Zabezpieczenia przeciwpożarowe na poziomie baterii
Przyczyną pożaru ogniwa litowo-jonowego jest zwiększenie temperatury ogniwa lub drastyczne przeładowanie ogniwa, które prowadzi do dekompozycji jego elementów składowych określanej jako efekt „thermal runaway”. Proces ten jest silnie egzotermiczny i samopodtrzymujący się. Ogniwo ulega rozszczelnieniu i wydobywa się mieszanina palnych gazów, która może ulec zapłonowi. Powodem pożaru w przypadku pojazdów elektrycznych może być kolizja lub wypadek, podczas którego może dojść do mechanicznego uszkodzenia systemu bateryjnego.
W większości przypadków do pożaru dochodzi na skutek zwarcia, co ma miejsce wówczas, gdy anoda z katodą się spotkają. Dużą rolę w przypadkach zapłonu baterii ma także czynnik wysokiej temperatury i przegrzewania się ogniw w wyniku np. pożaru rozlanego paliwa czy przegrzania z powodu nieprawidłowego ładowania lub przeładowania. Dochodzi do gwałtownego zwiększania się temperatury i stopienia separatora pomiędzy elektrodami, co powoduje dalsze nagrzewanie się baterii. Utratę kontroli nad zwiększaniem się temperatury układu powoduje efekt tzw. niestabilności termicznej (wspomniany już thermal runaway), który stoi za problemem reakcji łańcuchowej, groźnej zwłaszcza w bateriach składających się z wielu ogniw, ponieważ inicjuje reakcję w kolejnych, często nieuszkodzonych, ogniwach. Podczas wzrostu temperatury katoda emituje tlen, wchodzący w reakcję z organicznym elektrolitem, co prowadzi w końcu do zapłonu lub wybuchu baterii.
Wśród innych niż mechaniczne przyczyn pożarów baterii li-ion można wymienić również błędy projektowe. Dotyczy to nie tylko autobusów czy samochodów osobowych. Błędy projektowe stały m.in. za problemem, który skutkował wycofaniem z rynku 2,5 miliona urządzeń Galaxy Note 7. Producent baterii nie zapewnił wystarczająco dużo przestrzeni oddzielającej elektrody, dlatego też do wybuchu dochodziło podczas ładowania smartfona, gdy elektrody rozszerzały się nieznacznie, powodując zwarcie. Kolejną przyczyną może być przeładowanie baterii wynikające np. ze złej jakości ładowarki. Większość producentów używa mechanizmów zapobiegających takiemu przypadkowi, więc niska jakość akumulatora i ładowarki może być ryzykowana raczej dla użytkowników smartfonów niż pojazdów. Zagrożeniem może stać się również zewnętrzne źródło wysokiej temperatury.
Ryzyko zapłonu akumulatora można ograniczyć stosując działania prewencyjne. Prawidłowa eksploatacja baterii trakcyjnych, czyli taka, która nie powoduje ich przeładowania i przegrzania, w zasadzie w 100% eliminuje ryzyko samoistnego pożaru. Odpowiada za to system zarzadzania bateriami BMS. Zastosowanie układów first i second protection w BMS automatycznie odcina zasilanie w razie zagrożenia. Ponadto, po stronie producenta leży stosowanie w konstrukcji pakietów materiałów niepalnych oraz zastosowanie właściwej separacji ogniw uniemożliwiających kaskadowe rozprzestrzenienie się ognia. Konstrukcja mechaniczna pakietów powinna również ograniczać rozprzestrzenianie się ciepła jako czynnika ryzyka. Podsumowując, przy prawidłowym użytkowaniu systemów bateryjnych i stosowaniu się do zaleceń producenta, pożary wywołane przez ogniwa li-ion zdarzają się niezwykle rzadko.
