Miért gyullad ki a villanyautó?

Sajnos elég sokszor látni az út mentén lángoló benzines vagy dízel autót. A tűz az esetek jelentős részében az utastérben keletkezik például egy eldobott csikk, vagy lehulló parázs miatt, de oka lehet valamilyen elektronikai hiba, esetleg egy korábbi hanyag szerelés, vagy motorprobléma is. A lángokat többnyire a kifolyó üzemanyag táplálja. Azonban a villanyautók is nagy lánggal tudnak égni, pedig nincs bennük kőolajszármazék.

Ritkábban gyulladnak ki

A Guardian egy tavalyi cikke szerint a svéd védelmi minisztériumhoz tartozó Polgári Készenléti Ügynökség (Swedish Civil Contingencies Agency) megállapította, hogy 2022-ben 100 ezer elektromos hajtású ill. hibrid autóra mindössze 3,8 tűzeset jutott. Ugyanakkor az összes hajtási módot beszámítva 68 volt a tűzesetek száma, vagyis a villanyautók kigyulladásának kockázata elenyésző a többi autóéhoz képest. Ezt a megállapítást támasztotta alá az ausztrál védelmi tárca által támogatott EV FireSafe globális kutatása is, amely szerint 2010 és 2020 közt 0,0012% eséllyel gyulladtak ki a villanyautók. A hagyományos üzemanyaggal működő járművek esetében ez a kockázat 0,1% volt, ami két nagyságrendnyi különbséget jelent!

Ha mégis: az akkumulátor a bűnös

A baj akkor kezdődik, amikor a lítiumos, tehát a mostani villanyautók többségében található áramforrás működésekor lezajló kémiai folyamatok ellenőrizetlenné válnak. A hajtóenergiát biztosító akkumulátort jellemzően a villanyautók padlójába építik és a lítium fokozott gyúlékonysága miatt komoly külső szigeteléssel is ellátják. Ez indokolt óvintézkedés, mert a lítium levegővel érintkezve is lángra kaphat, de ez történhet az akkumulátor túlterhelése, túltöltése vagy túlmerítése következtében is.

A dendritképződés az egyik leggyakoribb oka a meghibásodásnak. Ez leginkább akkor következik be, ha egy alacsony hőmérsékletű akkumulátort nagy áramerősséggel töltik. Ekkor az anódon lévő ionok reakcióba lépnek, és fémes lítiumot hoznak létre, ami lerakódik az anód grafitrészecskéinek felületén, és itt már nem tud teljesen lebomlani. A helyzet akkor válik kritikussá, amikor a fém lítiumnak apró ágai képződnek, és ezek a dendritek átüthetik az anód és a katód közötti elválasztófóliát. Ekkor rövidzár léphet fel, ami tüzet okozhat, ahogy az is, ha az akkumulátorban keletkező gázok nyomása feszíti szét a védőburkolatot és levegőt kap a belső rész. A napjainkban népszerűvé váló szilárdtest akkumulátorok esetében ez a veszély kisebb.

Amikor egy villanyautó lítiumion-akkumulátora kigyullad, a cellacsoportokban rövid időn belül újabb rövidzárlatok keletkeznek. A sérült cellák nyomása megnő, majd többféle, az égést tápláló gáz szabadul fel. Gyakorlatilag egy láncreakció kezdődik, amit termikus megszaladásnak (thermal runaway) neveznek. Ezt a jelenséget nem csupán az okozhatja, hogy az autó egyéb részei égni kezdenek, majd a tűz átterjed az akkumulátorra, hanem annak valamilyen fizikai sérülése, gyártási hibája, illetve túltöltése vagy túlmerülése. Nem véletlen hát, hogy pl. a General Motors az Európában Opel Ampera-e néven ismert, Chevrolet Bolt típusú villanyautók gazdáinak 2021-ben üzenetet küldött: mi szerint töltés közben, zárt térben ne hagyják őrizetlenül az autót, valamint ne merítsék le teljesen, de ne is töltsék fel 90 százaléknál jobban az akkumulátorát! További veszélyforrás, ha az akkumulátorcsomag hosszú időn keresztül magas hőnek van kitéve, és ez zavarja meg a normális működését.

