Litium-ioni -akkupaketin kolariturvallisuus - Sähköautot - Nyt!

Litium-ioni -akuilla on paha tapa lämmetä katastrofaalisesti ja possahtaa (turvota & mahdollisesti levittää sisuksiaan kuoreen tulleen rei'än kautta) kovassa mekaanisessa shokissa, kuten esimerkiksi lyötäessä vasaralla kännykkä-akkua.

Akkupaketin energiakapasiteetti on niin hurja, että jos se pääsee sisäisen oikosulun kautta vapautumaan lämmöksi ennen kemiallista hajaantumistaan, tapahtuu auton konepellin alla paljon ja nopeasti.

Miten varmistetaan että valittu akkupaketti on kaikissa tilanteissa kolariturvallinen? Ei tekisi mieli nähdä tilannetta, jossa jokin terävä objekti osuu auton keulaan ja näkyy valkoinen välähdys -> auto ihmisineen on poissa, kasa pölyä ja tuhkaa tilalla.

Se 50-100L bensa/diisselitankki auton takaosassa on vähintään yhtä vaarallinen. Tosin siksipä se onkin sijoitettu paikkaan jonne kaikista epätodennäköisemmin osuu mikään.

-Otto

Bensiini on kuitenkin loppujenlopuksi vaikeaa räjäyttää kun sitä on paljon. Vuototilanteessa suljetussa tilassa se muodostaa hyvin nopeasti niin rikkaan seoksen ettei sitä saa räjähtämään.

Bensatankista kyllä tulee liekki silmille jos menet sinne palavaa tulitikkua sorhaamaan, mutta se ei räjähdä. Tulipalon vaara on silti ilmeinen. Asiaa helpotta se että bensiinillä ei ole tapana kuumentua spontaanisti.

Eriävä mielipide tähän asiaan.

Mitään dramaattista ei tapahtunut, kun akkua / kennoa on vahingoitettu kaikenlaisilla tavoilla mm. ampumalla ja lävistämällä se terästangolla..

Tehdasvideolla siis kaikki tämä.

Jukalla saattaapi olla myös kuvamateriaalia tästä samasta asiasta.

Paljon pahempi ketjurektio saadaan aikaiseksi, kun heitetään tulitikku bensatankiin, siinä on "näkemistä" reilummin..

Viimeksi muokattu 26 May 2008 16:35 luonut Eco driver Näytä lisää

Totta tuokin. Litium akut ei loppujenlopuksi ole niin räjähdysherkkiä fyysiselle kidutukselle, kun niiden kuvitellaan olevan. Yleisin tapa millä ne saadan tulille on lataamalla väärin. Harrastuksessani käytetään paljon lipoja (Robosodassa). Kennoja on silppuuntunut, mennyt oikosulkuun ja ylipurettu, eikä yksikään ole edes päästänyt pihausta savua pihalle. Tämä siis Lipoista, joka on minulle se tuttu ja turvallinen. Muista akkukemioista ei ole kokemusta. (: Ainakin A123 on testattu turvalliseksi: http://www.youtube.com/watch?v=A9ayuFBDrSg

Niin ja vastaava määrä bensaa sisältää huomattavasti enemmän energiaa, eli akusto ei voi millään olla yhtä tuhoisa…

-Otto

"Litium akut ei loppujenlopuksi ole niin räjähdysherkkiä fyysiselle kidutukselle, kun niiden kuvitellaan olevan."

Aloitukseni ei perustunut kuvitteluun, vaan käytännön kokemukseen normaaleista li-ion akuista. Toimin firmassa joka suunnittelee ja valmistuttaa kulutuselektroniikkalaitteita joissa käytetään 250mAh-2Ah -kapasiteettien li-polymeeriakkuja, ja kyllä ne tosiaan sopivista mekaanisista shokeista turpoavat, possahtavat ja pahimmillaan räjähtävät.

Jokainen voi kokeilla asiaa esim. ampumalla ilmakiväärillä vanhaa läppärin li-ion akkua. Ei kannata seistä liian lähellä, pari metriä on sopiva suojaetäisyys.

Tuo A123 on erikoisvalmisteinen juttu, saman videon lopussahan näkyy miten käy "normaalille" li-ion kennolla vastaavassa tilanteessa. Poks! Onko siis tarkoituksena käyttää A123:n kaltaista kalliimpaa, painavampaa kennotyyppiä?

Bensatankki taas ei ole läheskään niin vaarallinen kuin kuvitellaan. Käytännössä pahimmassakin tapauksessa vain höyrystynyt bensa muuttuu kertajysäyksellä energiaksi, ja sekin on äärimmäisen harvinaista kolaritilanteessa, liekö Suomessa tapahtunut koskaan. Ja tankkihan on sijoitettu tutkitusti turvallisimpaan mahdolliseen paikkaan, ei suinkaan konepellin alle!

