Joe Holdsworth, założyciel i dyrektor generalny, Metis Engineering
Niedawne wycofanie z rynku ponad 320 000 pojazdów hybrydowych typu plug-in Jeep Wrangler 4xe i Grand Cherokee 4xe stanowi wyraźne przypomnienie, że bezpieczeństwo akumulatorów w pojazdach elektrycznych i hybrydowych pozostaje jednym z najpilniejszych wyzwań branży motoryzacyjnej. Sytuacja, w której właścicielom zaleca się parkowanie pojazdów na zewnątrz, z dala od budynków i całkowite zaprzestanie ich ładowania do czasu udostępnienia poprawki, podkreśla fundamentalną lukę w obecnych systemach bezpieczeństwa akumulatorów.
Problem koncentruje się na uszkodzeniu separatora w ogniwach baterii Samsung SDI, co może prowadzić do niekontrolowanego wzrostu temperatury i pożarów pojazdów. To, co sprawia, że to wycofanie jest szczególnie niepokojące, to fakt, że stanowi ono trzecią próbę rozwiązania tego samego problemu. Poprzednie rozwiązania oparte na oprogramowaniu zawiodły, a dziewięć pożarów miało miejsce w pojazdach, które otrzymały już wcześniejsze środki zaradcze. Ten postęp ujawnia krytyczną prawdę o bezpieczeństwie akumulatorów, którą wielu w branży niechętnie przyjmuje do wiadomości, ponieważ zanim konwencjonalne systemy zarządzania akumulatorami wykryją problem, może być już za późno, aby zapobiec katastrofalnej awarii.
Uszkodzenie separatora akumulatora nie jest prostą usterką. Separator jest cienką, porowatą membraną, która utrzymuje elektrody dodatnie i ujemne oddzielnie, jednocześnie umożliwiając przepływ jonów podczas ładowania i rozładowywania. Gdy separator ulegnie uszkodzeniu, czy to w wyniku wad produkcyjnych, naprężeń mechanicznych, czy degradacji w czasie, tworzy ścieżkę do bezpośredniego kontaktu między elektrodami. Zwarcie to generuje intensywne lokalne nagrzewanie, które może wywołać reakcję łańcuchową znaną jako niekontrolowany wzrost temperatury.
To, co sprawia, że ucieczka termiczna jest tak niebezpieczna, to jej szybkość i intensywność. Raz zainicjowany proces może rozprzestrzenić się z ogniwa na ogniwo w ciągu kilku minut, osiągając temperaturę ponad 800°C. Tradycyjne systemy zarządzania akumulatorami (BMS) monitorują przede wszystkim napięcie, prąd i temperaturę na poziomie akumulatora. Chociaż systemy te mogą wykrywać pewne anomalie, często mają trudności z identyfikacją subtelnych prekursorów, które występują na poziomie poszczególnych ogniw, zanim w pełni rozwinie się niekontrolowany wzrost temperatury.
19 zgłoszonych pożarów związanych z tym wycofaniem pokazuje, że konwencjonalne metody monitorowania są niewystarczające. Pojazdy te były wyposażone w standardowe systemy BMS, a mimo to doszło do pożarów. Niektóre pojazdy zapaliły się, gdy były zaparkowane i wyłączone, co wskazuje, że tryby awarii wykraczają poza scenariusze operacyjne, do monitorowania których zaprojektowano tradycyjne systemy.
Kluczem do zapobiegania pożarom akumulatorów jest nie tylko wykrywanie problemów, ale także wykrywanie ich wystarczająco wcześnie, aby podjąć działania zapobiegawcze. W tym miejscu obecne systemy BMS zawodzą. Zanim konwencjonalne czujniki zarejestrują nieprawidłową temperaturę, reakcje chemiczne prowadzące do niekontrolowanego wzrostu temperatury mogą być już nieodwracalne.
Właśnie dlatego opracowaliśmy Cell Guard czujnik bezpieczeństwa akumulatora. Zamiast monitorowania na poziomie pakietu, Cell Guard działa na poziomie pojedynczego ogniwa, wykrywając gazowanie, które występuje na najwcześniejszych etapach niekontrolowanego wzrostu temperatury. To odgazowywanie, które zawiera lotne związki organiczne, rozpoczyna się na długo przed tym, jak skoki temperatury stają się widoczne dla konwencjonalnych czujników.
