Door Joe Holdsworth, Oprichter en CEO, Metis Engineering
De recente terugroeping van meer dan 320.000 Jeep Wrangler 4xe en Grand Cherokee 4xe plug-in hybride voertuigen herinnert ons er duidelijk aan dat de veiligheid van de accu's van elektrische en hybride voertuigen nog steeds een van de grootste uitdagingen is voor de auto-industrie. Eigenaren wordt geadviseerd om hun voertuigen buiten en uit de buurt van gebouwen te parkeren en om te stoppen met opladen totdat er een oplossing beschikbaar is.
Het probleem concentreert zich op schade aan de separator in de Samsung SDI batterijcellen, wat kan leiden tot thermische runaway en voertuigbranden. Wat deze terugroepactie extra zorgwekkend maakt, is dat dit de derde poging is om hetzelfde probleem aan te pakken. Eerdere softwarematige oplossingen hebben gefaald, waarbij negen branden plaatsvonden in auto's die de eerdere oplossing al hadden gekregen. Deze progressie onthult een kritieke waarheid over batterijveiligheid die velen in de industrie niet graag erkennen. Tegen de tijd dat conventionele batterijmanagementsystemen een probleem detecteren, kan het al te laat zijn om een catastrofaal defect te voorkomen.
Beschadiging van de batterijseparator is geen eenvoudige foutmodus. De separator is een dun, poreus membraan dat de positieve en negatieve elektroden uit elkaar houdt en tegelijkertijd ionen doorlaat tijdens het laden en ontladen. Wanneer deze separator beschadigd raakt, door fabricagefouten, mechanische spanning of degradatie na verloop van tijd, ontstaat er een pad voor direct contact tussen de elektroden. Deze kortsluiting genereert een intense plaatselijke verwarming die een kettingreactie kan veroorzaken die bekend staat als thermische runaway.
Wat thermische runaway zo gevaarlijk maakt, is de snelheid en intensiteit ervan. Als het proces eenmaal in gang is gezet, kan het zich binnen enkele minuten van cel tot cel verspreiden, waarbij de temperatuur kan oplopen tot meer dan 800°C. Traditionele Battery Management Systems (BMS) controleren voornamelijk spanning, stroom en temperatuur op packniveau. Hoewel deze systemen enkele afwijkingen kunnen detecteren, hebben ze vaak moeite om de subtiele voorlopers te identificeren die optreden op het niveau van de individuele cel voordat de thermische runaway zich volledig ontwikkelt.
De 19 gerapporteerde branden in verband met deze terugroepactie tonen aan dat conventionele bewakingsmethoden ontoereikend zijn. Deze voertuigen waren uitgerust met standaard BMS-systemen, maar toch ontstonden er branden. Sommige voertuigen vlogen in brand terwijl ze geparkeerd en uitgeschakeld waren, wat erop wijst dat de storingen verder gaan dan de operationele scenario's waarvoor traditionele systemen ontworpen zijn om ze te bewaken.
De sleutel tot het voorkomen van accubranden is niet alleen het detecteren van problemen, maar het vroeg genoeg detecteren om preventieve actie te ondernemen. Dit is waar de huidige BMS-systemen tekortschieten. Tegen de tijd dat conventionele sensoren abnormale temperaturen registreren, kunnen de chemische reacties die leiden tot thermische runaway al onomkeerbaar zijn.
Dit is precies waarom we de Celbewaking veiligheidssensor voor batterijen. In plaats van het pack te bewaken, werkt Cell Guard op het niveau van de afzonderlijke cellen en detecteert de uitgassing die optreedt tijdens de allereerste stadia van thermische runaway. Deze uitgassing, die vluchtige organische verbindingen bevat, begint lang voordat temperatuurpieken zichtbaar worden voor conventionele sensoren.
Hoe Cell Guard een verschil zou hebben gemaakt
Als de teruggeroepen Jeep-auto's waren uitgerust met Cell Guard-sensoren, zouden eigenaren vroegtijdig zijn gewaarschuwd voor het ontluchten van de accucellen, lang voordat er brandgevaar zou zijn ontstaan. Het vermogen van de sensor om VOC-emissies op celniveau te detecteren, betekent dat het problemen met schade aan de separator kan identificeren zodra de aangetaste cel tekenen van stress begint te vertonen.
