Segurança das baterias de automóveis elétricos: fuga térmica, proteção e resposta a incidentes

Uma falha da bateria pode ficar localizada ou propagar-se pelo conjunto. A segurança da bateria de um automóvel elétrico depende de prevenir danos, interromper correntes elétricas perigosas e limitar o calor e os gases libertados por uma célula em falha.

Como as falhas da bateria podem agravar-se

Um curto-circuito interno cria uma ligação indesejada entre partes de uma célula que devem permanecer eletricamente separadas. Danos no separador podem permitir um curto-circuito entre os elétrodos, gerando calor. O Oak Ridge National Laboratory descreve a função do separador na prevenção de curtos-circuitos internos e como a sua falha pode contribuir para a fuga térmica. Oak Ridge National Laboratory: função do separador e limites de encerramento (2023)

Defeitos de fabrico, esmagamento ou perfuração, sobreaquecimento e sobrecarga podem desencadear a falha de uma célula. Estas causas são descritas num estudo do Governo britânico sobre segurança das baterias de iões de lítio, embora os produtos em foco sejam veículos elétricos de menor dimensão. OPSS britânico: mecanismos de falha e proteção de baterias de iões de lítio

O sistema de gestão da bateria monitoriza a tensão, a corrente e a temperatura e pode intervir quando deteta condições anormais. Um defeito em desenvolvimento dentro de um elétrodo pode ser pouco percetível nos sensores disponíveis, pelo que a proteção física continua a ser necessária mesmo com monitorização.

Fuga térmica e propagação

A fuga térmica ocorre quando as reações que geram calor no interior de uma célula aceleram mais depressa do que esse calor pode ser dissipado. O aumento da temperatura alimenta novas reações e liberta a energia armazenada na célula. A gestão térmica normal regula a temperatura de funcionamento, mas pode não conseguir parar este processo autossustentado.

A propagação é a extensão da falha a outras células. O calor conduzido pelos materiais envolventes ou transportado por gases quentes e material expelido pode levar uma célula vizinha à fuga térmica. Impedir esta transferência pode limitar o incidente à célula inicial. NASA: gestão de falhas e propagação em baterias de iões de lítio

O comportamento da falha varia com a célula e o acontecimento. Um estudo de 2022 de Sharp e colegas ensaiou células cilíndricas 18650, 21700 e de formato D por aquecimento, curtos-circuitos internos e penetração de um prego. Encontrou diferenças na libertação de calor e na projeção de material consoante a geometria da célula e a forma de iniciar a falha. Foram experiências com células, não uma comparação de veículos completos. Sharp et al. (2022): fuga térmica, geometria das células e tipo de abuso

Libertação de gases e perigos diferidos

Uma bateria danificada pode libertar gases tóxicos e inflamáveis, e os danos físicos podem causar um incêndio imediato ou diferido. Assim, não são necessárias chamas visíveis para existir uma situação perigosa. A NHTSA recomenda tratar componentes de alta tensão danificados como estando sob tensão. NHTSA: bateria, carregamento e segurança de veículos elétricos e híbridos

Um conjunto aparentemente estável após um impacto continua a precisar de uma avaliação adequada. As orientações britânicas de recuperação de veículos avisam que a ausência de sinais visíveis de alerta ou de temperatura superficial elevada não demonstra que uma bateria danificada está isenta de risco térmico. Referem alguns veículos que se incendiaram até três semanas após um acidente. Estes casos ilustram o possível atraso; não estabelecem um prazo máximo após o qual um conjunto danificado seja seguro. Ministério britânico dos Transportes: recuperação de veículos elétricos

Como a proteção limita as consequências

Prevenir danos e detetar falhas

A caixa da bateria e a estrutura envolvente do veículo protegem as células de detritos na estrada e de deformações numa colisão, preservando o espaço dos ocupantes. O isolamento elétrico separa os condutores de alta tensão da carroçaria. As funções de monitorização do isolamento descritas em sistema de gestão da bateria podem identificar uma perda de isolamento e desencadear um aviso ou uma resposta de proteção.

