Rostoucí podíl elektromobility přináší nové výzvy v oblasti bezpečnosti trakčních baterií. Mechanické poškození při dopravních nehodách, riziko vnitřního zkratu, tepelného úniku (thermal runaway), nebo požáru baterie představují témata, která musí výrobci i zkušební organizace řešit již ve fázi návrhu. Projekt SAFEBATT (Zvýšení bezpečnosti trakčních baterií v dopravě CK00400097) financovaný za podpory Technologické agentury ČR (TA ČR) si klade za cíl vyvinout nové postupy, technologie a metodiky, které zvýší bezpečnost bateriových systémů v silniční dopravě.
Na projektu spolupracují výzkumné a průmyslové organizace včetně TÜV SÜD Czech, které do řešení přinášejí zkušenosti z oblasti numerických simulací, zkušebnictví, funkční bezpečnosti a homologací. Projekt pokrývá celý životní cyklus baterie – od návrhu článků a modulů přes simulace a experimentální ověřování až po návrh metodik pro budoucí certifikaci bateriových systémů.
Vývoj systému včasného varování
Jedním z hlavních cílů projektu partnerů ČVUT a Nano power je vývoj systému včasného varování před poruchou baterie. Tento systém má umožnit identifikaci nebezpečných stavů ještě před vznikem kritické události a poskytnout dostatek času pro bezpečnou evakuaci osob nebo odstavení vozidla. Vývoj zahrnuje analýzu poruchových stavů lithium-titanátových článků, elektrotermální simulace a návrh algoritmů založených na vyhodnocování provozních dat jednotlivých článků.
Významnou součástí řešení je také aplikace principů funkční bezpečnosti podle normy ISO 26262, která umožňuje systematické hodnocení rizik a definování bezpečnostních cílů již v raných fázích vývoje.
Chladicí a samozhášecí systém baterie
Další oblastí výzkumu je vývoj pasivního samozhášecího systému schopného zabránit šíření tepelného úniku mezi články baterie. Projekt zkoumá použití elektricky nevodivých hasicích médií a konstrukčních prvků s řízeným porušením, které umožní automatickou aktivaci ochranného systému bez závislosti na elektronice vozidla.
Současně probíhá vývoj pokročilých elektrotermálních modelů baterií, které umožňují simulovat provozní stavy, poruchy i účinnost navrhovaných bezpečnostních opatření ještě před výrobou fyzických prototypů.
Numerické simulace a virtuální validace
Významnou roli v projektu hrají numerické simulace. Specialisté TÜV SÜD využívají pokročilé MKP nástroje pro analýzu mechanické odolnosti bateriových systémů a návrh zkušebních zařízení. Součástí řešení jsou také elektromagnetické simulace (EMC), které pomáhají vyhodnotit elektromagnetické jevy v bateriových systémech a jejich interakci s okolní elektronikou.
Bezpečné nárazové zkoušky bateriíJedním z nejvýznamnějších výsledků projektu je vývoj unikátního zkušebního systému pro nárazové testování trakčních baterií. Testovací zařízení bude navrženo tak, aby minimalizovalo rizika spojená s případným zkratem, požárem nebo tepelným únikem během zkoušek.
Součástí systému je robustní ochranný box umožňující:
• bezpečné uchycení baterií různých rozměrů,
• monitorování teplot a elektrické izolace během testů,
• rychlé oddělení testovaného vzorku od zkušebního zařízení,
• bezpečné zaplavení baterie v případě požáru,
• následné pozorování baterie po zkoušce v kontrolovaném prostředí.
Pro zvýšení bezpečnosti bude vyvinut systém kontinuálního monitorování teplot pomocí termočlánků a online aplikace, stejně jako zařízení pro průběžné sledování izolačního stavu baterie. Díky tomu lze případné poškození nebo vznikající zkrat detekovat v reálném čase.
Přínos pro budoucí certifikaci elektromobility
Projekt SAFEBATT směřuje k vytvoření komplexního postupu pro návrh, výrobu, simulace a testování bezpečných trakčních baterií. Výsledkem budou nejen nové konstrukční prvky a ochranné systémy, ale také metodiky využitelné při homologacích a certifikacích budoucích bateriových systémů.
Díky propojení výzkumu, numerických simulací, experimentálního ověřování a expertizy TÜV SÜD v oblasti bezpečnosti vzniká platforma, která pomůže výrobcům baterií a vozidel urychlit vývoj inovativních řešení při zachování nejvyšší úrovně bezpečnosti. SAFEBATT tak představuje významný krok směrem k bezpečnější a spolehlivější elektromobilitě budoucnosti.