W jaki sposób Cell Guard mógłby coś zmienić
Gdyby wycofane pojazdy Jeep były wyposażone w czujniki Cell Guard, właściciele otrzymaliby wczesne ostrzeżenie o odpowietrzeniu ogniwa akumulatora na długo przed wystąpieniem ryzyka pożaru. Zdolność czujnika do wykrywania emisji LZO na poziomie pojedynczego ogniwa oznacza, że może on zidentyfikować problemy z uszkodzeniem separatora, gdy tylko uszkodzone ogniwo zacznie wykazywać oznaki stresu.
W praktyce całkowicie zmieniłoby to scenariusz wycofania. Zamiast kazać właścicielom parkować na zewnątrz i unikać ładowania pojazdów w nieskończoność, system Cell Guard ostrzegałby ich o określonych ogniwach wykazujących wczesne sygnały ostrzegawcze. Dane te umożliwiłyby ukierunkowaną interwencję, potencjalnie pozwalając na wymianę poszczególnych modułów zamiast czekania na opracowanie kompletnego rozwiązania w zakresie akumulatorów.
Czujnik integruje się bezpośrednio z systemami magistrali CAN pojazdu, dostarczając dane w czasie rzeczywistym zarówno do komputera pokładowego pojazdu, jak i, w razie potrzeby, do systemów zarządzania flotą lub platform monitorowania producenta. Oznacza to, że pierwszą oznaką problemu nie będzie dym lub pożar, ale alarm diagnostyczny, który można rozwiązać w ramach rutynowej konserwacji.
Poza bezpieczeństwem poszczególnych pojazdów
Konsekwencje tego wycofania wykraczają daleko poza 320 000 dotkniętych nim pojazdów. Rodzi to fundamentalne pytania o to, w jaki sposób przemysł motoryzacyjny podchodzi do bezpieczeństwa akumulatorów na szybko rozwijającym się rynku pojazdów elektrycznych i hybrydowych typu plug-in. Ponieważ przewiduje się, że pojazdy elektryczne i hybrydy typu plug-in będą stanowić coraz większą część sprzedaży nowych pojazdów, obecne reaktywne podejście do bezpieczeństwa akumulatorów jest nie do utrzymania.
Same skutki finansowe są znaczące. Wycofanie produktu z rynku będzie kosztować Stellantis setki milionów bezpośrednich kosztów, nie wspominając o niezmierzonych szkodach dla reputacji marki i zaufania klientów. Firmy ubezpieczeniowe już teraz dokonują ponownej oceny składek za pojazdy elektryczne, a incydenty takie jak ten tylko przyspieszą ten trend. Dla właścicieli, którzy nie mogą korzystać ze swoich pojazdów zgodnie z przeznaczeniem, osobiste i ekonomiczne niedogodności są znaczące.
Co ważniejsze, te głośne kwestie bezpieczeństwa mogą podważyć zaufanie opinii publicznej do technologii pojazdów elektrycznych w kluczowym momencie dla odejścia branży od paliw kopalnych. Każdy pożar, każde wycofanie, każdy dramatyczny nagłówek wywołuje wahanie wśród potencjalnych nabywców pojazdów elektrycznych i zapewnia amunicję dla tych, którzy są odporni na przejście na elektryfikację.
Rola proaktywnego monitorowania
Branża potrzebuje przejścia od reaktywnego do proaktywnego monitorowania bezpieczeństwa akumulatorów. Cell Guard reprezentuje to nowe podejście. Dzięki ciągłemu monitorowaniu chemicznych oznak degradacji ogniw, system dostarcza producentom i operatorom dane umożliwiające podjęcie odpowiednich działań, zanim pojawi się jakiekolwiek zagrożenie dla bezpieczeństwa.
Ten proaktywny monitoring oferuje wiele korzyści. Producentom zapewnia rzeczywiste dane dotyczące wydajności, które mogą pomóc w ulepszeniu konstrukcji akumulatora i procesów kontroli jakości. Dla operatorów flot umożliwia planowanie konserwacji predykcyjnej, skracając czas przestojów i wydłużając żywotność baterii. Indywidualnym właścicielom pojazdów zapewnia spokój ducha, ponieważ ich inwestycja jest stale monitorowana pod kątem bezpieczeństwa.
Technologia ta odnosi się również do jednego z najtrudniejszych aspektów bezpieczeństwa baterii: nieprzewidywalności trybów awarii. W przeciwieństwie do komponentów mechanicznych, które ulegają awariom w stosunkowo przewidywalny sposób w oparciu o wzorce zużycia i użytkowania, ogniwa baterii mogą ulec awarii z powodu niewidocznych wad produkcyjnych, uszkodzeń transportowych lub subtelnej degradacji, która kumuluje się w czasie. Ciągły monitoring Cell Guard wychwytuje te problemy niezależnie od ich pochodzenia.
