Bezpieczeństwo samochodów elektrycznych
Przy okazji wypadków samochodów elektrycznych podnoszona jest niekiedy dyskusja na temat ich bezpieczeństwa. W końcu wyposażane są one w instalacje o wysokim napięciu potencjalnie zagrażającym ludzkiemu życiu, a same baterie są niezwykle trudne w ugaszeniu. Czy mamy się czego obawiać?
Czytając ten materiał w pięć minut dowiesz się m.in. czy wysokie napięcie w pojazdach elektrycznych jest dla użytkowników niebezpieczne, jakie rodzaje zabezpieczeń przed porażeniem są w pojazdach stosowane oraz w jakich sytuacjach może nastąpić samozapłon pojazdu.
Według EKG ONZ o wysokim napięciu prądu przemiennego (AC) mówimy, gdy wartość napięcia wynosi od 30 V do 1000 V, a w przypadku prądu stałego (DC) od 60 V do 1500 V. W samochodach elektrycznych stosowane są układy wysokiego napięcia 400-800V. Zetknięcie się człowieka z takim napięciem jest potencjalnie śmiertelnie niebezpieczne. Na szczęście samochody posiadają dodatkowe zabezpieczenia aby podczas normalnego użytkowania nie występowało jakiekolwiek ryzyko porażenia. Dotyczy to również sytuacji nieumyślnego lub wykonanego przez osobą nieuprawnioną rozłączenia złączy wtykowych, a nawet prób przecięcia kabli.
Kolor pomarańczowy oznacza wysokie napięcie
Instalację wysokiego napięcia w samochodach najłatwiej rozpoznać po kolorze podwójnie izolowanego okablowania i osprzętu, który ma barwę pomarańczową. Kable wysokonapięciowe mają bardzo grubą izolację chroniącą je przed uszkodzeniem. Pojazdy są dodatkowo zabezpieczone przed uszkodzeniem instalacji dzięki pokładowym systemom monitorowania rezystancji izolacji oraz nadzorowania ciągłości obwodów. Przy każdym uruchomieniu pojazdu przez system wysyłana jest wiązka prądu, która sprawdza czy aby na pewno izolacja nie jest uszkodzona. Sprawdzana jest ciągłość obwodów oraz to czy złącza wtykowe nie są poluzowane. W przypadku nieprzejścia testu system zarządzający wysokim napięciem uniemożliwi uruchomienie samochodu i popłynięcie prądu. W sytuacji ekstremalnej osoba próbująca przeciąć kabel pod wysokim napięciem najprawdopodobniej uniknie porażenia. W momencie przecinania kabla system wykryje uszkodzenie pierwszej warstwy i natychmiast dezaktywuje wysokie napięcie w wewnętrznej części kabla. Poza tym przewody są odporne na wilgoć, a przebicie prądu w takiej sytuacji jest niemal niemożliwe. Zatem w przypadku gwałtownych zjawisk meteorologicznych i podtopień aut nie istnieje ryzyko, że prąd z naszego zalanego pojazdu elektrycznego nas porazi.
Układ wysokiego napięcia może być dezaktywowany automatycznie przez pojazd, dezaktywowany po wyłączeniu zapłonu, fizycznym odłączeniu akumulatora 12 V (zdjęcia klemy z ujemnego bieguna akumulatora) oraz po rozłączeniu wyłącznika serwisowego. Nawet po tej ostatniej czynności zaleca się odczekanie kolejnych 10 minut nim przystąpi się do czynności serwisowych.
Jak wyłączyć prąd?
Wszystkie pojazdy elektryczne muszą posiadać odpowiednie oznaczenia zastosowanej instalacji, które powinien znać fleet manager oraz użytkownik pojazdu. Każdy samochód elektryczny posiada wspomniany wyłącznik serwisowy pozwalający na wyłączenie obwodu elektrycznego. Warto o nim wiedzieć, choć w praktyce jest to głównie informacja przydatna przy czynnościach obsługowych. Co ważne, dostęp do rozłącznika musi być możliwy bez specjalistycznych narzędzi. Wyłącznik może być zamontowany w różnych miejscach pojazdu, zależnie od marki. Informacje o lokalizacji znajdziemy zawsze w instrukcji obsługi. Na przykład w modelach Renault i Nissan zlokalizowane są one w płycie podłogowej przy baterii, w Volvo i Audi w bagażniku z tyłu, a w Toyocie Prius – w podłokietniku.
