Bezpieczeństwo baterii, czyli jak producenci minimalizują ryzyko pożarów samochodów elektrycznych?
Nie pamiętam już, ile razy usłyszałem to pytanie.
Najczęściej pada gdzieś przypadkiem. Na parkingu podczas ładowania. Na stacji benzynowej. Czasem przy rodzinnym stole, kiedy rozmowa schodzi na samochody.
– A ty się nie boisz, że ta bateria kiedyś się zapali?
Jeszcze kilka lat temu odpowiadałem bardzo długo. Tłumaczyłem, jak działa akumulator trakcyjny, czym jest system zarządzania baterią i dlaczego internet kocha sensacyjne nagłówki bardziej niż spokojne wyjaśnienia.
Dzisiaj zwykle tylko się uśmiecham.
Nie dlatego, że pytanie jest naiwne.
Wręcz przeciwnie.
To jedno z najbardziej rozsądnych pytań, jakie można zadać właścicielowi samochodu elektrycznego.
Bo jeśli ktoś wydaje kilkaset tysięcy złotych na nowe auto albo planuje zakup pierwszego elektryka, ma pełne prawo wiedzieć, jak bezpieczna jest bateria znajdująca się dosłownie pod jego stopami, żeby nie powiedzieć że siedzimy na niej „czterema literami”:).
Problem polega na tym, że odpowiedź jest znacznie mniej spektakularna niż filmy, które od czasu do czasu pojawiają się w mediach społecznościowych.
Przez ostatnie lata przejechałem elektrykami ponad 100 000 kilometrów po Europie (Nie liczę tego co w Polsce:). Ładowałem samochód na publicznych stacjach w Polsce, Austrii, Niemczech, Francji czy we Włoszech. Rozmawiałem z właścicielami hoteli, operatorami stacji ładowania i kierowcami, którzy z elektromobilnością są związani od lat.
I wiecie, co zauważyłem?
Prawie nikt z nich nie rozmawia o pożarach baterii
Znacznie częściej dyskutujemy o zasięgu, cenach energii, nowych modelach czy kolejnych stacjach ładowania.
To nie znaczy, że temat bezpieczeństwa przestał istnieć.
Wręcz przeciwnie.
Po prostu producenci wykonali ogromną pracę, żeby kierowca nie musiał myśleć o niej każdego dnia. Bo właśnie na tym polega dobrze zaprojektowany system bezpieczeństwa.
Ma działać.
Nie zwracać na siebie uwagi.
Największym nieporozumieniem jest przekonanie, że bateria samochodu elektrycznego, to jedno ogromne ogniwo zamknięte w metalowej skrzyni.
W rzeczywistości to bardzo skomplikowany układ złożony z setek, a często tysięcy pojedynczych ogniw, połączonych w moduły i zamkniętych w wytrzymałej obudowie.
Każdy z tych elementów jest nieustannie monitorowany.
Temperatura.
Napięcie.
Natężenie prądu.
Stan naładowania.
To trochę jak nowoczesny samolot.
Pilot nie kontroluje ręcznie każdego podzespołu. Robią to dziesiątki systemów, które przez cały czas analizują parametry pracy i reagują, zanim człowiek w ogóle zauważy problem. Tu jest tak samo.
Bateria to serce auta EV, które musi mieć zapewnione optymalne warunki do działania... bezawaryjnego działania. I to przez wiele lat, nie przez rok czy trzy.
Sercem całego układu „podtrzymywania życia baterii” jest BMS, czyli Battery Management System
To elektroniczny strażnik, który przez całą dobę pilnuje, aby żadne ogniwo nie pracowało poza bezpiecznym zakresem.
Jeżeli temperatura zaczyna rosnąć, system może ograniczyć moc ładowania lub rozładowania, w celu jej stabilizacji.
Jeżeli wykryje nieprawidłowości napięcia, zareaguje jeszcze zanim kierowca zauważy jakikolwiek komunikat na ekranie.
