Segurança da bateria de veículos elétricos: fuga térmica, proteção e resposta a incidentes

Uma falha na bateria pode permanecer localizada ou se propagar pelo conjunto. A segurança das baterias de veículos elétricos depende de evitar danos, interromper correntes elétricas perigosas e limitar o calor e os gases liberados por uma célula em falha.

Como as falhas da bateria podem se agravar

Um curto-circuito interno cria uma conexão indesejada entre partes de uma célula que deveriam permanecer eletricamente separadas. Danos ao separador podem permitir um curto-circuito entre os eletrodos, gerando calor. O Oak Ridge National Laboratory descreve o papel do separador na prevenção de curtos-circuitos internos e como sua falha pode contribuir para a fuga térmica. Oak Ridge National Laboratory: função do separador e limites do bloqueio térmico (2023)

Defeitos de fabricação, esmagamento ou perfuração, superaquecimento e sobrecarga podem iniciar uma falha na célula. Essas causas são descritas em uma pesquisa do governo britânico sobre a segurança de baterias de íons de lítio, embora o relatório se concentre em veículos elétricos menores. Órgão britânico de segurança e normas de produtos: mecanismos de falha e proteção de baterias de íons de lítio

O sistema de gerenciamento da bateria monitora tensão, corrente e temperatura e pode intervir ao detectar condições anormais. Um defeito em desenvolvimento no interior de um eletrodo pode produzir poucos indícios nos sensores disponíveis. Por isso, a proteção física continua necessária mesmo com o monitoramento.

Fuga térmica e propagação

A fuga térmica ocorre quando as reações que geram calor dentro de uma célula se aceleram mais rapidamente do que o calor consegue se dissipar. O aumento da temperatura intensifica outras reações, liberando a energia armazenada na célula. A gestão térmica normal controla a temperatura de operação, mas pode não conseguir interromper esse processo autossustentado.

A propagação é a passagem da falha para outras células. O calor conduzido pelos materiais ao redor, ou transportado por gases quentes e material ejetado, pode levar uma célula vizinha à fuga térmica. Impedir essa transferência pode limitar o incidente à célula onde ele começou. NASA: controle de falhas e propagação em baterias de íons de lítio

O comportamento durante a falha varia conforme a célula e o evento. Um estudo de 2022 de Sharp e colaboradores testou células cilíndricas 18650, 21700 e de formato D usando aquecimento, curtos-circuitos internos e perfuração com prego. O estudo encontrou diferenças na liberação de calor e na ejeção de material conforme a geometria da célula e a forma de iniciar a falha. Foram experimentos com células, não uma comparação de veículos completos. Sharp e colaboradores (2022): fuga térmica, geometria da célula e tipo de abuso

Liberação de gases e riscos tardios

Uma bateria danificada pode liberar gases tóxicos e inflamáveis, e danos físicos podem provocar um incêndio imediato ou tardio. Portanto, uma situação perigosa pode existir mesmo sem chamas visíveis. A NHTSA recomenda tratar componentes de alta tensão danificados como energizados. NHTSA: veículos elétricos e híbridos — bateria, carregamento e segurança

Uma bateria que parece inativa após um impacto ainda precisa de avaliação adequada. As orientações britânicas para serviços de remoção alertam que a ausência de sinais visíveis ou de temperatura superficial elevada não comprova que uma bateria danificada esteja livre de risco térmico. Elas relatam casos de veículos que pegaram fogo até três semanas após um acidente. Esses casos ilustram a possibilidade de demora; não estabelecem um período máximo de espera após o qual uma bateria danificada seria segura. Departamento de Transportes britânico: operadores de remoção que trabalham com veículos elétricos

Como a proteção limita as consequências

Prevenção de danos e detecção de falhas

O invólucro da bateria e a estrutura do veículo ao redor protegem as células contra detritos da via e deformações em colisões, preservando o espaço dos ocupantes. O isolamento elétrico separa os condutores de alta tensão da carroceria. As funções de monitoramento de isolamento descritas no sistema de gerenciamento da bateria podem identificar uma perda desse isolamento e acionar um aviso ou uma resposta de proteção.

Dentro das células, o separador mantém os eletrodos afastados. Dependendo do projeto da célula, a proteção adicional pode incluir um dispositivo de interrupção de corrente ou um respiro de alívio de pressão. A seção sobre proteção no nível da célula em formatos de células explica esses dispositivos e suas diferenças entre formatos; química das células aborda os materiais dos separadores e seu comportamento de bloqueio iônico por temperatura.