En halua mitenkään tyrmätä tms. tätä erittäin kiinnostavaa sähköautohanketta, mutta tästä kolariturvallisuusteemasta tarvitaan muutakin kuin mutu-tietoa tai akkuvalmistajan mainosvideoita ennen kuin asia on "pihvi".

Akkuja on monenlaisia, niistä valitaan turvallista kemiaa edustavat. Tästä tullaan luonnollisesti edellyttämään takeita akkujen toimittajilta.

BTW: Akut vs bensa -vertailua varten olisi muuten hienoa, jos joku kaivaisi esille tilastoja:

a) moniko ihminen on kuollut tai vammautunut litium-akkujen paloissa / räjähdyksissä
b) moniko ihminen on kuollut tai vammautunut polttoaineiden paloissa / räjähdyksissä

vaikkapa yhden vuoden tilastot kelpaisivat hyvin.

Saataisiin asiaan hieman suhteellisuutta. Kumman turvallisina muuten tavallisia kännyköiden ja läppäreiden litium-akkuja pidetään, kun niitä uskalletaan antaa lastenkin käsiin ja pitää korvalla/taskussa tai sylissä (läppäriä).

t. Santeri

Tuossapa vasta hyvä tilastojen vertailukohde, eihän isokokoisia litium-ioniakkupaketteja vielä ole suurien volyymien käytössä. Bensa-autoja taas tiellä liikkuu satoja miljoonia kappaleita. Tilastoja voi verrata vasta sitten kun tiellä rullaa saman verran akkuautoja ja bensa-autoja. Edes painotettua vertailua ei voi vielä tehdä kun aineistoa on kertakaikkiaan liian vähän.

Akkutekniikan turvallisuus, mekaaninen kotelointi ja sijoittelu on isojenkin autotehtaiden haaste kun sähköautoja rakennellaan. Tässä projektissa ollaan käsittääkseni heittämässä akkua auton konepellin alle, eli paikkaan jossa se on kaikkein suojattomin kolaritilanteessa. Moottoritilahan on nykyautoissa lähes tuulilasiin asti törmäyksessä täysin kasaan menevää vaimennusvyöhykettä.

Asiaan ei mielestäni tule suhteellisuutta sillä, että tavallista kännykkää uskaltaa pitää korvalla, tai läppäriä sylissä. Eivät ne koe kolariin verrattavia mekaanisia shokkeja ikinä.

Yleensäkin kolariturvallisuuden suunnittelun akkutekniikan osalta tulisi pohjata neljään peruselementtiin: 1) Turvallisen akkuteknologian valinta speksien ja saatavissa olevan tiedon perusteella(saattaa huonontaa kapa/painoa ja kapa/hintaa jonkin verran) 2) Akun mekaanisen sijoittelun ja koteloinnin suunnittelu kohdeautoon 3) Simulaatiotestit millaisia voimia akkuun kohdistuu erilaisissa kolaritilanteissa

4) Käytännön törmäyskokeet autoon asennettuna

Tässä projektissa ei varmaan tuota 4)-kohtaa pystyttäne täyttämään, eikä mahdollisesti 3):stakaan. 1)-vaiheesta voidaan sanoa, että akun tulisi valmistajan mukaan kestää lähes minkälainen lävistys tahansa sekä todella kovaa deformatointia ilman katastrofaalista oikosulkua -> lämpenemistä -> mahdollista räjähtämistä. Markkinoinnissa luvataan monenlaista, mutta minkälaisen tosiasiallisen "takuun" akkuvalmistaja myöntää tuotteelleen tällaiseen harrastuskäyttöön, kun ihmishenget ovat kyseessä.

Edelleen korostan, että näkisin mielelläni tämän projektin onnistuvan, ja saatanpa itsekin ruveta sähköauton käyttäjäksi jos niin käy. Mutta ei saa laittaa vaaleanpunaisia silmälaseja nenälleen ja unohtaa turvallisuusasioista tyyliin "ei kai se akku siellä posahda", koska projektin tavoitteena on tehdä tavallisille ihmisille sopiva autokonfiguraatio niin turvallisuuden on oltava ykkössijalla. Ei sitä muuten uskalla "tavallinen ihminen" itselleen hankkia.

