Η δηµοτικότητα των ηλεκτρικών οχηµάτων (EV) µεγαλώνει και µαζί αυξάνεται η χρήση µπαταριών ιόντων λιθίου. Ωστόσο, ο κίνδυνος πυρκαγιάς στα οχήµατα αυτά, το τελευταίο διάστηµα, συνιστά ένα ζήτηµα που απαιτεί αντιµετώπιση.
Για περισσότερα από 100 χρόνια, τα αυτοκίνητα χρησιμοποιούσαν, αποκλειστικά, κινητήρες βενζίνης ή πετρελαίου. Τα τελευταία 20 χρόνια, ωστόσο, τα οχήματα με εναλλακτικές πηγές κίνησης, παίρνουν τη θέση τους στην αγορά και γίνονται δημοφιλή, καθώς δείχνουν τον δρόμο της απεξάρτησης από τα ορυκτά καύσιμα. Ειδικά τα ηλεκτροκίνητα φαίνεται πως θα κυριαρχήσουν στο μέλλον. Καθώς, όμως, όλο και περισσότερα αυτοκίνητα λειτουργούν με μπαταρίες ιόντων λιθίου, η συμμετοχή τους σε τροχαία ατυχήματα αυξάνεται και ενέχει κινδύνους που δεν είναι λιγότερο σοβαροί από την ανάφλεξη π.χ. της βενζίνης ή του υγραερίου.
Τα προβλήματα πυρκαγιών από μπαταρίες ιόντων λιθίου ξεκίνησαν το 2011. Τότε, μετά από ένα τεστ σύγκρουσης, το αμερικανικό Εθνικό Συμβούλιο Ασφάλειας Μεταφορών (NTSB – National Transportation Safety Board) άρχισε να ενδιαφέρεται για την ασφάλεια της νέας τεχνολογίας. Σε ένα Chevrolet Volt προκλήθηκε πυρκαγιά 3 εβδομάδες μετά από ένα crash test. Κάτι πρωτόγνωρο για τα έως τότε δεδομένα. Στην έρευνα συμμετείχε και το NHTSA που δεν βρήκε, όμως, κανένα στοιχείο το οποίο να οδήγησε στην πυρκαγιά. Από τότε, το NHTSA άρχισε να συνεργάζεται με την Εθνική Ένωση Πυροπροστασίας NFPA (National Fire Protection Association), προκειμένου να εκδώσει οδηγίες προς τους πυροσβέστες και όσους εργάζονται σε εταιρείες ρυμούλκησης, για την αντιμετώπιση των αυτοκινήτων με μπαταρίες ιόντων λιθίου, έπειτα από ατύχημα.
Οι κίνδυνοι:
Συγκεκριμένα, τα ατυχήματα σε ηλεκτρικά αυτοκίνητα που τροφοδοτούνται από μπαταρίες ιόντων λιθίου κρύβουν δύο σημαντικούς κινδύνους:
- Ο κίνδυνος ηλεκτροπληξίας από την υψηλή τάση.
- Ο κίνδυνος από ανεξέλεγκτες αυξήσεις της θερμοκρασίας και της πίεσης, γνωστές ως θερμικές διαφυγές (thermal runaway), οι οποίες μπορούν να οδηγήσουν σε καύση τοξικών αερίων και πυρκαγιά από την μπαταρία.
Οι κίνδυνοι ηλεκτροπληξίας και ανάφλεξης της μπαταρίας προκύπτουν από την ενέργεια που παραμένει σε μία χαλασμένη μπαταρία και είναι γνωστή ως λανθάνουσα ενέργεια (stranded energy).
Οι πιθανές αιτίες
Η θερμική διαφυγή είναι μία χημική διαδικασία, εξώθερμη αντίδραση, που παράγει θερμότητα. Η θερμότητα αυξάνει την ταχύτητα της αντίδρασης, η οποία αυξάνει με τη σειρά της, περαιτέρω, τη θερμοκρασία και κλιμακώνει τη διαδικασία. Η θερμική διαφυγή μπορεί να εξαπλωθεί από ένα στοιχείο μπαταρίας στα υπόλοιπα, με αποτέλεσμα να δημιουργείται φαινόμενο «ντόμινο».
Η αρχική αιτία της θερμικής διαφυγής είναι, γενικά, κάποιο βραχυκύκλωμα εσωτερικό ή εξωτερικό.
Ένα εσωτερικό βραχυκύκλωμα σε μία μπαταρία ιόντων λιθίου μπορεί να προκύψει από κατασκευαστικά ελαττώματα. Μία εξωτερική πυρκαγιά μπορεί, επίσης, να θερμάνει ένα στοιχείο της μπαταρίας αρκετά, ώστε να ξεκινήσει η θερμική διαφυγή.
