Veiligheid van EV-batterijen: thermische runaway, bescherming en handelen bij incidenten

Een batterijfout kan plaatselijk blijven of zich door het pakket verspreiden. De veiligheid van EV-batterijen hangt af van het voorkomen van schade, het onderbreken van gevaarlijke elektrische stromen en het beperken van de warmte en gassen die een defecte cel vrijgeeft.

Hoe batterijfouten kunnen escaleren

Een interne kortsluiting maakt een onbedoelde verbinding tussen delen van een cel die elektrisch gescheiden moeten blijven. Beschadiging van de separator kan kortsluiting tussen de elektroden veroorzaken, waarbij warmte ontstaat. Oak Ridge National Laboratory beschrijft hoe de separator interne kortsluiting voorkomt en hoe het falen ervan kan bijdragen aan thermische runaway. Oak Ridge National Laboratory: werking van de separator en beperkingen van thermische uitschakeling (2023)

Productiefouten, beknelling of doorboring, oververhitting en overladen kunnen een celfout veroorzaken. Deze oorzaken worden beschreven in Brits overheidsonderzoek naar de veiligheid van lithium-ionbatterijen, al richt dat rapport zich op kleinere elektrische voertuigen. Brits bureau voor productveiligheid en normen: faalmechanismen en bescherming van lithium-ionbatterijen

Het batterijmanagementsysteem bewaakt spanning, stroom en temperatuur en kan ingrijpen wanneer het afwijkingen detecteert. Een defect dat zich binnen een elektrode ontwikkelt, kan voor de beschikbare sensoren nauwelijks waarneembaar zijn. Daarom blijft fysieke bescherming nodig, ook bij bewaking.

Thermische runaway en voortplanting

Thermische runaway ontstaat wanneer warmteproducerende reacties in een cel sneller versnellen dan de warmte kan worden afgevoerd. De stijgende temperatuur drijft verdere reacties aan, waarbij de opgeslagen energie van de cel vrijkomt. Normaal thermisch management regelt de bedrijfstemperatuur, maar kan dit zichzelf in stand houdende proces mogelijk niet stoppen.

Voortplanting is de uitbreiding van de fout naar andere cellen. Warmte die door omringende materialen wordt geleid, of door hete gassen en uitgeworpen materiaal wordt meegevoerd, kan een naburige cel in thermische runaway brengen. Het voorkomen van die overdracht kan het incident beperken tot de cel waarin het begon. NASA: beheersing van fouten en voortplanting in lithium-ionbatterijen

Het verloop van een celfout hangt af van de cel en de gebeurtenis. Een studie uit 2022 van Sharp en collega's testte cilindrische cellen van de typen 18650, 21700 en D met verhitting, interne kortsluiting en doorboring met een spijker. De onderzoekers vonden verschillen in warmteafgifte en materiaaluitworp naargelang de celgeometrie en de manier waarop de fout werd veroorzaakt. Dit waren celexperimenten, geen vergelijking van complete voertuigen. Sharp en collega's (2022): thermische runaway, celgeometrie en type misbruik

Gasvorming en vertraagde gevaren

Een beschadigde batterij kan giftige en brandbare gassen vrijgeven, en fysieke schade kan direct of later brand veroorzaken. Er hoeven dus geen zichtbare vlammen te zijn om van een gevaarlijke situatie te spreken. De NHTSA adviseert beschadigde hoogspanningscomponenten te behandelen alsof ze onder spanning staan. NHTSA: elektrische en hybride voertuigen — batterij, laden en veiligheid

Een batterijpakket dat na een botsing rustig lijkt, moet nog steeds passend worden beoordeeld. Britse bergingsrichtlijnen waarschuwen dat het ontbreken van zichtbare waarschuwingssignalen of een verhoogde oppervlaktetemperatuur niet aantoont dat een beschadigde batterij vrij is van thermisch risico. Ze melden dat sommige voertuigen tot drie weken na een ongeval in brand vlogen. Die gevallen illustreren de mogelijke vertraging; ze bepalen geen maximale wachttijd waarna een beschadigd pakket veilig is. Brits ministerie van Transport: bergingsbedrijven die met elektrische voertuigen werken

Hoe bescherming de gevolgen beperkt

Schade voorkomen en fouten detecteren

De batterijbehuizing en de omliggende voertuigstructuur beschermen de cellen tegen voorwerpen op de weg en vervorming bij een botsing, terwijl de ruimte voor inzittenden behouden blijft. Elektrische isolatie scheidt hoogspanningsgeleiders van de carrosserie. De functies voor isolatiebewaking die in het batterijmanagementsysteem worden beschreven, kunnen isolatieverlies vaststellen en een waarschuwing of beschermende reactie activeren.

In de cellen houdt de separator de elektroden gescheiden. Afhankelijk van het celontwerp kan aanvullende bescherming bestaan uit een stroomonderbreker of een drukontlastingsopening. De paragraaf over bescherming op celniveau in celformaten legt deze voorzieningen en de verschillen tussen formaten uit; celchemie behandelt separatormaterialen en hun gedrag bij thermische uitschakeling.

