoittaa latausta tai purkausta, kun mitatut olosuhteet ylittävät sallitut rajat. Sen tarkat mittaus- ja ohjaustoiminnot kuuluvat BMS-lukuun. Tässä olennainen ero on se, että vian havaitseminen ja sen seurausten fyysinen rajaaminen vaativat eri keinoja. Britannian tuoteturvallisuus- ja standardiviranomainen: litiumioniakkujen vikamekanismit ja suojaus

Sähkövirran katkaiseminen

Kontaktorit ovat ohjattuja kytkimiä, jotka yhdistävät akun ajoneuvon korkeajännitelaitteisiin. Tavallinen sulake katkaisee liian suuren virran, kun sen sulakelanka sulaa. Joissakin rakenteissa käytetään myös pyroteknistä erotuslaitetta, joka katkaisee johtimen ohjausjärjestelmän käskystä esimerkiksi törmäyksessä. Texas Instruments: kontaktorit ja akun erotussulakkeet

Kontaktorien avaaminen voi erottaa akuston ulkoisista laitteista. Se ei tyhjennä kennojen varausta eikä tee sisäisistä virtakiskoista kosketusturvallisia. Myöskään ulkoisen virran katkaiseminen ei poista kemiallista energiaa, joka ylläpitää reaktioita vikaantuvassa kennossa. Korkeajännitteen erottaminen ja akuston sisällä työskentely vaativat koulutettua henkilöstöä ja ajoneuvokohtaisia menettelyjä. NHTSA: sähkö- ja hybridiajoneuvot — akku, lataus ja turvallisuus

Lämmönsiirron rajoittaminen ja purkautuvien kaasujen hallinta

Lämpöesteet ja kennojen väliset etäisyydet voivat vähentää viereisiin kennoihin siirtyvää lämpöä. Muut materiaalit voivat sitoa tai jakaa lämpöä, jolloin yhteen viereiseen kennoon kohdistuva lämpökuorma pienenee. Suojauksen on myös hallittava vikaantuvan kennon vapauttamaa kuumaa materiaalia.

NASAn miehitettyjen avaruuslentojen akkututkimus, joka kattaa avaruusalukset ja avaruuspuvut, kuvaa kennopäästöjen, lämmönsiirron ja vikaantuneeseen kennoon virtaavan sähköenergian hallintaa toisiaan täydentäviksi tavoiksi rajoittaa leviämistä. NASA: litiumioniakkujen vikojen ja leviämisen hallinta

Paineenpurku alentaa painetta päästämällä kaasua ja materiaalia ulos kennosta tai kotelosta. Samalla syntyy kuuma ja mahdollisesti syttyvä purkaus, joka akuston on ohjattava poispäin matkustajista. Tiiviin kotelon suoja veden sisäänpääsyä vastaan ja sen paineenpurkuratkaisut palvelevat eri tarkoituksia. Näiden järjestelmien fyysistä kokoonpanoa ja integrointia käsitellään artikkelissa akuston rakenne.

Mitä turvallisuustestit osoittavat

Kennokokeet, akustojen väärinkäyttötestit ja kokonaisten ajoneuvojen törmäystestit tarkastelevat turvallisuuden eri osa-alueita. Hyödyllinen testitulos yksilöi testatun rakenteen, olosuhteet ja hyväksymiskriteerit.

YK:n maailmanlaajuinen tekninen sääntö nro 20 tarjoaa kansainvälisen kehyksen, joka kattaa käyttöturvallisuuden, törmäyksen jälkeisen sähköturvallisuuden ja akun paloturvallisuuden. Kansalliset ja alueelliset säännöt toteuttavat vaatimukset omien hyväksyntä- tai vaatimustenmukaisuusjärjestelmiensä kautta. NHTSAn lopullinen FMVSS 305a -sääntö on yksi tällainen toteutus; pelkkä GTR-viittaus ei ole yleismaailmallinen ajoneuvohyväksyntä. NHTSA: akkuturvallisuusaloite NHTSA: lopullinen FMVSS 305a -sääntö, joulukuu 2024

R100-säännön 03-muutossarja sisältää matkustajien suojaamista koskevia vaatimuksia tilanteessa, jossa sisäinen oikosulku johtaa yhden kennon lämpökarkaamiseen ja sen leviämiseen. Ennakkovaroitusta koskeva vaatimus katsotaan täytetyksi myös silloin, kun leviäminen ei aiheuta vaarallista tilannetta matkustajille. YK:n sääntö nro 100: 03-muutossarja (2021) 05-muutossarja määrittelee todentamismenettelyn fyysisillä testeillä tai riskianalyysillä määrätyissä olosuhteissa. Varoituksesta voidaan poiketa, kun määrätyt testit eivät aiheuta leviämistä tai niillä ei saada käynnistettyä lämpökarkaamista. Nämä määräykset eivät takaa poistumisaikaa jokaisessa todellisessa onnettomuudessa. YK:n sääntö nro 100: 05-muutossarja (EUR-Lex, 2026)

Euro NCAP kertoo valvovansa akun irtikytkentää, tarkistavansa korin vaarallisten jännitteiden varalta ja tutkivansa akun tunkeumien, nestevuotojen, tulen tai poikkeavan lämmön havaitsemiseksi. Nämä havainnot antavat hyödyllistä näyttöä testatuista törmäysolosuhteista. Ne eivät osoita, miten ajoneuvo käyttäytyy kaikissa mahdollisissa törmäyksissä tai akkuvioissa. Euro NCAP: sähköajoneuvojen turvallisuustestaus

Varoituksen, törmäyksen tai tulvan jälkeen

Varoitusviestit ja hätätilanteen merkit

Jos akku- tai latausvaroitukseen ei liity hätätilanteen merkkejä, noudata näytön ohjeita ja ajoneuvon käyttöohjekirjaa. Välitöntä pysähtymistä edellyttävä viesti vaatii eri toimintaa kuin huoltomuistutus. Hanki pätevää apua, kun ohje niin edellyttää.