W praktyce większość użytkowników nigdy nawet nie zdaje sobie sprawy, ile decyzji BMS podejmuje podczas zwykłej jazdy.
I bardzo dobrze.
Bo to oznacza, że wszystko działa tak, jak zaplanowali inżynierowie. A to muszą być łebskie chłopy, bo dzisiejsze baterie w Teslach potrafią wykręcić nawet kilkaset tysięcy kilometrów, zanim przydarzy im się coś co uniemożliwi dalszą jazdę. Bo takie rzeczy również się zdarzają... niestety.
Nie bez powodu producenci coraz więcej uwagi poświęcają również chłodzeniu akumulatorów.
Jeszcze kilkanaście lat temu, baterie kojarzyły się głównie z elektroniką użytkową. Telefonem, laptopem czy elektronarzędziami.
Samochód elektryczny pracuje jednak w zupełnie innych warunkach. Latem asfalt potrafi rozgrzać się do kilkudziesięciu stopni.
Zimą bateria musi zachować sprawność przy temperaturach znacznie poniżej zera. Jak ostatniej zimy, kiedy nieźle nas przymroziło:)
Do tego dochodzą szybkie ładowania i wysokie obciążenia podczas jazdy.
Dlatego większość współczesnych samochodów elektrycznych, wykorzystuje aktywne chłodzenie cieczą. Układ utrzymuje możliwie stabilną temperaturę całego pakietu, co ma znaczenie nie tylko dla bezpieczeństwa, ale również trwałości akumulatora.
Bo bateria zdecydowanie bardziej lubi przewidywalne warunki niż skrajności
Przypomina trochę nas - ludzi. Nie lubimy niespodzianek... chyba że są to niespodzianki na urodziny, wtedy jest ok:)
Jednym z najczęściej powtarzanych mitów jest przekonanie, że jeśli jedno ogniwo ulegnie uszkodzeniu, natychmiast zapali się cały samochód.
To znacznie bardziej skomplikowane.
Współczesne pakiety bateryjne projektowane są tak, aby ograniczać rozprzestrzenianie się zjawiska określanego jako ucieczka termiczna. Producenci stosują przegrody między modułami, materiały izolacyjne oraz rozwiązania, które mają spowolnić lub zatrzymać przenoszenie wysokiej temperatury na kolejne ogniwa.
Nie oznacza to oczywiście, że ryzyko można wyeliminować całkowicie.
W inżynierii takie słowo praktycznie nie istnieje.
Można je natomiast skutecznie ograniczać.
I właśnie to dzieje się od lat.
Mało kto zdaje sobie sprawę, że ogromna część pracy nad bezpieczeństwem odbywa się jeszcze zanim pierwszy egzemplarz samochodu trafi do salonu.
Pakiety bateryjne przechodzą testy odporności na wibracje, uderzenia, przeciążenia czy zmiany temperatury. Sprawdzane są zachowania podczas kolizji, zwarć oraz wielu innych sytuacji, które w normalnym użytkowaniu zdarzają się niezwykle rzadko. Ale zdarzyć się mogą.
W Europie bezpieczeństwo akumulatorów trakcyjnych podlega również wymaganiom homologacyjnym, między innymi wynikającym z regulaminu UNECE R100. To właśnie dzięki takim procedurom producent nie może po prostu zamknąć ogniw w aluminiowej obudowie i wysłać samochodu do sprzedaży.
Droga od laboratorium do klienta jest znacznie dłuższa...
Ciekawie wygląda również rozwój samych ogniw
Jeszcze kilka lat temu większość dyskusji koncentrowała się wokół zwiększania zasięgu.
Dzisiaj równie dużo mówi się o bezpieczeństwie i trwałości.
Coraz więcej producentów stosuje akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe, czyli LFP. Tego typu ogniwa są generalnie bardziej odporne na zjawisko ucieczki termicznej, niż wiele klasycznych konstrukcji opartych na chemii NMC, choć jednocześnie mają swoje ograniczenia związane między innymi z gęstością energii.
