Batteriesicherheit: Umgang mit Brandrisiken in leichten Elektrofahrzeugen
Sicherheitsfragen – Was passiert bei Bränden von LEVs auf den Straßen?
Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion) sind aufgrund ihrer hohen Energiedichte und langen Lebensdauer zur wichtigsten Energiequelle für leichte Elektrofahrzeuge (LEV) geworden. Sie bergen jedoch inhärente Sicherheitsrisiken. Unzureichendes Design und schlechte Fertigungsqualität können diese Risiken verstärken und zu katastrophalen Folgen wie Bränden und Explosionen führen.
Thermisches Durchgehen in Lithium-Ionen-Batterien ist das größte Sicherheitsrisiko für LEVs. Dies tritt auf, wenn interne Reaktionen innerhalb der Batterie schneller Wärme erzeugen, als diese abgeführt werden kann, was zu einem sich selbst verstärkenden Temperaturanstieg und einem Dominoeffekt führt. Wenn die Bedingungen für thermisches Durchgehen nicht angemessen berücksichtigt und gemindert werden, kann es zu Überhitzung, Schmelzen und letztendlich zu einem Brand kommen.
Darüber hinaus können aufgrund von Herstellungsfehlern, Verunreinigungen der Elektroden oder physischen Beschädigungen Kurzschlüsse in Lithium-Ionen-Batterien auftreten. Diese Kurzschlüsse können eine schnelle Entladung der Energie auslösen, wodurch Wärme entsteht und ein ernsthaftes Sicherheitsrisiko entsteht.
Und schließlich können äußere Einflüsse wie Stürze, Stöße oder Quetschungen mechanische Schäden an Lithium-Ionen-Batterien verursachen. Ohne angemessenen Schutz können diese Vorfälle die Integrität der Batterien beeinträchtigen.
Obwohl es keine umfassenden nationalen oder internationalen Statistiken zur Häufigkeit von Bränden durch LEV gibt, ereignen sich regelmäßig Vorfälle, deren Häufigkeit aufgrund der weit verbreiteten Verfügbarkeit minderwertiger Produkte zunimmt. Die Feuerwehr von New York (FDNY) dokumentierte im Jahr 2023 mehr als 340 Brände, 124 Verletzte und 17 Todesfälle in der Stadt, die durch LEV verursacht wurden. Darüber hinaus hat die Consumer Product Safety Commission (CPSC) im Oktober 2023 einen Rückruf von etwa 22.000 LEV veranlasst, da die Gefahr bestand, dass sich deren Lithium-Ionen-Batterien entzünden, explodieren oder Funken sprühen könnten.
Sicherheitsstandards – Wie gewährleisten wir die Sicherheit von LEV?
Da die Verbreitung von LEVs weiter zunimmt, haben mehrere Sicherheitsorganisationen weltweit Protokolle und Zertifizierungen für Fahrzeuge und Batterien eingeführt. UL, eine renommierte globale Sicherheitsorganisation, hat eine Reihe strenger Sicherheitsprotokolle (UL 2271, UL 2272 und UL 2849) eingeführt, die speziell auf Mikromobilität und LEVs zugeschnitten sind. Diese umfassenden Sicherheitsstandards umfassen gründliche Konstruktionsprüfungen und eine Vielzahl von Tests, darunter Batterieleistung, elektrische Systeme, mechanische Integrität, Umweltbeständigkeit und in einigen Fällen auch Betriebsbewertungen[VR1] [RVP2] .
New York City hat aufgrund der Zunahme von Bränden im Zusammenhang mit Lithium-Ionen-Batterien der Sicherheit von LEVs und deren Batteriesystemen Priorität eingeräumt. Der Stadtrat hat kürzlich ein Gesetz verabschiedet, das eine UL-Zertifizierung für diese Produkte vorschreibt, mit dem Ziel, die Häufigkeit und Intensität von Unfallrisiken zu verringern und compliance modernster Sicherheitsprotokolle compliance gewährleisten.
LEV-Benutzer müssen sich von allen LEVs oder Batterien fernhalten, die keine UL-Zertifizierung haben, und sich an die neuen FDNY-Richtlinien halten, um mögliche Gefahren für die Gemeinschaft zu vermeiden.
