Propagacja termiczna akumulatorów trakcyjnych. Dlaczego pkt 6.15 UN ECE R100 staje się kluczowy dla producentów EV?

Czym jest propagacja termiczna akumulatorów trakcyjnych, czego wymaga pkt 6.15 UN ECE R100 i dlaczego R100.05 zwiększa znaczenie rzeczywistych badań laboratoryjnych.

Daniel Trzciński, Edyta Małecka

8/7/20265 min czytać

Propagacja termiczna akumulatorów trakcyjnych.

Wystarczy awaria jednego ogniwa w akumulatorze trakcyjnym, aby zainicjować łańcuch zdarzeń prowadzący do całkowitego pożaru pojazdu elektrycznego. Jeśli system zarządzania temperaturą, konstrukcja modułu i układ BMS zawiodą, lokalny incydent błyskawicznie zmienia się w globalne zagrożenie. W obliczu zaostrzających się przepisów homologacyjnych, w tym nadchodzącej serii zmian UN ECE R100.05, propagacja termiczna staje się najważniejszym wyzwaniem inżynieryjnym dla producentów branży e-mobility. Jak przygotować się na nowe wymogi?

Czym różni się ucieczka termiczna od propagacji?

Aby w pełni zrozumieć wymagania prawne, należy rozróżnić dwa fundamentalne zjawiska zachodzące w systemach REESS (akumulatorowych systemach magazynowania energii).

Regulamin UN ECE R100 precyzyjnie definiuje te pojęcia:

Ucieczka termiczna (thermal runaway) oznacza niekontrolowany wzrost temperatury ogniwa spowodowany reakcjami egzotermicznymi zachodzącymi wewnątrz ogniwa.
Propagacja termiczna (thermal propagation) oznacza sekwencyjne występowanie ucieczki termicznej w obrębie REESS wywołane ucieczką termiczną ogniwa w tym systemie.

Dla inżynierów oznacza to konieczność odpowiedzi na kluczowe pytanie: czy w momencie awarii bateria potrafi odizolować zagrożenie w jednym sektorze, czy też pozwoli mu rozprzestrzenić się na sąsiednie ogniwa poprzez przewodzenie ciepła, promieniowanie, przepływ gorących gazów, płomienie lub oddziaływanie konstrukcji modułu?

Kluczowe 5 minut. Co dokładnie oznacza pkt 6.15 UN ECE R100?

Z punktu widzenia bezpieczeństwa pasażerów, istotny jest nie tylko sam fakt wystąpienia pożaru, ale przede wszystkim czas reakcji układu. Punkt 6.15 regulaminu UN ECE R100 (dotyczący REESS z łatwopalnym elektrolitem) skupia się właśnie na tym aspekcie.

Główny cel przepisu jest rygorystyczny: osoby znajdujące się w pojeździe nie mogą zostać nagle narażone na niebezpieczne środowisko spowodowane propagacją termiczną, wywołaną zwarciem wewnętrznym pojedynczego ogniwa. Logika dla bezpieczeństwa pasażerów w uproszczeniu wygląda następująco:

zdarzenie inicjuje się w jednym ogniwie,
czujniki i BMS rejestrują odchylenia,
system generuje ostrzeżenie, aby odpowiednio wcześnie powiadomić obsługę pojazdu.

Zgodnie z wymogami regulaminu, pomiędzy wygenerowaniem tego ostrzeżenia a wystąpieniem niebezpiecznej sytuacji w kabinie (takiej jak ogień, wybuch lub dym) musi upłynąć co najmniej 5 minut. To czas absolutnie niezbędny na bezpieczną ewakuację.

Aby to osiągnąć, wymóg ten obejmuje dwa zasadnicze obszary. Po pierwsze, system REESS lub system pojazdu musi zapewnić sygnał aktywujący ostrzeżenie w pojeździe. Po drugie, producent musi bezwzględnie wykazać funkcje lub cechy ogniwa, REESS albo pojazdu, które chronią pasażerów. Oznacza to konieczność przedstawienia m.in. analizy ograniczenia ryzyka, opisu systemów fizycznych, logiki działania oraz dokumentów potwierdzających skuteczność zastosowanych rozwiązań.

To ważne, ponieważ R100 nie sprowadza propagacji termicznej wyłącznie do jednego pomiaru temperatury. Regulamin wymaga spojrzenia systemowego: ogniwo, moduł, obudowa, ścieżki gazów, czujniki, BMS, strategia ostrzegania i instalacja REESS w pojeździe muszą działać jako spójna całość.

Rewolucja w badaniach: co zmienia poprawka R100.05?

Nadchodząca seria zmian 05 do regulaminu UN ECE R100 (dokument ECE/TRANS/WP.29/2025/41) drastycznie zmienia reguły gry. Najważniejsza zmiana nie polega jednak wyłącznie na dodaniu kolejnego testu. R100.05 przesuwa akcent z samej deklaracji bezpieczeństwa w stronę weryfikacji rzeczywistego zachowania systemu.

Kluczową nowością jest Załącznik 9K, który formalizuje procedurę badania propagacji termicznej. Dokument precyzuje cztery dopuszczalne metody inicjacji ucieczki termicznej w laboratorium:

lokalne, szybkie nagrzewanie zewnętrzne,
zastosowanie grzejnika wewnętrznego (internal heater),
penetrację mechaniczną,
wyzwalanie laserowe.