Nie istnieje więc rozwiązanie idealne.
Każda technologia jest kompromisem.
I właśnie dlatego rozwój baterii nie polega wyłącznie na zwiększaniu pojemności.
Coraz częściej chodzi o znalezienie najlepszego balansu między zasięgiem, trwałością, kosztami i bezpieczeństwem.
Czy to oznacza, że samochody elektryczne nie ulegają pożarom?
Nie.
Byłoby nieuczciwe tak napisać.
Pożary zdarzają się zarówno w samochodach elektrycznych, jak i spalinowych. Różnią się natomiast przyczyny ich powstawania oraz sposób prowadzenia działań gaśniczych.
I właśnie dlatego pojedyncze nagranie z internetu nigdy nie powinno być podstawą do wyciągania wniosków o całej technologii.
Zwłaszcza że media znacznie chętniej pokazują wydarzenia nietypowe (czytaj złe - kiedy dzieje się coś niebezpiecznego lub groźnego) niż miliony podróży, które kończą się dokładnie tak, jak powinny.
Czyli... zupełnie bez żadnych emocji. Ktoś szczęśliwie wraca z trasy do domu. Nudy... nikt o tym nie napisze. Ale jak się po drodze zapali Tesla - to mamy materiał, który obejrzą ludzie zarówno w Europie, jak i Ameryce, a może nawet w Azji. Taki temat jest nośny i się dobrze klika. A komentarze będą powielane przez całe miesiące. Oczywiście komentarze typu: "Nigdy nie kupię elektryka bo one się palą". Cóż... to prawda, palą się. Tak jak i auta spalinowe, które palą się kilkanaście razy częściej niż EV. Ale o tym nikt nie pisze. Bo kto by czytał o tym, że spaliło się BMW, czy jakaś Toyota? Nikt, bo to nudne i zdecydowanie nie na czasie. Na czasie są pożary EV - bezapelacyjnie!
Jest coraz lepiej i coraz bezpieczniej
Mam czasem wrażenie, że największym sukcesem producentów samochodów elektrycznych jest coś, czego większość kierowców nawet nie zauważa.
Przez całą drogę z Polski do południowych Włoch ani razu nie zastanawiałem się, czy bateria mojego samochodu jest bezpieczna.
Myślałem o korkach.
O pogodzie.
O tym, gdzie wypijemy kolejną kawę.
I chyba właśnie tak powinno być.
Większość pasażerów samolotu również nie zastanawia się podczas lotu, ile systemów bezpieczeństwa pracuje w tle.
Nie dlatego, że ich nie ma.
Wręcz przeciwnie.
Nie myślą o nich, ponieważ inżynierowie wykonali swoją pracę naprawdę dobrze.
Z samochodami elektrycznymi jest podobnie.
Najlepsze zabezpieczenia to te, o których kierowca nigdy nie musi pamiętać. Bo działają, zanim zdąży pomyśleć, że mogłyby być potrzebne.
A pożary? Cóż... zdarzają się, jak wiele nieszczęść w naszym życiu. Nie możemy ich przewidzieć i nie za bardzo mamy na nie wpływ, kiedy już się wydarzą. Co zatem możemy? Możemy im przeciwdziałać. Czyli opracowywać coraz lepsze baterie, coraz bardziej zaawansowane z coraz lepszymi zabezpieczeniami w razie ryzyka wystąpienia pożaru.
I to się właśnie dzieje od lat. Inżynierowie pracują nieustannie, nad poprawą nie tylko zasięgu, gęstości energii czy szybszym ładowaniem. Jednym z kluczowych założeń tych prac i projektowania pakietów baterii jest bezpieczeństwo oraz minimalizacja ryzyka wystąpienia pożaru...
Grafika główna: x.com/metrofirepio