Olen ehdottomasti samaa mieltä turvallisuuskysymyksessä: Eli siitä ei voida tinkiä, mutta niinhän se on, että kun "tavalliset ihmiset" hankkii kulkuvälineen niin ensin katsotaan: 1 saavutettava "ökyarvo" naapuriin nähden, 2 hintalappu (jos perhe söis vaikka joka toinen päivä), 3 käyttökustannukset (perhehän voiskin syödä vähemmän joka toinen päivä), 4 mahtuuko harrastus ja ehkä perhekin autoon ja sitten ehkä 5 turvallisuus.
Eli surullinen tosiasia on, että ihmiset tinkivät turvallisuudesta jos pääsee halvemmalla:(

"Tuo A123 on erikoisvalmisteinen juttu"

Ennen oli ennen, nyt on nyt. LiFePO4 kemiat rallaavat markkinoille monestakin syystä. Ei pelkästään turvallisuudesta johtuen vaan myös siitä, että niiden energiatiheys on ottamassa taas uuden askeleen uuteen ulottuvuuteen.

Arvio on, että 400 Wh/litra on saavutettavissa jo tuotannossakin ensi vuoden puolella.

Perinteiset LiCo-akut pitää markkinoilla juuri tuo energiatiheys. Se etu on kohta menetetty ja jopa kännyköissä siirrytään rautafosfaatille. Vaikka LiCo on materiaalina luonnostaan keveämpää, syntyy etu siinä, että isompi osa Li-atomeista on käytössä LiFePO4-kemiassa. Eli samalla määrällä Litiumia saadaan enemmän käytännöllistä kapasiteettia.

Samoin näiden uusien kennojen jännitealue on paljon suppeampi, mikä helpottaa elektroniikan suunnittelua. Nimellisesti kenno voi toima hyvinkin jäykästi 3,3 V jännitteellä.

-Jukka

Tuossapa vasta hyvä tilastojen vertailukohde, eihän isokokoisia litium-ioniakkupaketteja vielä ole suurien volyymien käytössä. Bensa-autoja taas tiellä liikkuu satoja miljoonia.

:) Heh, tämä ei ollut nyt vertauksen idea, vaan se, että tavallisen ihmisen näkökulmasta nämä asiat liikkuvat hyvin paljon mielikuvatasolla. Jossain vaihessa litium-akkujen "vaarallisuus" nousi isosti otsikoihin ja jäi elämään puheisiin, vaikka akkukemiat ja hallintajärjestelmät ovat vieneet touhun jo aivan toiselle tasolle (esim. Jukan mainitsemat LiFePo-akut).

Siltikään nuo "vanhemmat" LiCo-akutkaan eivät ole *niin* vaarallisia kuin mielikuvat kertovat. Jos olisivat, olisi lapset jo varmasti puhkoneet silmiään räjäytysleikeissä yms. Siksi tuo heitto vertailuun.

Mutta toistan vielä, että hankkeessa akkujen turvallisuus on 1. tason kysymyksiä, jossa ei tehdä mitään välimallin ratkaisuita. Tämän vuoksi itse ainakin pyrin siihen, että akkujen toimittaja olisi kotimainen tai vähintään eurooppalainen, jonka takuu- ja turvallisuusselvitykset ovat luotettavasti ratkaistu. Ketään ei pakoteta ostamaan akkupakkaa, josta ei ole takeita.

Asian suhteen hyvä referenssi on kuitenkin mm. Think Nordic ja Tesla Motors, jotka ovat ratkaisseet autoissaan lion-akkukysymykset - omien selvitystensä mukaan - turvallisesti. Samaten esim. Renault-Nissanin, Necin ja Project Better Placen autohanke tulee käyttämään turvallisia lion-kemioita. Kyseessä ei siis todellakaan mikään mahdoton tehtävä ratkaistavaksi!

Mutta: itse EN ole kuitenkaan akkutekniikan asiantuntija, enkä ole validioimassa akkuja siltä kannalta. Alan osaajia kuitenkin yhteisöstä löytyy, kuten esim. edellisen viestin kirjoittanut Jukka, jolla on näistä T&K-kokemusta 2000-luvun alusta alkaen.

Lisääkin kuitenkin mahtuu, eli eiku postilistalle mukaan vaan: http://www.sahkoautot.fi/yhteisoe:osallistu

t. Santeri

Ketju lähti kai liikkeelle ajatuksesta, että konehuone ei ole paras paikka akuille kolaritilanteessa. Akut sinänsä saattavat olla räjähtämättömät, mutta kuumetessaan voivat sytyttää ympärillä olevaa materiaalia. Jotta hyvä hanke ei kaatuisi "Hindenburg-ilmiöön", on sijoituspaikkaa harkittava huolellisesti ennenkuin törmäyskokeilla on vahvistettu turvallisuus. Painonjaon takia sähkömoottori kannattaa sijoittaa mahdollisimman eteen ja sen taakse vararengas ja/tai lisätavaratila. Jos akusto räätälöidään erillisistä kennoista, niitä voi sjoitella jalkatilaan, istuinten alle jne.