Praktisch gezien zou dit het terugroepscenario volledig hebben veranderd. In plaats van eigenaren te vertellen dat ze buiten moeten parkeren en hun auto's niet voor onbepaalde tijd moeten opladen, zou het Cell Guard systeem hen hebben gewaarschuwd voor specifieke cellen die vroegtijdige waarschuwingssignalen vertonen. Deze gegevens zouden een gerichte interventie mogelijk maken, waardoor het mogelijk zou zijn om individuele modules te vervangen in plaats van te wachten op de ontwikkeling van een compleet accupakket.
De sensor integreert rechtstreeks in de CAN-bussystemen van het voertuig en levert real-time gegevens aan zowel de boordcomputer van het voertuig als, indien nodig, aan vlootbeheersystemen of bewakingsplatforms van de fabrikant. Dit betekent dat de eerste indicatie van een probleem geen rook of brand is, maar een diagnostische waarschuwing die via routineonderhoud kan worden aangepakt.
Meer dan individuele voertuigveiligheid
De gevolgen van deze terugroepactie reiken veel verder dan de 320.000 getroffen voertuigen. Het roept fundamentele vragen op over de manier waarop de auto-industrie batterijveiligheid benadert in de snel groeiende elektrische en plug-in hybride markt. Nu verwacht wordt dat EV's en plug-in hybrides een steeds groter deel van de verkoop van nieuwe auto's zullen uitmaken, is de huidige reactieve benadering van batterijveiligheid onhoudbaar.
De financiële gevolgen alleen al zijn aanzienlijk. Deze terugroepactie zal Stellantis honderden miljoenen kosten aan directe kosten, om nog maar te zwijgen van de onmetelijke schade aan de merkreputatie en het vertrouwen van de klant. Verzekeringsmaatschappijen zijn hun premies voor elektrische voertuigen al aan het herzien en incidenten zoals deze zullen die trend alleen maar versnellen. Voor eigenaars die hun voertuigen niet kunnen gebruiken zoals bedoeld, is het persoonlijke en economische ongemak aanzienlijk.
Wat nog belangrijker is, is dat deze geruchtmakende veiligheidsproblemen het vertrouwen van het publiek in elektrische voertuigtechnologie dreigen te ondermijnen op een cruciaal moment voor de overgang van de industrie van fossiele brandstoffen. Elke brand, elke terugroepactie, elke dramatische krantenkop zorgt voor aarzeling bij potentiële kopers van EV's en biedt munitie voor degenen die zich verzetten tegen de overgang naar elektrificatie.
De rol van proactieve bewaking
Wat de sector nodig heeft, is een verschuiving van reactieve naar proactieve bewaking van de veiligheid van batterijen. Cell Guard vertegenwoordigt deze nieuwe benadering. Door continu de chemische kenmerken van celdegradatie te monitoren, voorziet het systeem fabrikanten en operators van bruikbare gegevens voordat er een veiligheidsrisico ontstaat.
Deze proactieve bewaking biedt meerdere voordelen. Voor fabrikanten levert het real-world prestatiegegevens op die kunnen worden gebruikt voor verbeteringen in het batterijontwerp en kwaliteitscontroleprocessen. Voor wagenparkbeheerders maakt het voorspellende onderhoudsschema's mogelijk, waardoor de uitvaltijd wordt verminderd en de levensduur van de batterij wordt verlengd. Voor individuele voertuigeigenaren biedt het gemoedsrust dat hun investering continu wordt bewaakt op veiligheid.
De technologie pakt ook een van de meest uitdagende aspecten van batterijveiligheid aan: de onvoorspelbaarheid van defecten. In tegenstelling tot mechanische onderdelen die op een relatief voorspelbare manier defect raken door slijtage en gebruikspatronen, kunnen batterijcellen defect raken door onzichtbare fabricagefouten, transportschade of subtiele degradatie die zich in de loop der tijd opstapelt. De voortdurende bewaking van Cell Guard vangt deze problemen op, ongeacht hun oorsprong.
