Seit mehr als 18 Monaten leitet die Soteria Battery Innovation Group eine Gruppe von über 20 Unternehmen in einem Projekt, um die Gefahren aktueller E-Bike-Batterie-Designs und -Nutzung zu verstehen. Wir haben das Gesetz H.R. 1797 Setting Consumer Standards for Lithium-Ion Batteries Act gelesen und unterstützen die Verabschiedung dieser Resolution voll und ganz. Der Rest dieses Schreibens befasst sich mit dem Ergebnis unseres Projekts und den potenziellen Standards, die von der CPSC erlassen würden.
Soteria E-Bike-Batteriesicherheitsprojekt
Ende 2022 hat Soteria auf Anraten der FDNY ein Projekt gestartet, um den aktuellen Stand der Dinge bei der Nutzung und dem Design von E-Bike-Akkus zu verstehen. Ziel war es, eine Theorie zu entwickeln, wie und warum die Akkus auf unsichere Weise versagen und was getan werden könnte, um das Brandpotenzial und die daraus resultierende Gefahr für Leben und Eigentum zu mindern. Diesem Projekt schlossen sich mehr als 20 Unternehmen und Organisationen an, darunter die NASA, die FDNY, San Diego Fire and Rescue, Dow, Celgard, ****… Das Projekt nahm Hunderte von Arbeitsstunden in Anspruch und erzeugte Hunderte von Seiten mit Berichten und Präsentationen. Es bestand aus fünf verschiedenen Teilen:
- Neue E-Bike-Batterien untersuchen und testen: Mehr als 10 neue E-Bike-Batterien wurden zerlegt, um die Vielfalt der Designs auf dem Markt zu verstehen, einschließlich Design- und Produktionsqualität.
- Gebrauchte E-Bike-Batterien untersuchen und testen: Ähnliche Tests wurden an gebrauchten E-Bike-Batterien desselben Designs durchgeführt, um die spezifischen Alterungsmechanismen zu verstehen.
- E-Bike-Fahrer befragen: Mehr als 1.000 E-Bike-Fahrer wurden befragt, um ihre Wartungspraktiken, Fahrgewohnheiten, den Besitz von Ausrüstung, Erfahrungen mit Bränden und andere Informationen zu verstehen.
- E-Bike-Fahrer interviewen: Dutzende von E-Bike-Fahrern wurden interviewt, um spezifische Informationen über jede Person und detailliertere Informationen als durch Umfragen zu erhalten.
- E-Bike-Hersteller interviewen: E-Bike-Hersteller wurden interviewt, um deren Designüberlegungen, ihre Erfahrungen und Meinungen zu E-Bike-Bränden und die Maßnahmen der Industrie zur Beseitigung des Problems zu verstehen.
- E-Bike-Testkits: Ein Dutzend Fahrer befestigten Testkits an ihren E-Bikes, um während der Fahrt Stoß, Vibration, Temperatur, Feuchtigkeit und andere Variablen zu messen.
Dieses Projekt kostete Soteria Hunderttausende von Dollar, die wir ausgegeben haben, um ein gründliches Verständnis des Problems und einen Weg zu einer möglichen Lösung zu erhalten. Dies ist abgeschlossen, und nun ist es nützlich, die Antwort – die Ursache der Gefahr – auf einfache Weise darzulegen, damit die Industrie und unsere Regierung Maßnahmen ergreifen können.
Wie und warum E-Bike-Akkus versagen
E-Bike- und andere Mikromobilitäts-Akkus versagen aus einem einfachen Grund auf unsichere Weise: Sie altern auf eine bestimmte Art und Weise. Ein E-Bike-Akku besteht normalerweise aus 50 oder mehr zylindrischen Zellen, die aufgrund ihrer Größe als 18650er bezeichnet werden. Mit zunehmendem Alter der Zellen divergieren die Standardabweichungen des Zustands der Zellen – alle Zellen werden mit zunehmendem Alter schwächer, aber einige werden schneller schwächer als andere. Wenn der Akku benutzt wird, werden die schwächsten Zellen am stärksten beansprucht, was zu einer Überhitzung führen kann. Sobald sie eine bestimmte Temperatur erreichen, finden in der Zelle spontane exotherme chemische Reaktionen statt, die mehr Wärme erzeugen und im Laufe der Zeit, wenn sie nicht gestoppt werden, die Zelle in einen thermischen Durchbruch treiben. Sobald eine Zelle im Paket in den thermischen Durchbruch gerät, ist es bei aktuellen Designs fast sicher, dass alle anderen Zellen ebenfalls in den thermischen Durchbruch geraten. Diese Verpuffung von mehr als 50 brennenden Batterien ist es, die Gebäude entzündet und uns viel an Eigentum, Verletzungen und Leben gekostet hat.
Die meisten Batterien, etwa 99,9 %, altern und versagen sicher. Das heißt, sie verlieren ihre Energie, ohne dass sich die Zellen überhitzen, und schließlich hören die Batterien auf zu funktionieren, weil sie nicht genug Energie haben, um das E-Bike sinnvoll anzutreiben.
Die restlichen 0,1 % oder etwa 1 von 1.000 geraten in einen thermischen Durchbruch. Für eine Stadt wie New York mit über 250.000 E-Bikes bedeutet dies fast jeden Tag einen neuen Gebäudebrand, der durch ein E-Bike verursacht wird. Um dies ins rechte Licht zu rücken: Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Mobiltelefon spontan in einen thermischen Durchbruch gerät und sich entzündet, liegt bei weniger als 1 zu 1 Million. In derselben Stadt führt dies also zu etwa 10 Bränden pro Jahr, von denen fast alle klein genug sind, um wenig Schaden anzurichten. E-Bike-Batterien sind über 50-mal größer als Handy-Akkus, und dementsprechend sind auch ihre Brände.
Die Lösung: Mehr Batterien sicher ausfallen lassen
Eine Ausfallrate von 1 zu 1.000 ist einfach nicht akzeptabel, wenn der Ausfall zu einer Explosion führt, bei der Flammen, Funken und brennende Trümmer in einem Radius von 6 Fuß umherfliegen.
Was wir getan haben:
- Fahrer befragen & interviewen
- E-Bike-Unternehmen interviewen
- Neue & gebrauchte Akkus sezieren
- Testkits an Fahrrädern
Was wir gelernt haben
- Die meisten Akkus versagen sicher: 99,9 %
- Diejenigen, die unsicher versagen, tun dies aus zwei Gründen:
- Missbrauch
- Elektrische Überbeanspruchung
- Beschreibung des Fehlermodus
Lösungen
- Sichere Pakete mit zusätzlichen Funktionen
- LIB-Alarmsysteme zur Frühwarnung
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