O BMS pode limitar a carga ou a descarga quando as condições medidas excedem os limites permitidos. Suas funções detalhadas de medição e controle são abordadas no capítulo sobre BMS. Aqui, a distinção importante é que detectar uma falha e conter fisicamente suas consequências exigem medidas diferentes. Órgão britânico de segurança e normas de produtos: mecanismos de falha e proteção de baterias de íons de lítio

Interrupção da corrente elétrica

Contatores são interruptores controlados que conectam a bateria aos equipamentos de alta tensão do veículo. Um fusível convencional interrompe a corrente excessiva quando seu elemento se funde. Alguns projetos também utilizam um dispositivo de desconexão pirotécnica, que rompe um condutor ao ser acionado pelo sistema de controle, por exemplo durante uma colisão. Texas Instruments: contatores e fusíveis de desconexão da bateria

A abertura dos contatores pode isolar a bateria dos equipamentos externos. Isso não descarrega as células nem torna seguro tocar nos barramentos internos. Da mesma forma, interromper uma corrente externa não elimina a energia química que alimenta as reações dentro de uma célula em falha. O isolamento da alta tensão e os trabalhos no interior de uma bateria exigem profissionais capacitados e procedimentos específicos para o veículo. NHTSA: veículos elétricos e híbridos — bateria, carregamento e segurança

Limitação da transferência de calor e controle da saída de gases

Barreiras térmicas e espaçamentos podem reduzir o calor que chega às células vizinhas. Outros materiais podem absorver ou distribuir o calor, reduzindo sua concentração sobre uma célula adjacente. A proteção também precisa controlar o material quente liberado por uma célula em falha.

A pesquisa da NASA sobre baterias para voos espaciais tripulados, incluindo espaçonaves e trajes espaciais, descreve o controle das emissões das células, da transferência de calor e da energia elétrica que flui para uma célula em falha como medidas complementares para limitar a propagação. NASA: controle de falhas e propagação em baterias de íons de lítio

O alívio de pressão permite que gases e materiais saiam de uma célula ou de um invólucro. Isso também cria uma descarga quente e potencialmente inflamável, que o conjunto da bateria precisa direcionar para longe dos ocupantes. A proteção de um invólucro vedado contra a entrada de água e seus recursos de alívio de pressão cumprem funções diferentes. Para conhecer a montagem física e a integração desses sistemas, consulte construção do conjunto da bateria.

O que os testes de segurança demonstram

Experimentos com células, ensaios de abuso com conjuntos de bateria e testes de colisão de veículos completos examinam aspectos diferentes da segurança. Um resultado de teste útil identifica o projeto testado, as condições e os critérios de aceitação.

O Regulamento Técnico Global da ONU nº 20 estabelece uma estrutura internacional que abrange segurança operacional, segurança elétrica após colisões e segurança contra incêndios da bateria. As regras nacionais e regionais implementam requisitos por meio de seus próprios sistemas de homologação ou conformidade. A regra final FMVSS 305a da NHTSA é uma dessas implementações; uma referência ao GTR, por si só, não equivale a uma homologação universal do veículo. NHTSA: iniciativa de segurança de baterias NHTSA: regra final FMVSS 305a, dezembro de 2024

A série 03 do R100 inclui requisitos de proteção dos ocupantes contra a propagação iniciada por um curto-circuito interno que leva à fuga térmica de uma única célula. Seu requisito de aviso antecipado também é considerado atendido quando a propagação não cria uma situação perigosa para os ocupantes. Regulamento da ONU nº 100: série 03 de emendas (2021) A série 05 especifica um processo de verificação por testes físicos ou análise de risco sob condições definidas, com exceções ao aviso quando os testes prescritos não provocam propagação ou não conseguem desencadear a fuga térmica. Essas disposições não garantem um tempo de evacuação em todos os incidentes reais. Regulamento da ONU nº 100: série 05 de emendas (EUR-Lex, 2026)

O Euro NCAP informa que monitora a desconexão da bateria, verifica a carroceria quanto a tensões perigosas e examina a bateria em busca de intrusão, vazamento de fluidos, fogo ou calor anormal. Essas observações fornecem evidências úteis sobre as condições de colisão testadas. Elas não determinam como o veículo se comportará em todos os impactos ou falhas de bateria possíveis. Euro NCAP: testes de segurança de veículos elétricos

Após um aviso, colisão ou inundação

Mensagens de aviso e sinais de emergência

Diante de um aviso de bateria ou carregamento sem sinais de emergência, siga as instruções exibidas e o manual do veículo. Uma mensagem que exige parada imediata requer uma resposta diferente de um lembrete de manutenção; providencie assistência qualificada quando indicado.