Het BMS kan laden of ontladen beperken wanneer de gemeten omstandigheden buiten de toegestane grenzen vallen. De gedetailleerde meet- en regelfuncties horen thuis in het BMS-hoofdstuk. Hier is vooral van belang dat het detecteren van een fout en het fysiek beperken van de gevolgen verschillende maatregelen vereisen. Brits bureau voor productveiligheid en normen: faalmechanismen en bescherming van lithium-ionbatterijen

Elektrische stroom onderbreken

Contactoren zijn aangestuurde schakelaars die de batterij verbinden met de hoogspanningsapparatuur van het voertuig. Een conventionele zekering onderbreekt een te hoge stroom wanneer het smeltelement smelt. Sommige ontwerpen gebruiken daarnaast een pyrotechnische onderbreker, die een geleider onderbreekt wanneer het regelsysteem daartoe opdracht geeft, bijvoorbeeld tijdens een botsing. Texas Instruments: contactoren en zekeringen voor batterijontkoppeling

Het openen van de contactoren kan het pakket van externe apparatuur scheiden. Het ontlaadt de cellen niet en maakt de interne stroomrails niet veilig om aan te raken. Evenmin neemt het onderbreken van een externe stroom de chemische energie weg die reacties in een defecte cel voedt. Het veilig scheiden van hoogspanning en werken binnen een batterijpakket vereisen opgeleid personeel en voertuigspecifieke procedures. NHTSA: elektrische en hybride voertuigen — batterij, laden en veiligheid

Warmteoverdracht beperken en ontgassing beheersen

Thermische barrières en afstand tussen cellen kunnen de warmte verminderen die naburige cellen bereikt. Andere materialen kunnen warmte opnemen of verspreiden, zodat één aangrenzende cel minder geconcentreerd wordt belast. De bescherming moet ook het hete materiaal beheersen dat een defecte cel vrijgeeft.

NASA-onderzoek naar batterijen voor bemande ruimtevaart, waaronder ruimtevaartuigen en ruimtepakken, beschrijft het beheersen van celuitstoot, warmteoverdracht en elektrische energie die naar een defecte cel stroomt als elkaar aanvullende manieren om voortplanting te beperken. NASA: beheersing van fouten en voortplanting in lithium-ionbatterijen

Ontgassing verlaagt de druk door gas en materiaal uit een cel of behuizing te laten ontsnappen. Daarbij ontstaat ook een hete, mogelijk brandbare uitstroom die het pakket van de inzittenden weg moet leiden. De bescherming van een afgedichte behuizing tegen binnendringend water en de voorziening voor drukontlasting hebben verschillende functies. Zie opbouw van het batterijpakket voor de fysieke opbouw en integratie van deze systemen.

Wat veiligheidstests aantonen

Celexperimenten, misbruiktests van batterijpakketten en botsproeven met complete voertuigen onderzoeken verschillende aspecten van veiligheid. Een bruikbaar testresultaat vermeldt het geteste ontwerp, de omstandigheden en de acceptatiecriteria.

Mondiaal technisch reglement nr. 20 van de VN biedt een internationaal kader voor operationele veiligheid, elektrische veiligheid na een botsing en brandveiligheid van batterijen. Nationale en regionale regels voeren eisen in via hun eigen goedkeurings- of nalevingssystemen. De definitieve FMVSS 305a-regel van de NHTSA is zo'n uitwerking; een verwijzing naar een GTR vormt op zichzelf geen universele voertuiggoedkeuring. NHTSA: initiatief voor batterijveiligheid NHTSA: definitieve FMVSS 305a-regel, december 2024

De 03-reeks van R100 bevat eisen voor de bescherming van inzittenden tegen voortplanting die begint met een interne kortsluiting en thermische runaway in één cel. Aan de bepaling over voorafgaande waarschuwing is ook voldaan wanneer voortplanting geen gevaarlijke situatie voor inzittenden veroorzaakt. VN-Reglement nr. 100: 03-reeks wijzigingen (2021) De 05-reeks specificeert een verificatieproces met fysieke tests of risicoanalyse onder vastgelegde voorwaarden, met uitzonderingen op de waarschuwing wanneer de voorgeschreven tests geen voortplanting veroorzaken of geen thermische runaway kunnen opwekken. Deze bepalingen garanderen niet in elk werkelijk incident een bepaalde vluchttijd. VN-Reglement nr. 100: 05-reeks wijzigingen (EUR-Lex, 2026)

Euro NCAP zegt de ontkoppeling van de batterij te bewaken, de carrosserie op gevaarlijke spanning te controleren en de batterij te onderzoeken op indringing, vloeistoflekkage, brand of abnormale warmte. Deze waarnemingen leveren nuttig bewijs voor de geteste botsomstandigheden. Ze bepalen niet hoe het voertuig zich bij elke mogelijke botsing of batterijfout zal gedragen. Euro NCAP: veiligheidstests van elektrische voertuigen

Na een waarschuwing, botsing of overstroming

Waarschuwingsmeldingen en tekenen van een noodsituatie

Volg bij een batterij- of laadwaarschuwing zonder tekenen van een noodsituatie de weergegeven instructies en het instructieboekje. Een melding die vraagt om onmiddellijk te stoppen, vereist een andere reactie dan een onderhoudsherinnering; schakel deskundige hulp in wanneer dat wordt aangegeven.

