Sicurezza delle batterie EV: fuga termica, protezioni e risposta agli incidenti

Un guasto alla batteria può rimanere localizzato o propagarsi all'interno del pacco. La sicurezza delle batterie dei veicoli elettrici dipende dalla prevenzione dei danni, dall'interruzione delle correnti elettriche pericolose e dalla limitazione del calore e dei gas rilasciati da una cella guasta.

Come possono aggravarsi i guasti della batteria

Un cortocircuito interno crea un collegamento indesiderato tra parti di una cella che dovrebbero rimanere elettricamente separate. Un separatore danneggiato può consentire un cortocircuito tra gli elettrodi, generando calore. L'Oak Ridge National Laboratory descrive il ruolo del separatore nella prevenzione dei cortocircuiti interni e come il suo cedimento possa contribuire alla fuga termica. Oak Ridge National Laboratory: funzione del separatore e limiti del blocco termico (2023)

Difetti di fabbricazione, schiacciamento o perforazione, surriscaldamento e sovraccarica possono innescare un guasto della cella. Queste cause sono descritte in una ricerca del governo britannico sulla sicurezza delle batterie agli ioni di litio, anche se il rapporto si concentra su veicoli elettrici più piccoli. Ufficio britannico per la sicurezza dei prodotti e gli standard: meccanismi di guasto e protezione delle batterie agli ioni di litio

Il sistema di gestione della batteria monitora tensione, corrente e temperatura e può intervenire quando rileva condizioni anomale. Un difetto che si sviluppa all'interno di un elettrodo può produrre pochi segnali rilevabili dai sensori disponibili; la protezione fisica rimane quindi necessaria anche in presenza del monitoraggio.

Fuga termica e propagazione

La fuga termica si verifica quando le reazioni che generano calore all'interno di una cella accelerano più rapidamente di quanto il calore riesca a disperdersi. L'aumento della temperatura alimenta ulteriori reazioni, liberando l'energia immagazzinata nella cella. La normale gestione termica controlla la temperatura di esercizio, ma potrebbe non riuscire a fermare questo processo autosostenuto.

La propagazione è l'estensione del guasto ad altre celle. Il calore trasmesso attraverso i materiali circostanti, oppure trasportato da gas caldi e materiale espulso, può portare una cella vicina alla fuga termica. Impedire questo trasferimento può limitare l'incidente alla cella iniziale. NASA: gestione dei guasti e della propagazione nelle batterie agli ioni di litio

Il comportamento durante il guasto varia a seconda della cella e dell'evento. Uno studio del 2022 di Sharp e colleghi ha sottoposto celle cilindriche 18650, 21700 e di formato D a riscaldamento, cortocircuiti interni e penetrazione con un chiodo. Ha rilevato differenze nel rilascio di calore e nell'espulsione di materiale in funzione della geometria della cella e del metodo usato per innescare il guasto. Si trattava di esperimenti su celle, non di un confronto tra veicoli completi. Sharp e colleghi (2022): fuga termica, geometria delle celle e tipo di abuso

Rilascio di gas e rischi ritardati

Una batteria danneggiata può rilasciare gas tossici e infiammabili, e un danno fisico può causare un incendio immediato o ritardato. Una situazione pericolosa può quindi esistere anche senza fiamme visibili. La NHTSA raccomanda di considerare sotto tensione i componenti ad alta tensione danneggiati. NHTSA: veicoli elettrici e ibridi — batteria, ricarica e sicurezza

Un pacco batteria che sembra inattivo dopo un urto richiede comunque una valutazione adeguata. Le indicazioni britanniche per il soccorso stradale avvertono che l'assenza di segnali visibili o di una temperatura superficiale elevata non dimostra che una batteria danneggiata sia priva di rischio termico. Riportano casi di veicoli incendiatisi fino a tre settimane dopo un incidente. Questi casi illustrano il possibile ritardo; non stabiliscono un periodo massimo di attesa dopo il quale un pacco danneggiato possa essere considerato sicuro. Dipartimento dei trasporti britannico: operatori del soccorso stradale che lavorano con veicoli elettrici

Come le protezioni limitano le conseguenze

Prevenire i danni e rilevare i guasti

L'involucro del pacco batteria e la struttura circostante del veicolo proteggono le celle dai detriti stradali e dalle deformazioni dovute agli urti, preservando lo spazio degli occupanti. L'isolamento elettrico separa i conduttori ad alta tensione dalla carrozzeria. Le funzioni di monitoraggio dell'isolamento descritte nel sistema di gestione della batteria possono individuare una perdita di isolamento e attivare un avviso o una risposta protettiva.

All'interno delle celle, il separatore mantiene gli elettrodi separati. A seconda del progetto della cella, le protezioni aggiuntive possono includere un dispositivo di interruzione della corrente o uno sfiato di pressione. La sezione sulla protezione a livello di cella in formati delle celle spiega questi dispositivi e le differenze tra i formati; chimica delle celle tratta i materiali dei separatori e il loro comportamento di blocco ionico al crescere della temperatura.