Mind a magas hővel, mind a túltöltéssel és túlmerüléssel szemben többféle megoldást alkalmaznak a gyártók. Egyrészt akkumulátorfelügyeleti rendszer gondoskodik az egyenletes töltésről és merülésről, illetve arról is, hogy ennek során se melegedjen túl a rendszer. A másik út, hogy más kémiai összetételű akkumulátort építenek az elektromos autóba, így az még akkor sem gyullad ki, ha átszúrják és helyi zárlatot okoznak benne.

villanyautó-akkumulátorok idővel öregedni kezdenek, és kapacitásuk csökken. Ennek egyik legfőbb oka, hogy az anódon passzív réteg képződik, és fémes lítium is lerakódhat rajta. Az aktív anyagokban keletkező apró repedések és nagy pórusok további károsító tényezők. A lítiumion-akkumulátorcellában a folyékony elektrolit teszi lehetővé az ionok mozgását. Ez a cella gyártását követő első töltési folyamat során érintkezésbe kerül a negatív elektróddal, ami valójában egy grafitbevonatú rézfólia. A töltés folyamán az elektrolit szilárd bomlástermékeiből filmréteg alakul ki a fólián. Bár ez bizonyos fokú védelmet nyújt, ahogy a réteg növekszik, azzal gátolja a lítiumionok diffúzióját. Ettől az akkumulátor veszít a kapacitásából.

Megoldás: LFP akkuk?

A kínai Geely autógyártó csoport házon belül kifejlesztett egy LFP (lítium-vas-foszfát) kémiás akkumulátorcsomagot, melyet a cég leányvállalataként működő Zeekr prémium villanyautókba már be is szerelnek. A második generációs, szerényen csak Golden Battery, azaz Arany Akkumulátor névre hallgató csomag annyi újítást tartalmaz, hogy az akkucellák térkihasználása 83,7%, szemben a hasonló megoldások átlag 60-66%-os arányával. A Zeekr egy rendkívül kompaktra optimalizált szendvicsszerkezettel és ultravékony szeparátorokkal tudta felülmúlni a konkurenciát.

Az LFP akku technológia sokkal ellenállóbb, mint a „hagyományos” lítium–nikkel–mangán–kobalt–oxid (NMC). Egyrészt sokkal nehezebben gyullad ki, mint az NMC, másrészt (legalább is a Geely videója szerint) a pakk 48 órán át bírja a sós vizet, elviseli az 1000 °C-os tüzet is. Ha mindez igaz, akkor a még fel sem épült akkugyáraknak is technológia váltásra lesz szükségük. Ezzel a vevők anyagilag is jól járhatnak, mert a Zeekr márka által használt NMC kémiás akkumulátorokhoz képest a Golden Battery gyártási költsége várhatóan 14,8%-kal alacsonyabb.

A Geely „Golden Battery”-jének felépítése, forrás: Zeekr

Hűtéssel is megelőzhető a baj

Az egyes autómárkák és modellek akkumulátorai különböző mértékben öregednek. Például egy német felmérés szerint egy ötéves BMW i3 akkumulátorának kapacitása 100 000 km után 86%-ra csökken, míg egy hatéves, első generációs Nissan Leafé már csak 75,5%-ot ér el. A két típus tervezésének alapvető különbsége, hogy a Nissant kifejezetten olcsónak szánták, ezért akkumulátorát csak a levegő, jó esetben a menetszél hűti (ahogy a Volkswagen e-Golfét is). A Renault egy kicsivel jobb, mert az akkumulátor léghűtését egy külön ventilátor biztosítja.

A drágább és összetettebb folyadékhűtés érdemben képes lassítani az akkuöregedés folyamatát. A fejlett hőmérséklet-szabályozás mindig az optimális 30 °C hőmérséklet közelében tartja az akkumulátort, ami a lehető legnagyobb hatótávolsághoz, illetve az optimális teljesítmény eléréséhez szükséges. Az akkumulátor és a hajtás szabályozásával szorosan együttműködő hőkezelő rendszerek vezérlése egyre több autóban előkondicionálja az áramforrást a gyorstöltéshez is, ami szintén nagyban megkönnyíti a használatot, illetve rövidíti a töltési időt. Ennek köszönhetően számos típusban még két év intenzív használat után is 98% körüli a kivehető akkumulátorkapacitás.

A különböző mértékű akku öregedés miatt a használt autó vásárlása elég nagy lutrinak bizonyul. Az Európai Unió éppen ezért 2024 májusától minden új villanyautóban kötelezővé tette, hogy az akkumulátor vezérlőelektronikája képes legyen reálisan megmutatni az áramforrás állapotát és hátralevő élettartamát. Az adatok egy digitális akkumulátor-útlevélbe kerülnek majd, amely 2026-ban válik kötelezővé.

