Informazioni complete: Incendi e difetti delle batterie

Conoscenze sugli incendi e sui difetti delle batterie

Nikolaus Mayerhofer, Patrick Schabus, Peter Bednarik

Quando si parla con persone che hanno poca esperienza con i veicoli elettrici, prima o poi ci si imbatte sempre nella questione dei pericoli delle batterie, in particolare esplosioni o incendi non estinguibili. Nel nostro post, però, potrete scoprire quanto sia realistico uno scenario del genere, al di là dei film di Hollywood. Spieghiamo inoltre quali rischi per la sicurezza possono effettivamente verificarsi e quali sono le misure che ogni conducente di veicoli elettrici può adottare per ridurre al minimo il rischio di difetti delle batterie. Prima di tutto: prima di porsi la domanda: "La mia batteria si brucerà?" è più importante porsi la domanda: "Come posso prevenire i danni alla mia batteria per ridurre tutti i potenziali rischi per la sicurezza?". Perché la probabilità di un incendio è notevolmente inferiore a quella di un motore a combustione.

Come può verificarsi un incendio?

Prima che una batteria possa prendere fuoco, deve sempre essere preceduta da una "fuga termica", cioè da un surriscaldamento della cella fuori controllo. Questo può essere causato da diversi fattori scatenanti, come cortocircuiti, sovraccarichi elettrici e sovraccarichi termici. I cortocircuiti possono essere innescati da danni meccanici (ad esempio, un picco di metallo che attraversa la cella), da difetti di fabbricazione e da processi chimici (ad esempio, la formazione di dendriti). Il sovraccarico termico può verificarsi in caso di raffreddamento mancante o danneggiato o di carichi estremi a temperature ambiente elevate. Durante questa fase di "fuga termica", i componenti della cella iniziano a decomporsi in modo esotermico, generando sempre più calore. Non appena questo non può più essere dissipato, la pressione nella cella supera il limite di carico e si verifica il cosiddetto "sfiato". L'elettrolito vaporizzato fuoriesce e, se la temperatura supera il suo punto di infiammabilità, può incendiarsi. In realtà, però, le batterie sono molto ben protette contro questo tipo di "fuga termica". Il "Battery Management System" (BMS) protegge in modo affidabile la batteria dal sovraccarico elettrico e dal sovraccarico termico (ad esempio, riducendo le prestazioni durante la carica rapida). Grazie ai più precisi controlli finali durante la produzione, il tasso di difettosità è basso e la batteria è così ben protetta da adeguati rinforzi strutturali che non si verificano danni meccanici minacciosi nemmeno in caso di incidente. Ma più le batterie e le loro unità di controllo diventano vecchie, più è importante controllarle regolarmente.

Un'esplosione come in un film d'azione: la paura più grande
Tutti conoscono la scena: l'auto salta in aria in una gigantesca esplosione. Nella realtà, però, non esiste una simile detonazione: quando gli elettroliti della cella iniziano a bruciare, inizialmente c'è molto fumo e solo pochi minuti dopo compaiono le prime fiamme, che possono trasformarsi in un forte incendio, ma il veicolo non salta in aria.

Quali misure si possono adottare per contrastare questo problema?

Il BMS ha una serie di compiti, tra cui quello di garantire che le celle abbiano sempre lo stesso stato di carica. Se ciò non avviene, l'autonomia si riduce, ma può anche indicare un problema con l'unità di controllo o con la batteria. Se una cella invecchia più velocemente delle altre, a un certo punto le differenze non possono più essere compensate dal BMS. Un'autonomia ridotta o una minore potenza di carica sono i primi segnali che indicano che qualcosa non va nella batteria. E quali sono gli altri segnali?

Chiari indizi di un difetto delle celle
Esistono tre modi per individuare i difetti delle celle o delle batterie senza doverle aprire in laboratorio.

• Diffusione delle tensioni delle celle: a seconda della temperatura, dello stato di carica e dello stato di salute (SoH) della batteria, possiamo rilevare anomalie nella batteria o nel BMS in base alla diffusione delle tensioni delle celle.
• Deviazioni dell'SoH:

• • SoH basso: una perdita evidente di SoH può anche essere un segno di un difetto della cella (ad es. placcatura al litio). Le celle il cui stato di salute è troppo al di sotto delle specifiche del produttore (ad esempio, il produttore garantisce il 70%, ma l'SoH è inferiore al 60%) possono rappresentare un rischio per la guida, soprattutto se l'SoH non corrisponde all'età o al chilometraggio del veicolo.
  • Varianza dell'SoH: se lo stato delle celle è molto diverso, ciò può indicare difetti di fabbricazione nei veicoli nuovi. Nei veicoli più vecchi, invece, ciò può indicare un carico sbilanciato sulle celle e quindi un maggiore rischio di sovraccarico delle celle invecchiate.
• Deviazioni nella resistenza interna:
  • Aumento della resistenza interna: a seconda della temperatura, dello stato di carica e dell'età della batteria, i difetti delle celle possono essere identificati determinando la resistenza interna della cella.
  • Diffusione della resistenza interna: quando le celle invecchiano in modo ottimale, invecchiano in modo uniforme in termini di perdita di capacità e aumento della resistenza interna. Se è possibile rilevare un aumento significativamente maggiore della resistenza interna in singole celle, ciò è indice di difetti di fabbricazione.

Tuttavia, si verificano anche difetti delle celle che non possono essere rilevati con segnali elettrici. Questi possono essere identificati solo in laboratorio dividendo la cellula e analizzandola al microscopio.

Rischio di sicurezza coi nuovi veicoli elettrici
È estremamente improbabile che una nuova cellula inizi a bruciare. Tuttavia, esiste la possibilità che un difetto della cella si verifichi durante la produzione e non venga rilevato durante i test di fine linea del produttore. Se la cella difettosa viene sottoposta a un carico estremo, come la ricarica rapida, l'enorme calore può causare un cortocircuito all'interno della cella.

"E ora cosa devo fare?"

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L'analisi a livello di cella è di importanza cruciale per la diagnostica delle batterie, poiché le prestazioni complessive dipendono in larga misura dall'anello più debole della catena. Un livello basso in una singola cella porta a una minore prestazione complessiva della batteria. Sia il test PREMIUM che il test FLASH di AVILOO includono analisi dettagliate fino al livello delle celle, oltre ad altre categorie, e rilevano i difetti delle batterie in modo estremamente efficace.

Spegnere gli incendi delle batterie elettriche: un problema enorme
Se l'incendio è già stato spento, può riaccendersi. Questo perché l'energia immagazzinata nella cella è ancora sufficiente perché il processo prenda vita propria e ricominci da capo. In caso di incendio, quindi, i veicoli devono essere conservati in un serbatoio d'acqua, ad esempio, fino a quando tutte le celle non sono completamente scariche e non è più disponibile energia.
Un altro metodo consiste nel lasciare deliberatamente che la batteria si bruci in modo controllato ma completo. Il vantaggio decisivo di questo metodo è che impedisce alla batteria di riaccendersi e il veicolo bruciato non deve essere monitorato in modo permanente.