Elektrikli araçlarda hangi piller daha riskli?

Yüksek pil kapasitesinde (100 kW'ın üzerinde) EV pilleri, özellikle nikel-manganez-kobalt oksit katodu olan piller yanmaya daha yatkındır.

Elektrikli otomobillerdeki yangınlar doğal olarak endişeye neden oluyor. Yeni satın aldığı şeyin, her ne ise, alev alıp yanmasını kim ister ki? Ama daha da önemlisi bu yangınlarda insanlar yaralanabiliyor.

Uzmanlar, yangın riskinin merkezinde güçlü bir enerji depolama cihazı olan

lityum iyon pilin (LiB) bulunduğunu açıklıyor. Bu pillerin birçok bileşeni yangın riski taşıyor ancak katot olarak bilinen kısım bu konuda kritik önem taşıyor. Katotlar genellikle nikel manganez kobalt oksitten (NMC) veya lityum demir fosfattan (LFP) yapılır. NMC daha uygun maliyetlidir ancak aynı zamanda LiB pillerde ani yangınlara neden olan tehlikeli bir reaksiyon olan aşırı ısınmaya da daha yatkındır.

Aşırı ısınma, sıcaklıkta hızlı bir artışa neden olan, kendi kendini hızlandıran bir reaksiyondur. Genellikle aşırı şarj, aşırı ısınma, hasar veya kusurlardan kaynaklanır. Aşırı ısınma, bir kez başladıktan sonra söndürülmesi zor, kontrol edilemeyen yangınlara neden olabilir.

Risk, gerçek zamanlı izleme, otomatik devre dışı bırakma özellikleri ve ayrı yangın izolasyon modülleri içeren yerleşik pil yönetim sistemleri (BMS) aracılığıyla azaltılabilir. Ancak elektrikli araçların menzili ve performansı arttıkça pilleri de büyüyor ve bu da özellikle iç mekanlarda yangın güvenliğini ciddi bir sorun haline getiriyor.

ELEKTRİKLİ OTOMOBİLLER İÇİN AKÜ ÇEŞİTLERİ

Araştırmacılar, küresel EV pazarını daha iyi anlamak için Avrupa, Asya ve Amerika'dan çeşitli marka ve modelleri kapsayan 100 EV'yi analiz etti. Bulgular, araçların yaklaşık %90'ının NMC pil kullandığını gösteriyor. Üretim maliyetlerinin düşük olması nedeniyle üreticiler tarafından tercih edilse de bu piller aşırı ısınmaya daha yatkındır. Ve bu bir güvenlik sorunudur.

Bir pilin ağırlık/verimlilik oranı, EV üreticileri için önemli bir ölçümdür ve genellikle hangi tür pilin kullanılacağını belirler. Ancak araştırmacılar, pilleri NMC ve LFP ile karşılaştırmanın beklenmedik sonuçlar ortaya çıkardığını söylüyor. 6,74 kg/kWh'lik NMC aküleri, 6,51 kg/kWh'lik LFP akülerinden yalnızca biraz daha ağırdır.

Bu küçük fark, özellikle yüksek yangın riski göz önüne alındığında, NMC pillerinin sözde avantajını sorguluyor.

YANGIN NEDENİ

Çalışmada ayrıca NMC ve LFP pillerinin yangın oluşumuyla ilişkili olabilecek davranışları da incelendi. Lityum-iyon hücrelerin ateşlenmesiyle ilgili deneyleri inceleyen 24 çalışmadan elde edilen veriler, zaman içindeki ısı salınım hızını (HRT) ölçmek için analiz edildi; bu, aslında hücrelerin ne kadar hızlı yandığının bir ölçümü. Araştırmacılar, bu çalışmaların, eksik de olsa, bazı bilgiler sağladığını, çünkü deneylerin yalnızca tek bir hücreyle yapıldığını söylüyor. Elektrikli araç yangınları, tüm akü hücresi setlerini kapsar; bunlar çok daha karmaşıktır, zincirleme reaksiyonları ve aracın kendisinden ilave enerji salınımını içerir.

Yine de analiz, özellikle kapasite arttıkça NMC ve LFP aküleri arasındaki yangın davranışında gözle görülür farklılıklar olduğunu ortaya koyuyor. Daha düşük kapasitede NMC pilleri nispeten düşük bir maksimum SOT değeri gösterir. Ancak 100 kW'ı aşan daha yüksek kapasitelerde dramatik bir şekilde artar.

LFP pilleri, NMC'de olduğu gibi aşırı seviyelere ulaşmadan kademeli olarak artan daha istikrarlı bir SOT gösterir. Bu durum NMC pillerin daha yüksek kapasitelerde daha büyük bir yangın riski oluşturduğunu gösteriyor. Bu trend, EV güvenliğini değerlendirirken pil tipini ve kapasitesini dikkate alma ihtiyacını vurguluyor.

ŞARJ ETME VE YANGIN RİSKİ

Çalışmada pil tipi ve kapasitesinin yanı sıra, şarj durumu (SoC) olarak bilinen pildeki şarj seviyesinin de yangın sırasında açığa çıkan gücü etkileyip etkilemediği araştırıldı. Veriler beş bölüme ayrılmıştır: %0, %25, %50, %75 ve %100 şarj seviyeleri. Ayrıca yeni bir ölçü de tanıtıldı: Akü kapasitesinin bir fonksiyonu olarak ısı salınım oranını hesaba katmak için Akü başına kW.

Sonuçlar açık: %0'dan %75'e kadar şarjda yangın yoğunluğu sabit kalır, ancak tam şarjda yangın gücü LFP aküleri için 31 kW/Ah'ye ve NMC aküleri için 38 kW/Ah'ye sıçrar. Araştırmacılar, bu artışın gerçek dünyadaki olaylarla da tutarlı olduğunu söylüyor. Elektrikli otomobillerdeki yangınların çoğunun tam olarak otomobilin şarj edilmesi sırasında meydana geldiğini hatırlatıyorlar.

Analiz, elektrikli araçların, özellikle de yüksek kapasiteli NMC pillere sahip olanların şarj edilmesiyle ilgili riskleri azaltmak için, otopark şarj istasyonlarında, özellikle yer altı olanlarında etkili yangın önleme sistemlerinin önemini vurguluyor.