При висок капацитет на батерията – над 100 kW – батериите на електромобилите са по-склонни към пожар, особено тези с катод от никел-манганово-кобалтов оксид
(снимка: CC0 Public Domain)
Електрическите превозни средства стават все по-популярни, но и повдигат въпроси за безопасността – главният сред тях е рискът от пожар. Случаите на самозапалили се електромобили зачестяват и всеки от тях привлича огромно внимание. Трябва ли да се безпокоим?
Пожарите в електромобили съвсем закономерно будят безпокойство. Че кой би искал новата му придобивка, каквато и да е тя, да се възпламени и да изгори? Но още по-същественото е, че при тези пожари може да пострадат хора.
В основата на риска от пожар е литиево-йонната батерия (LiB) – мощно устройство за съхранение на енергия, обясняват специалисти. Няколко от компонентите на тези батерии носят риск от пожар, но частта, известна като катод, е критична в това отношение. Катодите обикновено се изработват от никел-манганово-кобалтов оксид (NMC) или литиево-железен фосфат (LFP). NMC е по-рентабилен, но и по-склонен към прегряване – опасна реакция, която предизвиква внезапни пожари в LiB батериите.
Прегряването е самоускоряваща се реакция, която води до бързо повишаване на температурата. Често се поражда от презареждане, прегряване, повреда или дефекти. Веднъж започнало, прегряването може да причини неконтролируеми пожари, които са трудни за гасене.
Рискът може да се смекчи чрез вградените системи за управление на батерията (BMS), които включват мониторинг в реално време, функции за автоматично деактивиране и отделени модули за изолиране на пожари. Въпреки това, тъй като обхватът и производителността на електромобилите се подобряват, техните батерии стават все по-големи, а това прави пожарната безопасност сериозно предизвикателство, особено в затворени помещения.
Видове батерии за електромобили
Изследователи анализираха 100 електромобила от Европа, Азия и Америка, обхващайки различни марки и модели. Констатациите показват, че около 90% от превозните средства използват батерии с NMC. Въпреки че са предпочитани от производителите поради по-ниски производствени разходи, тези батерии са по-податливи на прегряване. А това е проблем за безопасността.
Съотношението тегло/ефективност на батерията е важен показател за производителите на електромобили, често диктуващ кой тип батерия да се използва. Въпреки това сравнението на батерии с NMC и с LFP разкрива неочаквани резултати, казват изследователите. NMC батериите с 6,74 kg/kWh са само малко по-тежки от LFP батериите с 6,51 kg/kWh.
Тази незначителна разлика поставя под въпрос предполагаемото предимство на NMC батериите, особено като се има предвид техният по-висок риск от пожар.
Поведение при пожар
Изследването също така разглежда поведението на NMC и LFP батериите, което може да бъде свързано с възникването на пожари. Анализирани са данни от 24 проучвания, изследващи експерименти със запалване на литиево-йонни клетки, за да се измери скоростта на отделяне на топлина във времето (СОТ) – по същество измерване на това колко бързо изгарят.
Тези проучвания дават някаква представа, макар и непълна, уточняват изследователите – защото експериментите се правят само с една единична клетка. Пожарите в електромобилите касаят цели набори от батерийни клетки – те са много по-сложни, включват верижни реакции и допълнително освобождаване на енергия от самото превозно средство.
И все пак анализът разкрива забележими разлики в поведението при пожар между батериите с NMC и с LFP, особено с увеличаване на капацитета. При по-нисък капацитет, NMC батериите показват относително нисък максимален СОТ показател. Но той нараства драматично при по-висок капацитет, надвишаващ 100 kW.
LFP батериите показват по-стабилен СОТ, увеличаващ се постепенно, без да достигат екстремните нива като при NMC. Това предполага, че батериите с NMC представляват по-голям риск от пожар при по-високи капацитети. Тенденцията подчертава необходимостта да се вземе предвид типът и капацитетът на батерията, когато се оценява безопасността на електромобила.
Зареждане и риск от пожар
Освен типа и капацитета на батерията, проучването също така изследва дали нивото на заряд в батерията – известно като състояние на заряд (SoC) – влияе върху мощността, освободена по време на пожар. Данните са разделени в пет сегмента – нива на зареждане от 0%, 25%, 50%, 75% и 100%. Въведен е и нов показател: kW на Ah, за да се отчете скоростта на отделяне на топлина като функция на капацитета на батерията.
Резултатите са ясни: от 0% до 75% зареждане интензитетът на огъня остава стабилен, но при пълно зареждане силата на огъня скача до 31 kW/Ah за LFP батериите и 38 kW/Ah за NMC батериите. Това увеличение съответства и на инцидентите в реалния свят, казват изследователите. Те напомнят, че много от пожарите с електромобили възникват именно по време на зареждане на автомобила.
Анализът подчертава значението на ефективните системи за предотвратяване на пожари на станциите за зареждане на паркинги, особено такива под земята, за намаляване на рисковете, свързани със зареждането на електромобили, особено тези с батерии NMC с голям капацитет.