Uitgebreide informatie: batterijbranden en batterijdefecten

Kennis over batterijbranden en defecten

Nikolaus Mayerhofer, Patrick Schabus, Peter Bednarik

Wanneer we praten met mensen die weinig ervaring hebben met elektrische voertuigen, komt vroeg of laat altijd de vraag over de gevaren van batterijen, met name explosies of niet te blussen branden. Maar in onze blogpost kun je lezen hoe realistisch zo'n scenario eigenlijk is, afgezien van Hollywoodfilms. We leggen ook uit welke veiligheidsrisico's zich werkelijk kunnen voordoen en welke stappen elke EV-bestuurder kan nemen om het risico op batterijdefecten te beperken. Laten we bij het begin beginnen: veel belangrijker dan de vraag: "Zal mijn batterij in brand vliegen?" is de vraag: "Hoe kan ik schade aan mijn batterij voorkomen om alle potentiële veiligheidsrisico's te beperken?". Want de kans op brand is aanzienlijk kleiner dan bij een verbrandingsmotor.

Hoe kan brand ontstaan?

Voordat een batterij vlam kan vatten, moet er altijd een "thermal runaway" aan voorafgaan, d.w.z. dat een cel zo oververhit raakt dat het niet meer te controleren is. Dit kan verschillende oorzaken hebben, zoals kortsluiting, te vol opladen of thermische overbelasting. Kortsluiting kan worden veroorzaakt door mechanische schade (bijv. een metalen spies door de cel), fabricagefouten en chemische processen (bijv. dendrietvorming). Thermische overbelasting kan optreden bij ontbrekende of beschadigde koeling of extreme belasting bij hoge omgevingstemperaturen. Tijdens deze "thermal runaway" beginnen de componenten van de cel exotherm te vergaan, waardoor er steeds meer warmte wordt gegenereerd. Zodra deze niet meer kan worden afgevoerd, komt de druk in de cel boven de belastinglimiet en treedt het zogenaamde "ontluchten" op. De verdampte elektrolyt schiet weg en als de temperatuur boven het ontstekingspunt komt, kan de cel in brand vliegen. In werkelijkheid zijn batterijen echter heel goed beschermd tegen zo'n "thermal runaway". Het "Battery Management System" (BMS) beschermt de batterij op betrouwbare wijze tegen overladen en thermische overbelasting (bijv. door verminderde prestaties tijdens snelladen). Dankzij optimaal nauwkeurige eindcontroles tijdens de productie is het defectpercentage laag en de batterij is zo goed beschermd met gepaste verstevigingen in de constructie dat er zelfs bij een ongeluk geen gevaarlijke mechanische schade optreedt. Maar naarmate batterijen en hun regeleenheden ouder worden, wordt het des te belangrijker om ze regelmatig te controleren.

Een explosie zoals in een actiefilm: de grootste angst
Iedereen kent wel de scène waarin een auto wordt opgeblazen in een gigantische explosie. In het echt is er echter geen sprake van een ontploffing: wanneer de elektrolyten in de cel beginnen te branden, is er aanvankelijk veel rook en verschijnen pas enkele minuten later de eerste vlammen. Die kunnen zich ontwikkelen tot een hevige brand, maar het voertuig wordt niet opgeblazen.

Welke maatregelen kunnen worden genomen om dit probleem tegen te gaan?

Het BMS heeft een aantal taken, waaronder ervoor zorgen dat de SoC (laadtoestand) in de cellen altijd dezelfde is. Als dit niet het geval is, wordt de actieradius kleiner, maar het kan ook duiden op een probleem met de regeleenheid of de batterij. Als één cel sneller veroudert dan de andere, kunnen de verschillen op een gegeven moment niet meer worden gecompenseerd door het GBS. Een kleinere actieradius of een lager laadvermogen zijn de eerste tekenen dat er iets mis is met de batterij. En welke andere signalen zijn er?

Duidelijke aanwijzingen voor een celdefect
Er zijn drie manieren waarop defecten aan cellen of batterijen kunnen worden opgespoord zonder de batterij open te maken in een laboratorium.