Η πρωταρχική ανησυχία για την ασφάλεια σε ό,τι αφορά τις μπαταρίες, προέρχεται από τα μεμονωμένα στοιχεία που την αποτελούν. Το στοιχείο της μπαταρίας μπορεί να απελευθερώσει αέρια -όταν γίνεται κακή χρήση- τα οποία είναι δυνατό να αναφλεγούν ή να προκαλέσουν έκρηξη. Οι συνθήκες κακής χρήσης πληρούνται, όταν ξεπεραστούν τα όρια τάσης ή θερμοκρασίας της μπαταρίας. Αυτό μπορεί να προέρχεται από εσωτερικό βραχυκύκλωμα ή αύξηση της εσωτερικής θερμοκρασίας από άλλους μηχανισμούς.
Η μηχανική παραμόρφωση μπορεί να προκαλέσει εσωτερικό βραχυκύκλωμα και, πιθανώς, να οδηγήσει σε πυρκαγιά. Η σοβαρή παραμόρφωση μπορεί να είναι αποτέλεσμα ορισμένων συνθηκών σύγκρουσης ή πρόσκρουσης στο έδαφος. Επομένως, πρέπει να αποφεύγονται σοβαρές παραμορφώσεις της μπαταρίας. Το σύστημα υψηλής τάσης μπορεί να υποστεί ζημιά, προκαλώντας βραχυκύκλωμα και σπινθήρες που ενδέχεται να οδηγήσουν σε διαρροή εύφλεκτων και αγώγιμων υγρών.
Η σοβαρότητα ενός εσωτερικού βραχυκυκλώματος που προκύπτει από συνθήκες σύγκρουσης, εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. Περιλαμβάνει την αλληλεπίδραση μεταξύ μηχανικής επαφής, παραγωγής θερμότητας και ηλεκτρικής εκκένωσης που, ίσως, οδηγήσει σε θερμική διαφυγή.
Οι μπαταρίες τοποθετούνται, συνήθως, σε ενισχυμένους και δύσκαμπτους χώρους των επιβατικών αυτοκινήτων, όπως π.χ. κάτω από το πίσω κάθισμα.
Υπάρχει, επίσης, μία υπόνοια ότι οι συγκρούσεις με πολλά αρνητικά g μπορεί να οδηγήσουν σε εξωτερικό βραχυκύκλωμα, προκαλώντας περαιτέρω ζημιά. Ωστόσο, δεν υπάρχουν, ακόμη, πολλά διαθέσιμα δεδομένα δοκιμής συγκρούσεων με οχήματα EV.
Το επίπεδο φόρτισης των μπαταριών ορίζεται, κανονικά, ως προς την κατάσταση φόρτισης (SOC). Τα όρια λειτουργίας τους μπορούν να καθοριστούν από 0-100%, πράγμα που σημαίνει ότι μία μπαταρία σε 100% SOC θεωρείται πλήρως φορτισμένη στην ονομαστική χωρητικότητά της. Ωστόσο, η πλήρης χωρητικότητά της υπερβαίνει, κανονικά, την ονομαστική, τόσο σε ανώτερα όσο και σε κατώτερα όρια. Η υπερφόρτιση μπορεί να πραγματοποιηθεί, όταν ανιχνεύεται λάθος η τάση του στοιχείου από το σύστημα ελέγχου φόρτισης, όταν ο φορτιστής είναι ελαττωματικός ή όταν χρησιμοποιείται λάθος φορτιστής. Κατά την υπερφόρτιση, το υλικό ανόδου μπορεί να αλλοιωθεί και να προκληθεί εσωτερικό βραχυκύκλωμα. Το αντίθετο συμβαίνει στην κάθοδο. Στην περίπτωση αυτή, η υπερφόρτιση μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία θερμότητας.
Φόρτιση σε χαμηλή θερμοκρασία, π.χ. κάτω από 0°C, θα πρέπει να αποφεύγεται. Μπορεί να προκαλέσει εσωτερικά βραχυκύκλωμα.
Κατά την εκφόρτιση της µπαταρίας ιόντων λιθίου, τα ιόντα λιθίου ρέουν από τον συλλέκτη αρνητικού ρεύµατος και ανόδου στον συλλέκτη και την κάθοδο θετικού ρεύµατος. Εάν, όµως, το επίπεδο εκφόρτισης γίνει πολύ µεγάλο, ο αρνητικός συλλέκτης ρεύµατος, που αποτελείται από χαλκό, µπορεί να διαλυθεί. Ως αποτέλεσµα, µικρά αγώγιµα σωµατίδια χαλκού απελευθερώνονται στον ηλεκτρολύτη, αυξάνοντας τον κίνδυνο εσωτερικού βραχυκυκλώµατος.
Του ΝΙκου ΒασιλΑκΗ
