Von Joe Holdsworth, Gründer und CEO, Metis Engineering
Der jüngste Rückruf von mehr als 320.000 Jeep Wrangler 4xe und Grand Cherokee 4xe Plug-in-Hybridfahrzeugen macht deutlich, dass die Sicherheit der Batterien von Elektro- und Hybridfahrzeugen nach wie vor eine der größten Herausforderungen für die Automobilindustrie darstellt. Den Besitzern wird geraten, ihre Fahrzeuge im Freien und außerhalb von Gebäuden zu parken und sie nicht mehr aufzuladen, bis eine Lösung gefunden ist.
Das Problem liegt in der Beschädigung des Separators in den Samsung SDI-Batteriezellen, die zu thermischem Durchgehen und Fahrzeugbränden führen kann. Besonders besorgniserregend an dieser Rückrufaktion ist, dass es sich um den dritten Versuch handelt, dasselbe Problem zu beheben. Frühere softwarebasierte Lösungen sind gescheitert, wobei neun Brände in Fahrzeugen auftraten, die bereits mit der früheren Lösung behandelt worden waren. Diese Entwicklung offenbart eine kritische Wahrheit über die Batteriesicherheit, die viele in der Branche nur ungern wahrhaben wollen. Wenn herkömmliche Batteriemanagementsysteme ein Problem erkennen, kann es bereits zu spät sein, um einen katastrophalen Ausfall zu verhindern.
Die Beschädigung des Batterieseparators ist keine einfache Fehlerart. Der Separator ist eine dünne, poröse Membran, die die positiven und negativen Elektroden voneinander trennt und gleichzeitig den Durchgang von Ionen während des Ladens und Entladens ermöglicht. Wenn dieser Separator beschädigt wird, sei es durch Herstellungsfehler, mechanische Beanspruchung oder Degradation im Laufe der Zeit, entsteht ein Weg für einen direkten Kontakt zwischen den Elektroden. Dieser Kurzschluss erzeugt eine starke örtliche Erwärmung, die eine Kettenreaktion auslösen kann, die als thermisches Durchgehen bekannt ist.
Was das thermische Durchgehen so gefährlich macht, ist seine Geschwindigkeit und Intensität. Einmal in Gang gesetzt, kann sich der Prozess innerhalb von Minuten von Zelle zu Zelle ausbreiten, wobei Temperaturen von über 800 °C erreicht werden können. Herkömmliche Batteriemanagementsysteme (BMS) überwachen in erster Linie Spannung, Strom und Temperatur auf der Ebene des Akkus. Diese Systeme können zwar einige Anomalien erkennen, haben aber oft Schwierigkeiten, die subtilen Vorläufer zu identifizieren, die auf der Ebene der einzelnen Zelle auftreten, bevor es zum thermischen Durchgehen kommt.
Die 19 gemeldeten Brände im Zusammenhang mit diesem Rückruf zeigen, dass herkömmliche Überwachungskonzepte unzureichend sind. Diese Fahrzeuge waren mit Standard-BMS ausgestattet, und dennoch kam es zu Bränden. Einige Fahrzeuge fingen Feuer, während sie geparkt und ausgeschaltet waren. Dies zeigt, dass die Fehlermöglichkeiten über die Betriebsszenarien hinausgehen, für die herkömmliche Systeme ausgelegt sind.
Der Schlüssel zur Verhinderung von Batteriebränden liegt nicht nur in der Erkennung von Problemen, sondern auch darin, sie früh genug zu erkennen, um vorbeugende Maßnahmen zu ergreifen. Dies ist der Punkt, an dem die derzeitigen BMS-Systeme versagen. Wenn herkömmliche Sensoren abnormale Temperaturen registrieren, können die chemischen Reaktionen, die zum thermischen Durchgehen führen, bereits irreversibel sein.
Genau aus diesem Grund haben wir das Cell Guard Batterie-Sicherheitssensor. Anstatt auf Packungsebene zu überwachen, arbeitet Cell Guard auf der Ebene der einzelnen Zelle und erkennt die Ausgasung, die in den allerersten Stadien des thermischen Durchgehens auftritt. Diese Ausgasung, die flüchtige organische Verbindungen enthält, beginnt lange bevor Temperaturspitzen für herkömmliche Sensoren sichtbar werden.
Wie Cell Guard einen Unterschied gemacht hätte
Wären die zurückgerufenen Jeep-Fahrzeuge mit Cell Guard-Sensoren ausgestattet gewesen, hätten die Besitzer eine frühzeitige Warnung über die Entlüftung der Batteriezellen erhalten, lange bevor eine Brandgefahr bestand. Die Fähigkeit des Sensors, VOC-Emissionen auf der Ebene der einzelnen Zelle zu erkennen, bedeutet, dass er Probleme mit Separatorschäden identifizieren kann, sobald die beeinträchtigte Zelle Anzeichen von Stress zeigt.