Jos näkyy savua, tulta, purkautuvaa kaasua tai muita merkkejä epäillystä akun hätätilanteesta:

• Jos ajat, pysähdy turvallisesti, poistu ajoneuvosta heti kun se on turvallista ja siirry riittävän kauas pysyen poissa liikenteen seasta.
• Soita paikalliseen hätänumeroon ja kerro, että ajoneuvo on sähköinen.
• Pysy erossa savusta ja kaasuista; siirry mahdollisuuksien mukaan tuulen yläpuolelle.
• Pysy erossa paljaista sähköosista ja vuotavista nesteistä. Älä yritä avata, irrottaa tai korjata akkua.

Nämä toimet perustuvat NHTSAn yleisöohjeisiin ja Britannian ohjeisiin epäillyistä akun lämpötapahtumista. Sammutustyö ja vaurioituneen korkeajännitejärjestelmän arviointi kuuluvat koulutetuille pelastajille. NHTSA: korkeajänniteakkujen onnettomuusohjeet omistajille ja pelastajille Britannian liikenneministeriö: sähköajoneuvojen parissa työskentelevät hinausalan toimijat

Törmäysvauriot ja tulviminen

Törmäystilanteen erotuslaite voi katkaista akun yhteyden ulkoisiin kaapeleihin, vaikka akuston sisällä olevat kennot ovat yhä vaurioituneita. Hanki ammattilaisen arvio, jos epäilet akkua vaurioituneeksi, myös akuston pohjaan kohdistuneen merkittävän iskun jälkeen.

Tavallinen altistuminen sateelle ja tulvaveteen uppoaminen ovat eri tilanteita. Tulva voi altistaa vaurioituneet sähkökomponentit vedelle ja epäpuhtauksille, jolloin syntyy sähköiskun ja viiveellä syttyvän tulipalon vaara. Jos epäilet akun vaurioituneen tulvassa, ota yhteyttä jälleenmyyjään tai pelastusviranomaisiin ja noudata heidän ohjeitaan. NHTSA: sähkö- ja hybridiajoneuvot — akku, lataus ja turvallisuus

Hinaus ja säilytys

Kerro hinauspalvelulle törmäyksestä, tulvasta, akkuvaroituksesta tai tulipalosta. Juuri kyseisen ajoneuvon pelastustoimintaohjeen tulee ohjata ammattilaisten hinaus- ja säilytystoimia. Valmistajien NHTSAlle toimittamat ohjeet kattavat tulipalon, uppoamisen, nestevuodot, hinauksen ja säilytyksen. Pelastuskortit tarjoavat tiiviimpää tietoa tapahtumapaikalla käytettäväksi. NHTSA: pelastustoimintaohjeet ja pelastuskortit

NHTSAn yhdysvaltalaisohjeissa neuvotaan olemaan pysäköimättä vaurioitunutta litiumioniakulla varustettua ajoneuvoa autotalliin tai alle 50 jalan (noin 15 m) päähän rakennuksista, muista ajoneuvoista tai palavista materiaaleista. NHTSA: sähkö- ja hybridiajoneuvot — akku, lataus ja turvallisuus Jos epäilyttävä ajoneuvo on jo tällaisessa paikassa, pysy etäällä ja pyydä ohjeet pelastusviranomaisilta tai hinauspalvelulta. Älä yritä siirtää sitä itse.

Hinausalan ammattilaisten tulee arvioida ajoneuvon kunnon edellyttämä säilytyspaikka, suojaetäisyys ja valvonta. Siirtäminen voi pahentaa sisäisiä vaurioita, ja Britannian ohjeissa kerrotaan ajoneuvoista, jotka ovat syttyneet kuljetusautoon kuormauksen aikana. Britannian liikenneministeriö: sähköajoneuvojen parissa työskentelevät hinausalan toimijat

Ajoneuvosta irrotetun vaurioituneen akun kuljettaminen on erillinen tehtävä. Se edellyttää arviota sovellettavien vaarallisten aineiden kuljetussääntöjen mukaisesti. Yhdysvalloissa PHMSA pitää vaurioituneita, viallisia ja takaisinvedon kohteena olevia akkuja suurempana kuljetusriskinä. Nämä akun kuljetusvaatimukset eivät korvaa ajoneuvovalmistajan hinausohjeita. PHMSA: litiumakkujen kuljettaminen

Mitä omistaja voi tarkistaa

Etsi ennen mahdollista onnettomuutta käyttöohjekirjan turvallisuus- ja varoitusviestiosiot ja selvitä, miten tiepalveluun saa yhteyden. Kun ostat käytetyn sähköauton, pyydä valmistajaa tai jälleenmyyjää tarkistamaan ajoneuvon valmistenumerolla avoimet takaisinkutsut ja vahvistamaan, että vaaditut korjaukset on tehty.

Kysy, miten epäilty alustan tai akun vaurio arvioidaan ja dokumentoidaan.

Diagnoosin jälkeisiä vaiheita käsitellään artikkelissa akun korjaus, toinen käyttöikä ja kierrätys. Vikojen takuukattavuutta, kapasiteettitakuita ja vaurioita koskevia rajauksia käsitellään artikkelissa akun takuu.