Dentro das células, o separador mantém os elétrodos afastados. Consoante a conceção da célula, a proteção adicional pode incluir um dispositivo de interrupção de corrente ou uma válvula de alívio de pressão. A secção sobre proteção ao nível da célula em formatos de células explica estes dispositivos e como variam entre formatos; química das células aborda os materiais do separador e o seu comportamento de encerramento.

O BMS pode limitar a carga ou a descarga quando as condições medidas excedem os limites permitidos. As funções detalhadas de medição e controlo pertencem ao capítulo do BMS; aqui, a distinção importante é que detetar uma falha e conter fisicamente as suas consequências exigem medidas diferentes. OPSS britânico: mecanismos de falha e proteção de baterias de iões de lítio

Interromper a corrente elétrica

Os contactores são interruptores comandados que ligam a bateria aos equipamentos de alta tensão do veículo. Um fusível convencional interrompe uma corrente excessiva quando o seu elemento funde. Algumas conceções também utilizam um dispositivo de corte pirotécnico, que interrompe um condutor quando é acionado pelo sistema de controlo, por exemplo numa colisão. Texas Instruments: contactores e fusíveis de desconexão da bateria

Abrir os contactores pode isolar a bateria dos equipamentos externos. Não descarrega as células nem torna seguros ao toque os 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 de alta tensão e os trabalhos no interior da bateria exigem pessoal formado e procedimentos específicos do veículo. NHTSA: bateria, carregamento e segurança de veículos elétricos e híbridos

Limitar a transferência de calor e controlar a libertação de gases

As barreiras térmicas e o espaçamento podem reduzir o calor que chega às células vizinhas. Outros materiais podem absorver ou distribuir calor, reduzindo a exposição concentrada de uma célula adjacente. A proteção também tem de gerir o material quente libertado por uma célula em falha.

A investigação da NASA sobre baterias para voos espaciais tripulados, incluindo naves e fatos espaciais, descreve a gestão das emissões das células, da transferência de calor e da energia elétrica que entra numa célula avariada como formas complementares de limitar a propagação. NASA: gestão de falhas e propagação em baterias de iões de lítio

O alívio de pressão permite a saída de gases e material de uma célula ou caixa. Também cria uma descarga quente e potencialmente inflamável que a bateria deve encaminhar para longe dos ocupantes. A proteção de uma caixa estanque contra a entrada de água e os seus meios de alívio de pressão têm finalidades distintas. Para a montagem física e integração destes sistemas, consulte construção do conjunto da bateria.

O que os ensaios de segurança demonstram

As experiências com células, os ensaios de abuso de baterias e os testes de colisão de veículos completos analisam diferentes aspetos da segurança. Um resultado útil identifica a conceção ensaiada, as condições e os critérios de aceitação.

O Regulamento Técnico Mundial n.º 20 da ONU fornece um enquadramento internacional para segurança operacional, segurança elétrica após colisão e segurança contra incêndios de bateria. As regras nacionais e regionais aplicam os requisitos através dos seus próprios sistemas de homologação ou conformidade. A regra definitiva FMVSS 305a da NHTSA é uma dessas aplicações; uma referência ao RTM não constitui, por si só, uma homologação universal do veículo. NHTSA: iniciativa de segurança das baterias NHTSA: regra definitiva FMVSS 305a, dezembro de 2024

A série 03 do R100 inclui requisitos de proteção dos ocupantes perante propagação iniciada por um curto-circuito interno que provoca fuga térmica numa única célula. A disposição de aviso prévio também se considera satisfeita se a propagação não criar uma situação perigosa para os ocupantes. Regulamento ONU n.º 100: série 03 de alterações (2021) A série 05 especifica um processo de verificação por ensaios físicos ou análise de riscos em condições definidas, com exceções ao aviso quando os ensaios prescritos não produzem propagação ou não conseguem desencadear fuga térmica. Estas disposições não garantem um tempo de evacuação em todos os incidentes reais. Regulamento ONU n.º 100: série 05 de alterações (EUR-Lex, 2026)