Lit - łatwopalny, ale dobrze zabezpieczony
Obecnie powszechnie wykorzystywanym pierwiastkiem w bateriach samochodów jest lit, najlżejszy pierwiastek w stanie stałym, którego wyróżnikiem jest wyjątkowo łatwe oddawanie elektronów – tak cenione w napędach elektrycznych. Jego wadą jest reaktywność, a więc i łatwopalność, co oznacza, że musi on być specjalnie traktowany i przechowywany w atmosferze gazów obojętnych lub specjalnych olejach mineralnych. Akumulatory litowo-jonowe wymagają przechowywania w warunkach hermetycznych w pancernych obudowach, a do tego nieustannie muszą być kontrolowane przez system chłodzenia i ogrzewania TMS (Thermal Management System). Współczesne litowo-jonowe akumulatory trakcyjne są więc dobrze zabezpieczone przed przegrzaniem, dzięki wspomnianym systemom aktywnego chłodzenia baterii. Przekroczenie temperatury 70 stopni Celsjusza (60 stopni w Tesli) sprawia, że komputer automatycznie je wyłącza. Wyższa temperatura baterii może oznaczać automatyczny samozapłon.
A co w razie wypadku?
Kolejne zabezpieczenia pojazdów elektrycznych ujawnią się nam w momencie zaistnienia poważnych kolizji i wypadków. Na przykład w Stanach Zjednoczonych prawo wymaga aby samochód elektryczny w ciągu pięciu sekund od zaistnienia wypadku obniżył napięcie systemu zasilania do 60V. Oczywiście nie da się przewidzieć wszystkiego. Nad bezpieczeństwem samych akumulatorów dba m.in. system zarządzania pracą baterii BMS (Battery Management System). W razie wypadku systemy zwykle skutecznie rozłączają wysokie napięcie pojazdów. Wpływ na bezpieczeństwo ma również położenie baterii. W samochodach budowanych od podstaw jako pojazdy elektryczne akumulatory trakcyjne zwykle położone są między osiami pojazdów pod kabiną. W razie wypadku jest to najlepiej chroniona część pojazdu. Niektórzy producenci, np. Tesla, zaprojektowali więc specjalne zapory ogniowe między bateriami akumulatorów a częścią pasażerską. Przy poważniejszych uszkodzeniach samochodu i poważnych deformacjach istnieje jednak ryzyko samozapłonu baterii, i to nawet w kilka dni po zdarzeniu. Konieczne są wówczas pomiary termometrem na podczerwień lub kamerą termowizyjną temperatury baterii samochodu. Po poważnym wypadku w miarę możliwości baterie powinny być wyjęte z pojazdu. A jeśli nie jest to możliwe to pojazd powinien być postawiony w miejscu odosobnionym zmniejszającym ryzyko uszkodzeń wokół, na czas kwarantanny. Niestety palących baterii litowo-jonowych nie można ugasić. Temperatura wrzenia litu to aż 1380 stopni Celsjusza. Można je tylko chłodzić polewając dużymi ilościami wody (nawet 10 tys. litrów) przez ok. 36-60 min. To kilkukrotnie więcej wody niż jest potrzebne do ugaszenia samochodu spalinowego. Do tego strażacy przy gaszeniu muszą nosić aparaty tlenowe, ponieważ płonące akumulatory uwalniają toksyczne opary kwasu siarkowego, tlenku węgla, litu, kobaltu i niklu. Pełne wypalenie się baterii trwa ok. 90 minut. Nadal jednak pozostaje ryzyko ponownego zapalenia, stąd w niektórych krajach zaleca się zatapianie nadpalonych aut elektrycznych na pewien czas w kontenerach z wodą. Przypadki samozapłonów pojazdów elektrycznych dotyczyły głównie starszych samochodów nie wyposażanych w systemy aktywnego chłodzenia baterii, a wykorzystywanych w gorącym klimacie.
Wysokie napięcie = inna obsługa serwisowa
W przypadku samochodów elektrycznych mamy do czynienia z zupełnie inną logiką serwisową w porównaniu z modelami spalinowymi. Układ wysokonapięciowy wymaga starannego sprawdzenia przez wykfalifikowanych pracowników, przeszkolonych w zakresie pojazdów elektrycznych, nawet jeśli ich praca dotyczy tylko wymiany koła lub piór wycieraczek. Na tym poziomie wystarczy jednak przeszkolenie osoby przez pracownika uprawnionego do obsługiwania pojazdów zasilanych wysokim napięciem, jego nadzór oraz wyłączenie instalacji wysokiego napięcia. Tacy pracownicy mogą dokonywać wyłącznie prac niezwiązanych z elektrotechniką pojazdu. Podstawowe przeszkolenie z zakresu elektrotechniki samochodów elektrycznych powinni posiadać również pracownicy pomocy drogowej. Zdecydowanie większe uprawnienia musi posiadać mechanik. Aby w ogóle mógł on podjąć działania serwisowe musi on mieć ważne świadectwo kwalifikacyjne (odnawiane co pięć lat) uprawniające do zajmowania się urządzeniami i instalacjami sieci elektroenergetycznych o napięciu do 1kV. Świadectwo jest dopiero warunkiem wstępnym do odbycia specjalistycznego szkolenia w zakresie obsługi instalacji wysokiego napięcia w samochodach elektrycznych.