Egy elektromos Audi akkumulátorának „útlevele” , forrás: GBA

Mit lehet tenni az öregedés csökkentéséért?

Mindenek előtt: oda kell figyelni. Alapvető fontosságú, hogy az akkumulátor ne legyen túlságosan (jellemzően 20% alá) lemerítve. De az sem jó, ha teljesen fel van töltve. Ezzel összefüggésben, egy most augusztusban történt tűzeset kapcsán Dél-Koreában például jogi úton elő kívánják írni, hogy szoftveres megoldások alkalmazásával 90% fölé ne lehessen feltölteni az autót. Továbbá meg kívánják tiltani, hogy teljesen feltöltött akkumulátorral mélygarázsba beálljanak.

Autópályán sokszor látni, hogy a villanyautók visszafogott sebességgel haladnak. Ez azért tanácsos, mert a nagyobb sebességek mellett, illetve az intenzív gyorsítások során fokozottabban igénybe van véve és ezért jobban melegszik az akkumulátor. Ugyanígy károsíthatja az akkumulátort a fagyos időjárás is. Ez különösen az LFP-kémiájú, tehát például az olcsóbb Teslákban lévő akkumulátorok esetében igaz. Ezt azzal ellensúlyozhatjuk, ha hideg időben előmelegített akkumulátorral indulunk útnak, előtte pedig a fali dobozra csatlakoztatva hagyjuk az autót. Ellenkező esetben érdemes kerülni az indulás utáni erős gyorsításokat és a gyorstöltést is. Aki pedig hosszabb ideig nem használja villanyautóját, jobban teszi, ha 50% körüli töltöttségi szintet állít be, így néhány hétnyi állás alatt csak 4-8%-nyi merüléssel kell számolnia.

Pár szó a tűzoltásról

Ha mégis megtörténik a baj, szakértelem híján nem nagyon érdemes megpróbálkozni az oltással. A lángoló villanyautó eloltásában csak erre kiképzett tűzoltók vehetnek részt, légzőkészüléket kell viselniük, illetve védekezniük kell az áramütéssel szemben is. A heves égési folyamat velejárója, hogy az akkumulátorban robbanások történhetnek, közben szúrólángok csaphatnak ki, amire ugyancsak ügyelni kell. Mindebből az is következik, hogy a jelentéktelen esetektől eltekintve az autó gazdájának nincs esélye egyedül eloltani a tüzet. Jobban is teszi, ha eltávolodik a járműtől, hogy megelőzze a mérges gázok belélegzésekor bekövetkező maradandó egészségkárosodást.

A tüzet többféle módszerrel is el lehet oltani, de hagyományos módszer esetén akár 4 – 10 ezer liter víz is elfogyhat, ami többszöröse a megszokott autótüzek oltóvíz-szükségletének. Az ABC News egyik riportjában megszólaltatott tűzoltósági szakértő 30 ezer litert említ, beleértve az akkumulátor folyamatos hűtésének vízigényét. További nagy kérdés, hogy mit lehet tenni a vegyi anyagokkal szennyezett oltóvízzel, de erre egyelőre nincs tökéletes, bárhol alkalmazható megoldás. Ezért aztán az is bevett oltási módszer, hogy az autót egyszerűen hagyják leégni. Azonban ennek megvan az a veszélye, hogy az akkumulátor akár órákkal, sőt napokkal később is visszagyulladhat.

Amikor az akkumulátoron belül keletkezik a tűz, a visszahűtést és az oltást is nagyban nehezíti az egység burkolata, ezért a tűzoltók kénytelenek drasztikus módszerhez nyúlni és egy úgynevezett oltólándzsával pumpálni vizet az akkumulátor belsejébe. Ilyenekből egyébként 13 darabot a Magyar Koncessziós Infrastruktúra Fejlesztő Zrt.,és a Magyar Közút Zrt. az Országos Katasztrófavédelmi Igazgatóság részére beszerzett. A hírek szerint az eszközöket a gyorsforgalmi utak közelében helyezik készenlétbe, hogy órákról 15-20 percre csökkenjen az égő hibrid- és villanyautókban keletkező tüzek megfékezésének ideje, és így hamarabb engedhessék vissza a forgalmat az érintett szakaszra.