W praktyce, dla większości nowoczesnych akumulatorów trakcyjnych Li-Ion w pojazdach kategorii M i N, ścieżką domyślną do wykazania zgodności będzie fizyczne badanie według Załącznika 9K. Choć regulamin przewiduje szczególne przypadki zastosowania analizy zarządzania ryzykiem (zgodnie z pkt 6.15.4), to nie należy traktować ich jako standardowej alternatywy dla badania fizycznego.

To oznacza, że producenci powinni już na etapie projektu przewidywać, jak ich rozwiązanie zostanie zweryfikowane: na poziomie pojazdu, kompletnego REESS albo podsystemu.

Dlaczego same symulacje komputerowe to za mało?

Modelowanie i symulacje termiczne (np. CFD) są niezbędne na etapie projektowania. Pozwalają analizować warianty konstrukcji, przewidywać transfer ciepła i ograniczać liczbę kosztownych iteracji prototypów. Sam regulamin R100 dopuszcza dokumenty techniczne wykazujące skuteczność zabezpieczeń, w tym zatwierdzone metody symulacji.

Problem pojawia się wtedy, gdy symulacja staje się jedynym dowodem bezpieczeństwa. Zgodnie z wytycznymi GTR dla bezpieczeństwa pojazdów elektrycznych, rozwój wymagań musi uwzględniać walidację całego systemu. Propagacja termiczna obejmuje bowiem zjawiska trudne do pełnego odwzorowania: lokalne uszkodzenie ogniwa, działanie zaworów bezpieczeństwa czy realne opóźnienia pomiarowe.

Dlatego fizyczne badanie laboratoryjne ma szczególną wartość – nie zastępuje analizy inżynierskiej, ale ją urealnia. W warunkach testowych pozwala zarejestrować rzeczywiste zachowanie układu: reakcję BMS, przebieg temperatur, dynamikę zdarzenia, zachowanie ogniw sąsiednich oraz to, czy thermal runaway pozostaje ograniczony do ogniwa inicjującego, czy prowadzi do propagacji na kolejne elementy systemu.

Te obserwacje dowodzą, że o wyniku decyduje nie tylko chemia ogniwa, lecz także konstrukcja modułu, sposób prowadzenia ciepła i zdolność systemu do wczesnego ostrzegania – weryfikując w praktyce założenia, których nie da się w pełni odwzorować na ekranie komputera.

Checklista: jak producenci EV powinni przygotować się do certyfikacji?

Projektując moduł, pakiet akumulatorowy czy cały pojazd elektryczny, propagację termiczną należy uwzględniać jako złożone zdarzenie systemowe już na etapie deski kreślarskiej. Dokumentacja i architektura powinny zawierać:

Mapę funkcji bezpieczeństwa: separatory termiczne, bariery, obudowę, kanały gazowe, chłodzenie, BMS.
Logikę wykrywania zdarzeń: progi temperatury, napięcia, prądu, tempa zmian i warunki alarmowe.
Koncepcję ostrzegania: jasny system powiadamiania użytkownika pojazdu.
Ocenę poziomu badania: decyzję czy test zostanie wykonany na poziomie pojazdu, kompletnego REESS, czy podsystemu.
Dokumentację potwierdzającą: udowodnienie, że wynik testu podsystemu reprezentuje zachowanie kompletnego REESS.
Plan walidacji: zestawienie wyników fizycznych testów z danymi z symulacji.

Takie podejście jest w pełni zgodne z kierunkiem R100.05, w którym weryfikacja propagacji termicznej obejmuje dokumentację początkową, precyzyjny wybór metody inicjacji, ustalenie poziomu testu oraz twarde kryteria przejścia lub niepowodzenia badania.

Propagacja termiczna to nie tylko wymaganie homologacyjne. To ostateczny test dojrzałości projektu baterii trakcyjnej, który pokazuje, czy pojedyncze zdarzenie pozostanie lokalnym incydentem, czy stanie się zagrożeniem dla całego pojazdu.

Pkt 6.15 UN ECE R100 już dziś wymaga wykazania ochrony pasażerów przed skutkami propagacji termicznej. Seria zmian R100.05 wzmacnia ten obszar, wprowadzając bardziej jednoznaczny proces weryfikacji i większą rolę badań fizycznych. Dla producentów oraz inżynierów oznacza to jedno: warto projektować REESS tak, aby jego bezpieczeństwo można było nie tylko opisać, ale również potwierdzić w kontrolowanym badaniu laboratoryjnym.

Rozwijasz moduł, pakiet akumulatorowy lub pojazd elektryczny? Warto zaplanować ocenę propagacji termicznej już na etapie projektu. Zespół DLP wspiera producentów w badaniach bezpieczeństwa akumulatorów trakcyjnych, interpretacji wymagań UN ECE R100 oraz przygotowaniu danych potrzebnych do procesu homologacyjnego. Skontaktuj się z nami, aby zaplanować weryfikację i sprawnie przejść proces oceny zgodności.

Źródła:

1. Wytyczne dla bezpieczeństwa pojazdów elektrycznych UN GTR No. 20 (Electric Vehicle Safety)

2. Seria zmian 05 do Regulaminu UN ECE R100

3. Regulamin UN ECE R100

Skontaktuj się z naszym specjalistą