Se houver fumaça, fogo, saída de gases ou outros sinais de uma possível emergência com a bateria:

• Se estiver dirigindo, pare em segurança, saia do veículo assim que for seguro e afaste-se bastante, mantendo distância do tráfego.
• Ligue para o número local de emergência e informe que o veículo é elétrico.
• Afaste-se da fumaça e dos gases; quando possível, posicione-se do lado de onde vem o vento.
• Mantenha distância de partes elétricas expostas e de fluidos vazando. Não tente abrir, desconectar ou reparar a bateria.

Essas ações seguem as orientações públicas da NHTSA e as orientações britânicas sobre suspeitas de eventos térmicos da bateria. O combate ao incêndio e a avaliação do sistema de alta tensão danificado devem ficar a cargo de equipes treinadas. NHTSA: orientações sobre incidentes com baterias de alta tensão para proprietários e equipes de resposta Departamento de Transportes britânico: operadores de remoção que trabalham com veículos elétricos

Danos por colisão e inundação

Um dispositivo de desconexão em caso de colisão pode interromper a ligação da bateria com os cabos externos enquanto as células no interior permanecem danificadas. Providencie uma avaliação profissional se houver suspeita de danos à bateria, inclusive após um impacto significativo na parte inferior do conjunto.

A exposição normal à chuva e a submersão em uma inundação são condições diferentes. Uma inundação pode expor componentes elétricos danificados à água e a contaminantes, criando riscos de choque elétrico e incêndio tardio. Se houver suspeita de danos à bateria após uma inundação, entre em contato com a concessionária ou os serviços de emergência e siga suas instruções. NHTSA: veículos elétricos e híbridos — bateria, carregamento e segurança

Remoção e armazenamento

Informe à empresa de remoção sobre a colisão, inundação, aviso de bateria ou incêndio. O guia de resposta a emergências do modelo exato deve orientar os profissionais no reboque e armazenamento. Os guias enviados pelos fabricantes à NHTSA abrangem incêndio, submersão, vazamento de fluidos, reboque e armazenamento; as fichas de resgate trazem informações resumidas para uso no local. NHTSA: guias de resposta a emergências e fichas de resgate

As orientações da NHTSA nos EUA recomendam não estacionar um veículo com bateria de íons de lítio danificada em uma garagem ou a menos de 50 pés (cerca de 15 m) de edifícios, outros veículos ou materiais combustíveis. NHTSA: veículos elétricos e híbridos — bateria, carregamento e segurança Se um veículo suspeito já estiver em um local assim, mantenha distância e peça instruções aos serviços de emergência ou à empresa de remoção; não tente movê-lo por conta própria.

Os profissionais de remoção devem avaliar o local de armazenamento, a distância de segurança e o monitoramento necessários conforme a condição do veículo. A movimentação pode agravar danos internos, e as orientações britânicas relatam veículos que pegaram fogo durante o carregamento no veículo de transporte. Departamento de Transportes britânico: operadores de remoção que trabalham com veículos elétricos

Transportar uma bateria danificada removida do veículo é uma tarefa separada. Isso exige uma avaliação conforme as regras aplicáveis ao transporte de produtos perigosos; nos EUA, a PHMSA identifica baterias danificadas, defeituosas e sujeitas a recall como fontes de maior risco no transporte. Esses requisitos para o envio de baterias não substituem as instruções de remoção do fabricante do veículo. PHMSA: transporte de baterias de lítio

O que os proprietários podem verificar

Antes de um incidente, localize no manual as seções de segurança e mensagens de aviso e verifique como entrar em contato com a assistência na estrada. Ao comprar um veículo elétrico usado, peça ao fabricante ou à concessionária que consulte o número de identificação do veículo para verificar recalls pendentes e confirme que os reparos exigidos foram realizados.

Pergunte como possíveis danos à parte inferior do veículo ou à bateria serão avaliados e documentados.

Para saber o que acontece após o diagnóstico, consulte reparo, segunda vida e reciclagem de baterias. Para cobertura de defeitos, garantias de capacidade e exclusões por danos, consulte garantia da bateria.