New York hat die folgenden LEV-Sicherheitsstandards verabschiedet:
UL 2271 (gilt für Batterien von leichten Elektrofahrzeugen, LEVs, und Abdeckungen):
+ Elektrische Sicherheit: Der Akku darf während des Gebrauchs nicht kurzgeschlossen werden, überhitzen oder in Brand geraten.
+ Mechanische Sicherheit: Der Akku sollte mechanischen Belastungen wie Stößen und Vibrationen standhalten, ohne zu zerbrechen oder gefährliche Stoffe freizusetzen (
).
+ Umweltsicherheit: Der Akku darf keine gefährlichen Stoffe auslaufen oder ausstoßen und muss Feuchtigkeit und rauen Umgebungsbedingungen standhalten.
UL 2272 (gilt für elektrische Systeme von persönlichen E-Mobilitätsgeräten):
+ Elektrische Sicherheit: Das elektrische System des Geräts wird auf Stromschlag- und Brandgefahren geprüft. Dazu gehören Tests auf mögliche Überhitzung, Kurzschlüsse und Überladung. Wenn die Batterie die Anforderungen von UL2271 oder UL2580 erfüllt, kann sie von diesen Tests ausgenommen werden.
+ Mechanische Sicherheit: Das Gerät wird auf mechanische Beanspruchung, Stöße und Vibrationen getestet. Dadurch wird sichergestellt, dass das Gerät dem täglichen Gebrauch standhält, ohne zu brechen oder Fehlfunktionen zu zeigen. Darüber hinaus werden Motoren unter Überlast- und Blockierbedingungen getestet.
+ Umweltsicherheit: Das Gerät wurde auf seine Beständigkeit gegenüber Wasser, Staub und anderen Umwelteinflüssen getestet. Dadurch wird sichergestellt, dass das Gerät unter verschiedenen Wetterbedingungen sicher verwendet werden kann.
UL 2849 (gilt für elektrische Systeme für E-Bikes der Klassen 1, 2 und 3):
+ Elektrische Sicherheit: Das elektrische System des E-Bikes wird auf Überladung der Batterie und Kurzschlüsse geprüft. Die Motoren werden einem Blockiertest und einem Überlasttest unterzogen.
+ Mechanische Sicherheit: Die kritischen Komponenten werden Vibrations-, Stoß- und Schockprüfungen unterzogen, um zu überprüfen, ob sie mechanischen Belastungen standhalten und keine Gefahr für den Benutzer darstellen.
+ Umweltsicherheit: Die Gehäuse werden auf Eindringungsschutz und Formspannung für Polymergehäuse geprüft, um die Sicherheit unter verschiedenen Wetterbedingungen zu gewährleisten.
+ Operation: Der Motor und das Fahrrad werden auf Rückwärtstretmodus und Anfahrunterstützung getestet.
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Wir können Ihnen helfen bei:
· Batteriedesign und Sicherheitskonzept: PEM Motion setzt robuste Sicherheitskonzepte ein, um Ihr Lithium-Ionen-Batteriedesign zu optimieren. Die Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA) und gründliche Risikobewertungen sind wesentliche Bestandteile unserer Methodik. Durch diese systematischen Prozesse identifizieren wir potenzielle Fehlerquellen, bewerten die damit verbundenen Risiken und implementieren proaktive Maßnahmen zur Verbesserung der Sicherheit.
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Schlussfolgerung
Die Behandlung von Sicherheitsfragen im Zusammenhang mit LEV, insbesondere in Bezug auf Lithium-Ionen-Batterien, ist aufgrund der potenziellen Risiken von Überhitzung, Entzündung und Explosionen von entscheidender Bedeutung. Die zunehmende Häufigkeit von Bränden und damit verbundenen Todesfällen unterstreicht die Dringlichkeit angemessener Sicherheitsmaßnahmen.
Wenn Sie weitere Informationen wünschen, kontaktieren Sie uns bitte per E-Mail, damit wir Ihre Bewerbung besprechen können.
Vanesa Rueda, PhD
Teamleiter E/E und leitender Hardware-Ingenieur
Rodolfo Villalobos
Berater
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