O Euro NCAP afirma monitorizar a desconexão da bateria, verificar a existência de tensão perigosa na carroçaria e examinar a bateria quanto a intrusão, fugas de líquido, incêndio ou calor anormal. Estas observações fornecem provas úteis sobre as condições de colisão ensaiadas. Não determinam como o veículo se comportará em todos os impactos ou falhas de bateria possíveis. Euro NCAP: ensaios de segurança de veículos elétricos

Após um aviso, uma colisão ou uma inundação

Mensagens de aviso e sinais de emergência

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

Se houver fumo, incêndio, libertação de gases ou outros sinais de uma possível emergência de bateria:

• Se estiver a conduzir, pare em segurança, saia do veículo assim que seja seguro e afaste-se bastante, mantendo-se fora do trânsito.
• Ligue para o número de emergência local e indique que se trata de um veículo elétrico.
• Mantenha-se longe do fumo e dos gases; desloque-se para barlavento quando possível.
• Evite peças elétricas expostas e líquidos derramados. Não tente abrir, desligar ou reparar a bateria.

Estas ações seguem as recomendações públicas da NHTSA e as orientações britânicas para suspeitas de eventos térmicos de bateria. O combate ao incêndio e a avaliação do sistema de alta tensão danificado cabem a profissionais de emergência formados. NHTSA: orientação sobre incidentes com baterias de alta tensão para proprietários e equipas de emergência Ministério britânico dos Transportes: recuperação de veículos elétricos

Danos de colisão e inundações

Um corte acionado por colisão pode interromper a ligação da bateria aos cabos externos enquanto as células no interior permanecem danificadas. Solicite avaliação profissional perante suspeita de danos na bateria, incluindo após um impacto significativo na sua parte inferior.

A exposição normal à chuva e a submersão numa inundação são condições diferentes. A inundação pode expor componentes elétricos danificados a água e contaminantes, criando riscos de choque elétrico e incêndio diferido. Se suspeitar de danos na bateria após uma inundação, contacte o concessionário ou os serviços de emergência e siga as suas instruções. NHTSA: bateria, carregamento e segurança de veículos elétricos e híbridos

Recuperação e armazenamento

Informe o operador de recuperação sobre a colisão, inundação, aviso de bateria ou incêndio. O guia de resposta a emergências do veículo exato deve orientar os profissionais no reboque e armazenamento. Os guias dos fabricantes enviados à NHTSA abrangem incêndio, submersão, fugas de líquidos, reboque e armazenamento; as fichas de resgate fornecem informação mais breve para utilização no local. NHTSA: guias de emergência e fichas de resgate

As orientações norte-americanas da NHTSA desaconselham estacionar um veículo danificado com bateria de iões de lítio numa garagem ou a menos de 50 pés (cerca de 15 m) de edifícios, outros veículos ou materiais combustíveis. NHTSA: bateria, carregamento e segurança de veículos elétricos e híbridos Se um veículo suspeito já estiver nessa situação, mantenha a distância e peça instruções aos serviços de emergência ou ao operador de recuperação; não tente deslocá-lo por sua iniciativa.

Os profissionais de recuperação devem avaliar o local de armazenamento, a separação e a monitorização necessárias em função do estado do veículo. A movimentação pode agravar danos internos, e as orientações britânicas relatam veículos que se incendiaram durante a sua colocação no transporte. Ministério britânico dos Transportes: recuperação de veículos elétricos

Transportar uma bateria danificada removida é uma tarefa distinta. Exige uma avaliação segundo as regras pertinentes de mercadorias perigosas; nos EUA, a PHMSA identifica baterias danificadas, defeituosas e sujeitas a recolha como apresentando riscos de transporte acrescidos. Estes requisitos de transporte de baterias não substituem as instruções de recuperação do fabricante do veículo. PHMSA: transporte de baterias de lítio

O que os proprietários podem verificar

Antes de um incidente, localize as secções de segurança e mensagens de aviso do manual e confirme como contactar a assistência em viagem. Ao comprar um elétrico usado, peça ao fabricante ou concessionário que verifique o número de identificação do veículo quanto a campanhas de recolha pendentes e confirme a realização das intervenções necessárias.

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

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