Il BMS può limitare la carica o la scarica quando le condizioni misurate superano i limiti consentiti. Le sue funzioni dettagliate di rilevamento e controllo sono trattate nel capitolo sul BMS; qui il punto importante è che rilevare un guasto e contenerne fisicamente le conseguenze richiedono misure diverse. Ufficio britannico per la sicurezza dei prodotti e gli standard: meccanismi di guasto e protezione delle batterie agli ioni di litio

Interrompere la corrente elettrica

I contattori sono interruttori comandati che collegano la batteria alle apparecchiature ad alta tensione del veicolo. Un fusibile convenzionale interrompe una corrente eccessiva quando il suo elemento fonde. Alcuni progetti impiegano anche un dispositivo di disconnessione pirotecnico, che interrompe un conduttore quando viene attivato dal sistema di controllo, per esempio durante una collisione. Texas Instruments: contattori e fusibili di disconnessione della batteria

L'apertura dei contattori può isolare il pacco dalle apparecchiature esterne. Non scarica le celle e non rende sicuro toccare le sbarre conduttrici interne. Allo stesso modo, interrompere una corrente esterna non elimina l'energia chimica che alimenta le reazioni all'interno di una cella guasta. L'isolamento dell'alta tensione e gli interventi all'interno del pacco richiedono personale qualificato e procedure specifiche per il veicolo. NHTSA: veicoli elettrici e ibridi — batteria, ricarica e sicurezza

Limitare il trasferimento di calore e gestire lo sfiato

Le barriere termiche e la distanza tra le celle possono ridurre il calore che raggiunge le celle vicine. Altri materiali possono assorbire o distribuire il calore, riducendone la concentrazione su una singola cella adiacente. Le protezioni devono anche gestire il materiale caldo rilasciato da una cella guasta.

La ricerca della NASA sulle batterie per il volo spaziale con equipaggio, comprese navicelle e tute spaziali, descrive la gestione delle emissioni delle celle, del trasferimento di calore e dell'energia elettrica che fluisce verso una cella guasta come misure complementari per limitare la propagazione. NASA: gestione dei guasti e della propagazione nelle batterie agli ioni di litio

Lo sfiato riduce la pressione consentendo a gas e materiali di uscire da una cella o da un involucro. Produce anche un rilascio caldo e potenzialmente infiammabile che il pacco deve indirizzare lontano dagli occupanti. La protezione di un involucro sigillato contro l'ingresso d'acqua e i suoi dispositivi di scarico della pressione svolgono funzioni diverse. Per l'assemblaggio fisico e l'integrazione di questi sistemi, vedere costruzione del pacco batteria.

Cosa dimostrano le prove di sicurezza

Gli esperimenti sulle celle, le prove di abuso sui pacchi batteria e i crash test sui veicoli completi esaminano aspetti diversi della sicurezza. Un risultato di prova utile identifica il progetto testato, le condizioni e i criteri di accettazione.

Il regolamento tecnico mondiale ONU n. 20 fornisce un quadro internazionale che comprende la sicurezza operativa, la sicurezza elettrica dopo un urto e la sicurezza antincendio della batteria. Le norme nazionali e regionali attuano i requisiti attraverso i propri sistemi di omologazione o conformità. La norma definitiva FMVSS 305a della NHTSA è una di queste attuazioni; il solo riferimento a un GTR non costituisce un'omologazione universale del veicolo. NHTSA: iniziativa per la sicurezza delle batterie NHTSA: norma definitiva FMVSS 305a, dicembre 2024

La serie 03 del regolamento R100 comprende requisiti di protezione degli occupanti contro la propagazione innescata da un cortocircuito interno che porta alla fuga termica di una singola cella. La disposizione sul preavviso è considerata soddisfatta anche se la propagazione non crea una situazione pericolosa per gli occupanti. Regolamento ONU n. 100: serie 03 di emendamenti (2021) La serie 05 specifica un processo di verifica tramite prove fisiche o analisi del rischio in condizioni definite, con eccezioni all'obbligo di avviso quando le prove prescritte non producono propagazione o non riescono a innescare la fuga termica. Queste disposizioni non garantiscono un tempo di evacuazione in ogni incidente reale. Regolamento ONU n. 100: serie 05 di emendamenti (EUR-Lex, 2026)

Euro NCAP dichiara di monitorare la disconnessione della batteria, controllare la presenza di tensioni pericolose sulla carrozzeria ed esaminare la batteria per rilevare intrusioni, perdite di liquidi, incendi o calore anomalo. Queste osservazioni forniscono elementi utili sulle condizioni d'urto testate. Non stabiliscono come si comporterà il veicolo in ogni possibile collisione o guasto della batteria. Euro NCAP: prove di sicurezza dei veicoli elettrici

Dopo un avviso, una collisione o un allagamento

Messaggi di avviso e segnali di emergenza

In presenza di un avviso relativo alla batteria o alla ricarica senza segnali di emergenza, seguire le istruzioni visualizzate e il manuale del veicolo. Un messaggio che richiede l'arresto immediato necessita di una risposta diversa da un promemoria di manutenzione; richiedere assistenza qualificata quando indicato.