• Spreiding in de celspanning: afhankelijk van de temperatuur, de laadtoestand en de SoH van de batterij kunnen we afwijkingen in de batterij of het BMS detecteren op basis van de spreiding van de celspanning.
• SoH-afwijkingen:

• • lage SoH: een merkbaar verlies van SoH kan ook een teken zijn van een celdefect (bijv. door afzetting van lithium). Cellen waarvan de gezondheidstoestand te ver onder de specificatie van de fabrikant ligt (de fabrikant garandeert bijvoorbeeld 70%, maar de SoH is lager dan 60%) kunnen een risico vormen voor het rijden, vooral als de SoH niet overeenkomt met de leeftijd of de kilometerstand van het voertuig.
  • variatie in SoH: als de toestand van de cellen sterk verschilt, kan dit bij nieuwe voertuigen duiden op fabricagefouten. Bij oudere voertuigen daarentegen kan dit duiden op een onevenwichtige belasting van de cellen en dus op een verhoogd risico op overbelasting van de oude cellen.
• Afwijkingen in de interne weerstand:
  • verhoogde interne weerstand: afhankelijk van de temperatuur, de laadstatus en de
    leeftijd van de batterij kunnen celdefecten worden vastgesteld door de interne celweerstand te bepalen.
  • spreiding in interne weerstand: wanneer de cellen optimaal verouderen, verouderen ze gelijkmatig in termen van capaciteitsverlies en toename van de interne weerstand. als er in afzonderlijke cellen een aanzienlijk grotere toename in interne weerstand kan worden vastgesteld, is dit een indicatie van fabricagefouten.

Er komen echter ook celdefecten voor die niet met elektrische signalen kunnen worden opgespoord. Deze kunnen alleen in een laboratorium worden vstgesteld door de cel te splitsen en onder een microscoop te analyseren.

Veiligheidsrisico bij nieuwe EV's
Het is zeer onwaarschijnlijk dat een nieuwe cel in brand vliegt. Het is echter mogelijk dat er een celdefect ontstaat tijdens de productie en dat dit niet wordt ontdekt tijdens de end-of-line tests van de fabrikant. Als de defecte cel vervolgens wordt blootgesteld aan een extreme belasting, zoals snelladen, kan de enorme hitte kortsluiting in de cel veroorzaken.

"Wat moet ik nu doen?"

FLASH-test: zo vaak als nodig is, zelfs meerdere keren per jaar, om allerlei afwijkingen in de cellen van de batterij uit te sluiten.
Met de AVILOO FLASH-test, momenteel de snelste uitvoerige batterijtest op de markt, kunt u snel een groot aantal voertuigen screenen in een kort tijdsbestek. In slechts drie minuten geeft de test een analyse van de staat van de batterij en presenteert de resultaten in de vorm van numerieke waarden in het onafhankelijke AVILOO-rapport. De FLASH-test kan batterijfouten detecteren tot op celniveau, wat van onschatbare waarde is bij het op de markt brengen van een gebruikt voertuig en transparantie bij het doorverkopen. De uitzonderlijke kwaliteit is bevestigd door de European Remarketing Association (CARA).

PREMIUM-test: 1x per jaar, voor een grondige analyse van de batterij
Met de PREMIUM-test krijgt u een uitgebreidere analyse van de batterij omdat deze over een langere periode in detail wordt gemeten. Dit betekent dat er aanzienlijk meer gegevens beschikbaar zijn. Tijdens de PREMIUM-test wordt de dynamica gebruikt om de interne weerstand tot op celniveau te analyseren. Deze test is TUV-gecertificeerd.
Analyse tot op celniveau is van cruciaal belang voor batterijdiagnostiek, omdat de algehele prestaties grotendeels afhangen van de zwakste schakel in de keten. Een laag niveau in één cel leidt tot een lagere algehele prestatie van de batterij. Zowel de PREMIUM-test als de FLASH-test van AVILOO omvatten gedetailleerde analyses tot op celniveau, naast andere categorieën, en zijn uiterst effectief in het opsporen van celdefecten.

Branden in elektrische batterijen blussen: een enorm probleem
Ook als het vuur al is gedoofd, kan het uit zichzelf opnieuw oplaaien. Dat komt omdat er nog genoeg energie in de cel is opgeslagen om het proces een eigen leven te laten leiden en van voren af aan te beginnen. In geval van brand moeten voertuigen daarom bijvoorbeeld in een watertank worden opgeslagen totdat alle cellen volledig zijn ontladen en er geen energie meer beschikbaar is.
Een andere methode is om de batterij met opzet helemaal te laten opbranden op een gecontroleerde manier. Het doorslaggevende voordeel hiervan is dat de batterij niet opnieuw kan ontbranden en het uitgebrande voertuig niet permanent hoeft te worden bewaakt.