Integratie en aanpassing
Een van de vragen die we vaak krijgen is of Cell Guard achteraf kan worden ingebouwd in bestaande voertuigen. Het antwoord is ja, hoewel de complexiteit varieert afhankelijk van de voertuigarchitectuur. Voor voertuigen in productie is de integratie eenvoudig, omdat de sensor kan worden opgenomen in het ontwerp van het batterijpakket en kan worden aangesloten op de bestaande CAN-businfrastructuur.
Voor bestaande wagenparken is retrofitting mogelijk, maar daarvoor is toegang tot het accupakket nodig. Gezien de ernst van de huidige terugroepactie van Jeep zou dit wel eens een goed moment kunnen zijn. Als de oplossing van Stellantis een fysieke ingreep in de batterijpakketten vereist, zou de integratie van Cell Guard-sensoren tijdens dat proces een extra veiligheidslaag bieden en het vertrouwen van de klant in deze modellen helpen herstellen.
De auto-industrie staat op een keerpunt. De overgang naar elektrische mobiliteit is onvermijdelijk en noodzakelijk, maar moet wel veilig gebeuren. Terugroepacties zoals deze hoeven geen routine te worden. Met de juiste detectietechnologie op de juiste plaats in het systeem kunnen we batterijproblemen opsporen en aanpakken voordat ze een gevaar voor de veiligheid worden.
Een oproep voor industriestandaarden
Deze terugroepactie zou moeten leiden tot een breder gesprek over veiligheidsnormen voor batterijen in elektrische en hybride voertuigen. Momenteel zijn de voorschriften vooral gericht op crashtests en basisvereisten voor batterijbeheersystemen. Er wordt onvoldoende nadruk gelegd op continue gezondheidsmonitoring en systemen voor vroegtijdige waarschuwing.
Metis Engineering heeft ervoor gepleit dat bewaking van het celniveau in de hele industrie wordt gezien als een standaard veiligheidsvoorziening, niet als een optionele extra. Net zoals stabiliteitscontrole en automatisch remmen in noodsituaties standaard veiligheidsvoorzieningen zijn geworden, zou continue bewaking van de gezondheid van de batterij als essentieel moeten worden beschouwd voor elk voertuig met een hoogspanningsbatterijsysteem.
De technologie bestaat. De business case is duidelijk als je rekening houdt met terugroepkosten, verzekeringsimplicaties en reputatierisico. Wat nu nodig is, is leiderschap in de branche om van het monitoren van de veiligheid van batterijen een prioriteit te maken vóór de volgende terugroepactie, in plaats van een reactie daarop.
Vooruitblik
Voor de eigenaars van de getroffen Jeep-voertuigen is de onmiddellijke prioriteit om de veiligheidsinstructies van Stellantis op te volgen: parkeer buiten, vermijd opladen en wacht tot de remedie beschikbaar is. Voor de auto-industrie in het algemeen zou deze terugroepactie als katalysator moeten dienen om opnieuw te bekijken hoe we batterijveiligheid benaderen.
Bij Metis Engineering blijven we ons inzetten voor de ontwikkeling van batterijveiligheidstechnologie en werken we samen met fabrikanten, wagenparkbeheerders en regelgevende instanties om nieuwe normen op te stellen voor vroegtijdige detectie en preventie van thermal runaway. De Cell Guard-sensor vertegenwoordigt een deel van deze oplossing, maar de bredere uitdaging vereist samenwerking binnen de hele industrie en een gedeelde toewijding om veiligheid voorop te stellen.
De overgang naar elektrische mobiliteit is te belangrijk om ontspoord te worden door vermijdbare veiligheidsincidenten. Met de juiste controlesystemen kunnen we ervoor zorgen dat elektrische en hybride voertuigen niet alleen schoner zijn dan hun voorgangers op fossiele brandstoffen, maar ook veiliger.
De 320.000 Jeep-eigenaren die op een oplossing wachten, verdienen beter dan te horen krijgen dat ze buiten moeten parkeren en hopen dat hun voertuig niet in brand vliegt. Ze verdienen voertuigen die zijn uitgerust met technologie die dit probleem maanden geleden al zou hebben ontdekt, voordat het de krantenkoppen haalde. Dat is de toekomst die we aan het bouwen zijn, één sensor per keer.