Integracja i modernizacja
Jednym z często otrzymywanych przez nas pytań jest to, czy Cell Guard można zamontować w istniejących pojazdach. Odpowiedź brzmi: tak, choć złożoność różni się w zależności od architektury pojazdu. W przypadku pojazdów w produkcji integracja jest prosta, ponieważ czujnik można włączyć do konstrukcji akumulatora i podłączyć do istniejącej infrastruktury magistrali CAN.
W przypadku istniejących flot modernizacja jest możliwa, ale wymaga dostępu do akumulatora. Biorąc pod uwagę powagę obecnego wycofania Jeepa, może to faktycznie stanowić odpowiedni moment. Jeśli środek zaradczy Stellantis wymaga fizycznej interwencji w pakiety akumulatorów, włączenie czujników Cell Guard podczas tego procesu zapewniłoby dodatkową warstwę bezpieczeństwa i pomogłoby przywrócić zaufanie klientów do tych modeli.
Branża motoryzacyjna znajduje się w punkcie zwrotnym. Przejście na mobilność elektryczną jest nieuniknione i konieczne, ale musi odbywać się w sposób bezpieczny. Awarie takie jak ta nie muszą stać się rutyną. Dzięki odpowiedniej technologii czujników wdrożonej we właściwym miejscu w systemie, możemy wykrywać i rozwiązywać problemy z akumulatorami, zanim staną się one zagrożeniem dla bezpieczeństwa.
Wezwanie do opracowania standardów branżowych
To wycofanie powinno skłonić do szerszej dyskusji na temat standardów bezpieczeństwa akumulatorów w pojazdach elektrycznych i hybrydowych. Obecnie przepisy koncentrują się głównie na testach zderzeniowych i podstawowych wymaganiach dotyczących systemu zarządzania akumulatorem. Nie ma wystarczającego nacisku na ciągłe monitorowanie stanu zdrowia i systemy wczesnego ostrzegania.
Metis Engineering opowiada się za przyjęciem w całej branży monitorowania poziomu ogniw jako standardowej funkcji bezpieczeństwa, a nie opcjonalnego dodatku. Podobnie jak kontrola stabilności i automatyczne hamowanie awaryjne stały się standardowym wyposażeniem bezpieczeństwa, ciągłe monitorowanie stanu akumulatora powinno być uważane za niezbędne dla każdego pojazdu z systemem akumulatorów wysokiego napięcia.
Technologia istnieje. Uzasadnienie biznesowe jest jasne, gdy weźmie się pod uwagę koszty wycofania produktu z rynku, implikacje ubezpieczeniowe i ryzyko utraty reputacji. Teraz potrzebne jest przywództwo w branży, aby monitorowanie bezpieczeństwa akumulatorów stało się priorytetem przed kolejnym wycofaniem, a nie reakcją na nie.
Patrząc w przyszłość
Dla właścicieli pojazdów Jeep, których dotyczy problem, natychmiastowym priorytetem jest przestrzeganie wskazówek bezpieczeństwa Stellantis: parkowanie na zewnątrz, unikanie ładowania i czekanie, aż środek zaradczy stanie się dostępny. Dla szerszej branży motoryzacyjnej to wycofanie powinno służyć jako katalizator do ponownej oceny naszego podejścia do bezpieczeństwa akumulatorów.
W Metis Engineering pozostajemy zaangażowani w rozwój technologii bezpieczeństwa akumulatorów i współpracę z producentami, operatorami flot i organami regulacyjnymi w celu ustanowienia nowych standardów wczesnego wykrywania i zapobiegania niekontrolowanemu wzrostowi temperatury. Czujnik Cell Guard stanowi jedną z części tego rozwiązania, ale szersze wyzwanie wymaga współpracy w całej branży i wspólnego zaangażowania w stawianie bezpieczeństwa na pierwszym miejscu.
Przejście na mobilność elektryczną jest zbyt ważne, by wykoleiły je możliwe do uniknięcia incydenty związane z bezpieczeństwem. Dzięki odpowiednim systemom monitorowania możemy zapewnić, że pojazdy elektryczne i hybrydowe są nie tylko czystsze niż ich poprzednicy napędzani paliwami kopalnymi, ale także bezpieczniejsze.
320 000 właścicieli Jeepów oczekujących na naprawę zasługuje na coś lepszego niż nakaz parkowania na zewnątrz i nadzieję, że ich pojazd się nie zapali. Zasługują na pojazdy wyposażone w technologię, która wykryłaby ten problem kilka miesięcy temu, zanim stałby się nagłówkiem. To jest przyszłość, nad której budową pracujemy, jeden czujnik na raz.