In der Praxis hätte dies das Rückrufszenario völlig verändert. Anstatt die Besitzer aufzufordern, ihre Fahrzeuge draußen zu parken und nicht auf unbestimmte Zeit aufzuladen, hätte das Cell-Guard-System sie auf bestimmte Zellen aufmerksam gemacht, die Frühwarnzeichen aufweisen. Diese Daten würden ein gezieltes Eingreifen ermöglichen, so dass möglicherweise einzelne Module ausgetauscht werden könnten, anstatt auf die Entwicklung einer kompletten Batteriesatzlösung zu warten.
Der Sensor wird direkt in das CAN-Bus-System des Fahrzeugs integriert und liefert Echtzeitdaten sowohl an den Bordcomputer des Fahrzeugs als auch, falls erforderlich, an Flottenmanagementsysteme oder Überwachungsplattformen des Herstellers. Das bedeutet, dass der erste Hinweis auf ein Problem nicht Rauch oder Feuer ist, sondern eine Diagnosemeldung, die im Rahmen der Routinewartung behoben werden kann.
Über die Sicherheit einzelner Fahrzeuge hinaus
Die Auswirkungen dieses Rückrufs gehen weit über die 320.000 betroffenen Fahrzeuge hinaus. Er wirft grundlegende Fragen darüber auf, wie die Automobilindustrie die Batteriesicherheit auf dem schnell wachsenden Markt für Elektro- und Plug-in-Hybridfahrzeuge angeht. Es wird prognostiziert, dass Elektro- und Plug-in-Hybridfahrzeuge einen immer größeren Anteil an den Verkäufen von Neufahrzeugen ausmachen werden, weshalb der derzeitige reaktive Ansatz in Bezug auf die Batteriesicherheit unhaltbar ist.
Allein die finanziellen Auswirkungen sind erheblich. Dieser Rückruf wird Stellantis Hunderte von Millionen an direkten Kosten kosten, ganz zu schweigen von dem unermesslichen Schaden für den Ruf der Marke und das Vertrauen der Kunden. Die Versicherungsgesellschaften sind bereits dabei, die Prämien für Elektrofahrzeuge neu zu bewerten, und Vorfälle wie dieser werden diesen Trend nur noch beschleunigen. Für die Besitzer, die ihre Fahrzeuge nicht wie vorgesehen nutzen können, sind die persönlichen und wirtschaftlichen Unannehmlichkeiten erheblich.
Noch kritischer ist, dass diese öffentlichkeitswirksamen Sicherheitsprobleme das Vertrauen der Öffentlichkeit in die Elektrofahrzeugtechnologie zu einem entscheidenden Zeitpunkt für die Abkehr der Industrie von fossilen Brennstoffen untergraben könnten. Jeder Brand, jede Rückrufaktion, jede dramatische Schlagzeile lässt potenzielle Käufer von Elektrofahrzeugen zögern und liefert denjenigen Munition, die sich gegen den Übergang zur Elektrifizierung wehren.
Die Rolle der proaktiven Überwachung
Was die Industrie braucht, ist eine Verlagerung von der reaktiven zur proaktiven Überwachung der Batteriesicherheit. Cell Guard steht für diesen neuen Ansatz. Durch die kontinuierliche Überwachung der chemischen Signaturen der Zelldegradation liefert das System Herstellern und Betreibern verwertbare Daten, bevor ein Sicherheitsrisiko auftritt.
Diese proaktive Überwachung bietet mehrere Vorteile. Für die Hersteller liefert sie reale Leistungsdaten, die zur Verbesserung des Batteriedesigns und der Qualitätskontrollprozesse beitragen können. Für Flottenbetreiber ermöglicht sie eine vorausschauende Wartungsplanung, die Ausfallzeiten reduziert und die Lebensdauer der Batterien verlängert. Für den einzelnen Fahrzeugbesitzer bietet es die Gewissheit, dass seine Investition kontinuierlich auf Sicherheit überwacht wird.
Die Technologie befasst sich auch mit einem der schwierigsten Aspekte der Batteriesicherheit: der Unvorhersehbarkeit der Ausfallarten. Im Gegensatz zu mechanischen Komponenten, die aufgrund von Verschleiß und Nutzungsmustern auf relativ vorhersehbare Weise ausfallen, können Batteriezellen aufgrund von unsichtbaren Herstellungsfehlern, Transportschäden oder subtiler Degradation, die sich im Laufe der Zeit ansammelt, ausfallen. Durch die kontinuierliche Überwachung von Cell Guard werden diese Probleme unabhängig von ihrer Ursache erkannt.