In presenza di fumo, fuoco, fuoriuscita di gas o altri segnali di una sospetta emergenza della batteria:

• Se si è alla guida, fermarsi in sicurezza, uscire dal veicolo appena è sicuro farlo e allontanarsi mantenendosi fuori dal traffico.
• Chiamare il numero di emergenza locale e precisare che il veicolo è elettrico.
• Stare lontani da fumo e gas; spostarsi sopravento, se possibile.
• Tenersi lontani da parti elettriche esposte e da liquidi fuoriusciti. Non tentare di aprire, scollegare o riparare la batteria.

Queste azioni seguono le indicazioni pubbliche della NHTSA e quelle britanniche sui sospetti eventi termici della batteria. Lo spegnimento dell'incendio e la valutazione del sistema ad alta tensione danneggiato spettano a soccorritori qualificati. NHTSA: indicazioni sugli incidenti con batterie ad alta tensione per proprietari e soccorritori Dipartimento dei trasporti britannico: operatori del soccorso stradale che lavorano con veicoli elettrici

Danni da collisione e allagamento

Un dispositivo di disconnessione in caso di urto può interrompere il collegamento della batteria ai cavi esterni mentre le celle all'interno del pacco rimangono danneggiate. Richiedere una valutazione professionale dopo un sospetto danno alla batteria, compreso un urto significativo contro la parte inferiore del pacco.

La normale esposizione alla pioggia e l'immersione durante un allagamento sono condizioni diverse. L'allagamento può esporre componenti elettrici danneggiati all'acqua e a sostanze contaminanti, creando rischi di folgorazione e incendio ritardato. Se si sospetta un danno alla batteria dopo un allagamento, contattare il concessionario o i servizi di emergenza e seguirne le istruzioni. NHTSA: veicoli elettrici e ibridi — batteria, ricarica e sicurezza

Recupero e deposito

Informare l'operatore del soccorso stradale della collisione, dell'allagamento, dell'avviso della batteria o dell'incendio. La guida di risposta alle emergenze del veicolo specifico deve orientare i professionisti nelle operazioni di traino e deposito. Le guide trasmesse dai costruttori alla NHTSA trattano incendio, immersione, perdite di liquidi, traino e deposito; le schede di soccorso forniscono informazioni più sintetiche per l'impiego sul posto. NHTSA: guide di risposta alle emergenze e schede di soccorso

Le indicazioni statunitensi della NHTSA sconsigliano di parcheggiare un veicolo con batteria agli ioni di litio danneggiata in un garage o a meno di 50 piedi (circa 15 m) da edifici, altri veicoli o materiali combustibili. NHTSA: veicoli elettrici e ibridi — batteria, ricarica e sicurezza Se un veicolo sospetto si trova già in una posizione del genere, tenersi lontani e chiedere istruzioni ai servizi di emergenza o all'operatore del soccorso stradale; non tentare di spostarlo autonomamente.

I professionisti del recupero devono valutare il luogo di deposito, la distanza di sicurezza e il monitoraggio necessari in base alle condizioni del veicolo. Lo spostamento può aggravare i danni interni e le indicazioni britanniche riportano casi di veicoli incendiatisi durante il caricamento sul mezzo di recupero. Dipartimento dei trasporti britannico: operatori del soccorso stradale che lavorano con veicoli elettrici

Il trasporto di una batteria danneggiata rimossa dal veicolo è un'attività distinta. Richiede una valutazione secondo le norme applicabili alle merci pericolose; negli Stati Uniti, la PHMSA identifica le batterie danneggiate, difettose e soggette a richiamo come fonti di maggiori rischi durante il trasporto. Questi requisiti di spedizione delle batterie non sostituiscono le istruzioni di recupero del costruttore del veicolo. PHMSA: trasporto delle batterie al litio

Cosa possono verificare i proprietari

Prima di un incidente, individuare nel manuale le sezioni sulla sicurezza e sui messaggi di avviso e verificare come contattare l'assistenza stradale. Quando si acquista un veicolo elettrico usato, chiedere al costruttore o al concessionario di controllare il numero di identificazione del veicolo per individuare eventuali richiami ancora aperti e confermare che gli interventi richiesti siano stati eseguiti.

Chiedere come verranno valutati e documentati eventuali danni sospetti al sottoscocca o alla batteria.

Per sapere cosa avviene dopo la diagnosi, vedere riparazione, seconda vita e riciclo delle batterie. Per la copertura dei difetti, le garanzie di capacità e le esclusioni relative ai danni, vedere garanzia della batteria.