Ei niitä akkukennoja voi järkevästi ripotella ympäri autoa. Kaapeloinnit ym. ja tietysti se skenaario palosta. (Siinä se peppu lämpeää kun akku kiehahtaa jakkaran alla:)) Paras paikka olisi tietysti entisen polttoainetankin tilalle, mutta siinä tulee ongelmia akuston huollon kanssa ellei polttoainetankin päällä ole takapenkki jonka alla on luukku. Joissain autoissa näin on. Kuitenkin jos pysytään nokalla, niin akkukotelo on mahdollista tehdä komposiittimateriaaleista hyvinkin kestäväksi ja hallitusti hajoavaksi sekä vaikka sammutusjärjestelmällä varustetuksi ilman että sen paino aiheuttaa ongelmia. Se myös mahdollistaa paremman kennosijoittelun kuin esim alumiinista rakennettaessa. Esim. entisen Eirin, joka teki purjelentokoneita, peruilta on Suomessa komposiittialan huippuosaajia (joista monet taitavat tehdä nykyisin Airbusin lentsikoihin osia) joita voisi yrittää mukaan kehitystyöhön. Yleisesti ottaen akuston pitäisi olla koteloitu kokonaisuus, missä olisi vain data ja sähköliitin ulospäin. On muistettava että tässä on suurempi vaara vahingoittaa itseään osaamattomuuttaan kuin kolarissa. Jos akustoa jossa on tälläisiä energiamääriä lähdetään varomattomasti sorkkimaan, niin esimerkiksi kellon metalliranneke joka oikosulkee ulostulon + ja - navat ja vaikka sulake suunnitellusti palaa suojaten enemmiltä vaurioilta, terkkarille lähdetään varmasti käymään, koska se kellon ranneke ehtii punahehkuiseksi ennen sulaketta.

Ei tavallisen sähköauton käyttäjän pitäisi tarvita sen enempää tehdä ja tietää kuin öljytuotteilla autoilijankaan. Vaan vain tankata ajomatkaa.

Viimeksi muokattu 28 May 2008 23:28 luonut Gnetman Näytä lisää

Jos nyt ihan asiallisesti esittää, niin tuollanen rautafosfaattikenno puhisee pikkusen ja antaa savua ulos ILMAN tulipaloa, jos hakkaan sitä lattiaan, moukaroin kirveillä ja lekoilla ja kusen päälle. Täyteen ladattuna. Vanhemman LiCo akut, joissa on reilusti enemmän Kobolttia, lähtee laulaen liikkeeel jo lävistyksestä, mutta esim omissa autoissani on LiNiCo -akkuja, joissa on enimmäkseen Nikkeliä. Se ei reagoi niin railakkaasti mekaaniseen tappammiseen. Ylilataaminen saa den liekkeihin ja hienosti. Mutta vaivaa sekin vaatii.

Akuston sijoittaminen oikein auton keulalle tekee sen, että kolarissa se painuu auton alle, kuten polttomoottorinkin on suunniteltu tekevän. Samat kiinnityspisteet mahdollistavat jopa sen modulin irtirepeytymisen, jos ajetaan 120 km/h autoilla nokkakolari motarilla.

Näissä tilanteissa aina sattuu ja sille ei tekniikan sijoittelulla voi paljoa. En näe mitään syytä, miksi emme tekisi yhdtä tai kahta epävirallista törmäystestiä akustojen kanssa. lopultahan sähköiellä ohjaustehostimella ja sähkökäytöllä auton ajaminen seinään onnistuu radio-ohjaimella suht helposti.

Ollaan kuitenkin tekemässä miljoonien edestä autoja kaiken kansan käyttäöön. Suuntaa-antavien testien tekeminen on tässä vaiheessa tärkeää. Ja simuloimallakin saadaan suht nopeasti käsityksiä, miten homma toimii.

Kun isoa massa viedään edessä, toimii se hyvin kolarivyöhykkeellä. Kyllä sen sijoittaminen sinne eteen on vain merkittävä turvaLISÄ !
Ei riski.

-Jukka

Näinhän se on.

Jos pitää valita törmäystilanteessa paikka sadan kilon morkulan edestä tai takaa, niin mielummin menen itse sen taakse. Ei huvita jäädä siihen väliin, jos akku onkin vaikka peräkontissa ja tempautuu takapenkin läpi irti rajussa törmäyksessä.

Tässä tuoretta kommenttia turvallisuuteen liittyen BYD:n johtajalta, eli asiat eivät tosiaan ole itsestäänselviä tänä päivänä vielä:

One of the biggest hurdles in commercializing electric vehicles and other heavily electrified vehicles such as plug-in hybrids is safety.

Mr. Wang said that if conventionally available lithium-ion batteries are subjected to high heat, they would explode in many cases. But the kind of new breed of lithium ion battery technology BYD has developed — one that uses iron phosphate as one of the main electrode materials – would likely to keep its batteries from succumbing to such a catastrophic event, he said.

"We need to make sure it's safe," he said. "Our batteries will not explode."