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Sind Elektrofahrzeuge eine Brandgefahr?
In den letzten zwei Monaten sind drei Elektroautos vom Typ Tesla Motors Model S in Brand geraten, nachdem ihre Lithium-Ionen-Akkus beschädigt wurden. Letzte Woche sagte die National Highway Traffic Safety Administration, sie werde untersuchen, ob Teslas Model S modifiziert werden muss, um weitere Brände zu verhindern.
Ausbrennen: Die Frontpartie eines Tesla Model S ging nach einem Batterieschaden in Flammen auf.
In zwei Fällen fuhren die Autos mit Autobahngeschwindigkeit über große Metallgegenstände; das dritte Auto prallte gegen eine Betonwand. Niemand wurde verletzt: Ein Warnsystem ermöglichte es den Fahrern, das Auto anzuhalten und auszusteigen, bevor Rauch aus dem Batteriepack aufstieg, und die Konstruktion des Batteriepacks verlangsamte die Ausbreitung des Feuers, das nie in die Fahrgasträume gelangte . Tesla hat angekündigt, Brände in seiner Garantie abzudecken, sodass die Eigentümer die Kosten nicht spüren werden. Und Tesla-Gründer Elon Musk argumentiert, dass die Brände immer noch sehr selten seien.
Trotzdem haben die Vorfälle auf die Sicherheit der in Elektrofahrzeugen verwendeten Batterien aufmerksam gemacht (siehe Frühe Daten deuten darauf hin, dass kollisionsbedingte Brände im Tesla Model S häufiger vorkommen als in herkömmlichen Autos). Sie sind auch nur die neuesten Beispiele für Lithium-Ionen-Batteriebrände in Elektrofahrzeugen – wir haben Brände bei den Plug-in-Fahrzeugen Chevy Volt und Fisker Karma gesehen. Boeings 787 Dreamliner wurde wegen Problemen mit seinen neuen Lithium-Ionen-Batterien geerdet.
Es gibt inhärente Risiken, wenn Sie genug Energie speichern, um ein Zwei-Tonnen-Auto mit 120 Meilen pro Stunde über Hunderte von Meilen anzutreiben. Schließlich fangen jedes Jahr tausende benzinbetriebene Autos bei Kollisionen Feuer. Grundsätzlich können diese Risiken durch konstruktive Gestaltung und Kühlung bewältigt werden. Aber könnten die Lithium-Ionen-Batteriezellen selbst sicherer gemacht werden?
Batteriepacks für Elektrofahrzeuge bestehen aus Hunderten bis Tausenden von Batteriezellen, von denen jede einen brennbaren flüssigen Elektrolyten enthält. Die Bewältigung der Risiken von Lithium-Ionen-Batteriebränden hängt von zwei Dingen ab: Verhindern, dass der Elektrolyt Feuer fängt, und verhindert, dass sich ein Feuer ausbreitet, falls es doch passiert.
Lithium-Ionen-Batteriezellen selbst können jedoch manchmal genug Wärme erzeugen, um den Elektrolyten in einem als Thermal Runaway bezeichneten Prozess zu entzünden. Kurzschlüsse zwischen den beiden Elektroden beispielsweise in einer Batteriezelle können die Elektroden erhitzen. Wenn diese Elektroden zu heiß werden, kann die Hitze chemische Reaktionen auslösen, die schnell mehr Hitze erzeugen, bis die Elektrolyte in Flammen aufgehen. Dies scheint bei den Tesla-Bränden passiert zu sein, als Schäden an den Batteriepacks zu Kurzschlüssen führten, die zu einem thermischen Durchgehen führten.
Kurzschlüsse können das Ergebnis von Herstellungsfehlern sein, aber Batteriehersteller sind sehr gut darin geworden, diese zu verhindern. Bei bestimmungsgemäßer Verwendung von Batterien gibt es nur ein Feuer auf 100 Millionen Lithium-Ionen-Batteriezellen, sagt Jeff Dahn , Professor für Physik und Chemie an der Dalhousie University. Tesla schützt außerdem mit einem umfangreichen Flüssigkeitskühlsystem, das die Zellen so schnell abkühlen soll, dass eine Zelle Feuer fängt, ihre Nachbarn nicht.
Wenn jedoch mehrere Zellen beschädigt sind, reicht das Kühlsystem möglicherweise nicht aus. Wenn das Tesla-Paket von einem großen Metallobjekt, das durch das Paket gestoßen wird, stark missbraucht wird, wird es wahrscheinlich in den meisten Fällen ein Feuer haben, sagt Dahn.
Tesla schützt den Akku zusätzlich mit einer 1/4 Zoll dicken Platte aus gehärtetem Aluminium. In vielen Fällen scheint dies zu funktionieren. Das Model S erhielt nach Crashtests die höchsten Sicherheitsbewertungen von NHTSA. Doch im Brandfall reichte der Schutz nicht aus.
Tesla baute auch eine Firewall zwischen dem Rucksack und dem Fahrgastraum. Diese Firewall ist so konzipiert, dass sie, selbst wenn das Paket in einen Thermal Runaway gerät, nicht in den Fahrgastraum eindringt, sagt Musk.
Seit den Unfällen hat Tesla ein Software-Update verschickt, das die Einstellungen der Aufhängung des Model S so ändert, dass der Akku bei Autobahngeschwindigkeiten höher über dem Boden liegt, wodurch die Wahrscheinlichkeit verringert wird, dass er auf die Art von Metallbrocken trifft, die zwei der Unfälle verursacht haben Feuer.
Abgesehen davon, dass Batteriepacks sicherer werden, ist es auch möglich, die Zellen selbst sicherer zu machen, indem auf Elektrodenmaterialien umgestellt wird, die weniger Energie speichern, aber höheren Temperaturen standhalten, bevor ein thermischer Durchgehen einsetzt. Einige andere Autohersteller haben dies getan, aber die resultierenden Batteriepakete kosten mehr. Es ist nicht klar, dass Tesla Elektrodenmaterialien ausgewählt hat, um die Sicherheit einzelner Zellen zu verbessern.
Musk sagt, es wäre möglich, die Dicke der Aluminiumbeschichtung zu erhöhen, die den Akku schützt. Dies würde jedoch ein erhebliches Gewicht verursachen, das die Leistung des Autos beeinträchtigen und seine Reichweite beim Aufladen verringern würde. Er sagt, dass dies nicht notwendig sein wird, da die aktuellen Sicherheitsmaßnahmen die Fahrer geschützt haben und er erwartet, dass es nicht viele Brände geben wird.
Letztlich könnte es sogar möglich sein, den brennbaren Elektrolyten durch einen nicht brennbaren zu ersetzen, aber solche Batterien haben sich als schwierig zu entwickeln erwiesen (siehe Festkörperbatterien , Autos aus Batterien bauen ist nicht so verrückt, wie es sich anhört, und A Trick for Batterien sicherer zu machen könnte auch Elektrofahrzeuge erschwinglich machen ).