Bij rook, brand, ontsnappend gas of andere tekenen van een vermoedelijke batterijnoodsituatie:

• Stop veilig als u rijdt, verlaat het voertuig zodra dat veilig kan en neem ruim afstand, buiten het verkeer.
• Bel het lokale alarmnummer en vermeld dat het om een elektrisch voertuig gaat.
• Blijf uit de buurt van rook en gassen; ga indien mogelijk aan de kant staan waar de wind vandaan komt.
• Blijf weg van blootliggende elektrische onderdelen en lekkende vloeistoffen. Probeer de batterij niet te openen, los te koppelen of te repareren.

Deze acties volgen de publieke adviezen van de NHTSA en Britse richtlijnen voor vermoedelijke thermische batterij-incidenten. Brandbestrijding en de beoordeling van het beschadigde hoogspanningssysteem zijn taken voor opgeleide hulpverleners. NHTSA: richtlijnen bij hoogspanningsbatterij-incidenten voor eigenaren en hulpverleners Brits ministerie van Transport: bergingsbedrijven die met elektrische voertuigen werken

Botsingsschade en overstroming

Een botsingsonderbreker kan de verbinding tussen de batterij en externe kabels verbreken, terwijl de cellen in het pakket beschadigd blijven. Laat vermoedelijke batterijschade professioneel beoordelen, ook na een forse klap tegen de onderzijde van het pakket.

Normale blootstelling aan regen en onderdompeling bij een overstroming zijn verschillende omstandigheden. Een overstroming kan beschadigde elektrische componenten blootstellen aan water en verontreinigingen, met gevaar voor elektrische schokken en vertraagde brand. Neem bij vermoedelijke batterijschade na een overstroming contact op met uw dealer of de hulpdiensten en volg hun instructies. NHTSA: elektrische en hybride voertuigen — batterij, laden en veiligheid

Berging en stalling

Vertel het bergingsbedrijf over de botsing, overstroming, batterijwaarschuwing of brand. De hulpverleningsgids van het exacte voertuig moet bepalen hoe professionals het slepen en stallen aanpakken. De door fabrikanten bij de NHTSA ingediende gidsen behandelen brand, onderdompeling, vloeistoflekkage, slepen en stalling; reddingskaarten bieden kortere informatie voor gebruik ter plaatse. NHTSA: hulpverleningsgidsen en reddingskaarten

De Amerikaanse NHTSA-richtlijnen adviseren een beschadigd voertuig met lithium-ionbatterij niet in een garage of binnen 50 voet (ongeveer 15 m) van gebouwen, andere voertuigen of brandbare materialen te parkeren. NHTSA: elektrische en hybride voertuigen — batterij, laden en veiligheid Staat een verdacht voertuig al op zo'n plek, blijf dan uit de buurt en vraag de hulpdiensten of het bergingsbedrijf om instructies; probeer het niet zelf te verplaatsen.

Bergingsprofessionals moeten beoordelen welke stallingslocatie, afstand en bewaking nodig zijn voor de toestand van het voertuig. Verplaatsing kan interne schade verergeren, en Britse richtlijnen melden voertuigen die tijdens het laden op een bergingsvoertuig in brand vlogen. Brits ministerie van Transport: bergingsbedrijven die met elektrische voertuigen werken

Het vervoer van een uitgebouwde, beschadigde batterij is een afzonderlijke taak. Daarvoor is een beoordeling volgens de toepasselijke regels voor gevaarlijke goederen nodig; in de VS wijst PHMSA erop dat beschadigde, defecte en teruggeroepen batterijen grotere vervoersrisico's opleveren. Deze eisen voor batterijvervoer vervangen niet de bergingsinstructies van de voertuigfabrikant. PHMSA: vervoer van lithiumbatterijen

Wat eigenaren kunnen controleren

Zoek vóór een incident de hoofdstukken over veiligheid en waarschuwingsmeldingen in het instructieboekje op en controleer hoe u pechhulp kunt bereiken. Vraag bij de aankoop van een gebruikte EV aan de fabrikant of dealer om het voertuigidentificatienummer op openstaande terugroepacties te controleren en te bevestigen dat de vereiste herstelmaatregelen zijn uitgevoerd.

Vraag hoe vermoedelijke schade aan de onderzijde of batterij wordt beoordeeld en gedocumenteerd.

Zie batterijreparatie, tweede leven en recycling voor wat er na de diagnose gebeurt. Zie batterijgarantie voor dekking van defecten, capaciteitsgaranties en schade-uitsluitingen.