Integration und Nachrüstung
Eine der Fragen, die wir häufig erhalten, ist, ob Cell Guard in bestehenden Fahrzeugen nachgerüstet werden kann. Die Antwort lautet ja, obwohl die Komplexität je nach Fahrzeugarchitektur variiert. Bei Serienfahrzeugen ist die Integration einfach, da der Sensor in das Design des Batteriepacks integriert und an die bestehende CAN-Bus-Infrastruktur angeschlossen werden kann.
Bei bestehenden Flotten ist eine Nachrüstung möglich, erfordert aber den Zugang zum Batteriepaket. Angesichts der Schwere des aktuellen Jeep-Rückrufs könnte dies tatsächlich ein günstiger Zeitpunkt sein. Wenn die Abhilfemaßnahmen von Stellantis einen physischen Eingriff in die Batteriepacks erfordern, würde der Einbau von Cell Guard-Sensoren während dieses Prozesses eine zusätzliche Sicherheitsebene bieten und dazu beitragen, das Vertrauen der Kunden in diese Modelle wiederherzustellen.
Die Automobilindustrie steht an einem Wendepunkt. Der Übergang zur Elektromobilität ist unvermeidlich und notwendig, aber er muss sicher vollzogen werden. Rückrufe wie dieser müssen nicht zur Routine werden. Mit der richtigen Sensortechnologie, die an der richtigen Stelle im System eingesetzt wird, können wir Batterieprobleme erkennen und beheben, bevor sie zu einem Sicherheitsrisiko werden.
Ein Aufruf zu Industrienormen
Dieser Rückruf sollte eine breitere Diskussion über Batteriesicherheitsstandards für Elektro- und Hybridfahrzeuge auslösen. Derzeit konzentrieren sich die Vorschriften vor allem auf Crashtests und grundlegende Anforderungen an das Batteriemanagementsystem. Die kontinuierliche Überwachung des Zustands und Frühwarnsysteme werden nicht ausreichend berücksichtigt.
Metis Engineering setzt sich dafür ein, dass die Überwachung des Batteriezustands in der gesamten Branche als Standard-Sicherheitsmerkmal und nicht als optionales Extra eingeführt wird. So wie die Stabilitätskontrolle und die automatische Notbremsung zur Standard-Sicherheitsausrüstung geworden sind, sollte die kontinuierliche Überwachung des Batteriezustands für jedes Fahrzeug mit einem Hochspannungsbatteriesystem als unverzichtbar angesehen werden.
Die Technologie ist vorhanden. Der Business Case ist klar, wenn man die Rückrufkosten, die Auswirkungen auf die Versicherung und das Reputationsrisiko berücksichtigt. Was wir jetzt brauchen, ist die Führung der Branche, um die Überwachung der Batteriesicherheit zu einer Priorität zu machen, bevor der nächste Rückruf kommt, und nicht nur als Reaktion darauf.
Blick nach vorn
Für die Besitzer der betroffenen Jeep-Fahrzeuge besteht die unmittelbare Priorität darin, die Sicherheitshinweise von Stellantis zu befolgen: im Freien parken, nicht aufladen und abwarten, bis die Abhilfe verfügbar ist. Für die gesamte Automobilindustrie sollte dieser Rückruf als Katalysator dienen, um die Sicherheit von Batterien neu zu bewerten.
Metis Engineering setzt sich weiterhin für die Weiterentwicklung der Batteriesicherheitstechnologie ein und arbeitet mit Herstellern, Flottenbetreibern und Aufsichtsbehörden zusammen, um neue Standards für die frühzeitige Erkennung und Vorbeugung von thermischem Durchgehen zu schaffen. Der Cell Guard-Sensor stellt einen Teil dieser Lösung dar, aber die umfassendere Herausforderung erfordert eine branchenweite Zusammenarbeit und eine gemeinsame Verpflichtung, die Sicherheit an erste Stelle zu setzen.
Der Übergang zur Elektromobilität ist zu wichtig, als dass er durch vermeidbare Sicherheitsvorfälle zum Scheitern gebracht werden darf. Mit den richtigen Überwachungssystemen können wir sicherstellen, dass Elektro- und Hybridfahrzeuge nicht nur sauberer als ihre Vorgänger mit fossilen Brennstoffen sind, sondern auch sicherer.
Die 320.000 Jeep-Besitzer, die auf eine Reparatur warten, haben etwas Besseres verdient, als dass man ihnen sagt, sie sollen draußen parken und hoffen, dass ihr Fahrzeug nicht Feuer fängt. Sie haben Fahrzeuge verdient, die mit einer Technologie ausgestattet sind, die dieses Problem schon vor Monaten erkannt hätte, bevor es zu einer Schlagzeile wurde. Das ist die Zukunft, an der wir arbeiten, ein Sensor nach dem anderen.
