Просмотров: 7

Электромобили имеют более высокий потенциал безопасности , чем автомобили с ДВС. К ним можно отнести:

  • Низкий центр тяжести из‑за массивного аккумулятора под полом и электродвигателей. Это обеспечивает устойчивость ТС на дороге, управляемость в повороте, снижает вероятность опрокидывания, что существенно предотвращает ДТП с тяжелыми последствиями.
  • Жесткий и цельный кузов в виде сваренной металлической капсулы, в которой защищается водитель и пассажиры в случае ДТП или в других техногенных ситуациях.
  • Стальная нижняя часть современного кузова усилена жесткими лонжеронами и порогами, усилено днище рамой, контур безопасности салона.
  • Жесткий кожух аккумулятора, защищающий его от повреждения.
  • Совершенные пассивные и активные системы безопасности, в том числе обеспечивающие мгновенное отключение аккумулятора от высоковольтных частей в случае аварии.
  • Элементы, производимые из вспененного полипропилена (EPP) и используемые для электромобилей, подавляют вибрации и удары и не деформируются длительное время. Материал EPP используется в интерьерах автомобилей новейшего класса в качестве наполнителя подголовников, сидений, облицовки крыши и боковых панелей, так как они ударопрочны и не разрушаются. Эти свойства повышают безопасность электромобиля и сохраняют прочную конструкцию аккумулятора, а их теплоизоляция поддерживает стабильную температуру батарей, продлевая тем самым их долговечность. Использование EPP открывает новые возможности в области проектирования элементов для электромобилей.
  • Безопасность электромобилей регулируется не только конструктивным способом, а также общими правилами безопасности для автомобилей, дополнительными правилами для электрического оборудования, в частности, требованиями искробезопасности.

Основные и ожидаемые опасности при эксплуатации электромобиля. На первом плане часто обсуждаемый вопрос возможности самовозгорания электромобиля по причине неисправности аккумулятора, электропроводки и распределителей, и потребителей электроэнергии.

Существующие проблемами здесь может быть стабильность характеристик аккумуляторов. На сегодняшний день в автотранспортной отрасли наиболее часто применяются одна из трех технологий аккумуляторов: свинцово-кислотные аккумуляторы, литий-ионные аккумуляторы и суперконденсаторы. По соотношению энергия/масса лучшими характеристиками на данный момент являются технологии и использование литий-ионных аккумуляторов. Теоретическим пределом напряжения современного блока в формате 18650 является 4,2 В, но ни один аккумулятор не позволяет использовать его (рис. 16.6). Проблема в том, что при понижении ниже безопасного уровня возникает так называемое Lithium plating (металлизация лития) — образование проводящих участков из лития, что приводит к внутреннему короткому замыканию и, как следствие, к тепловому разгону аккумулятора (thermal runaway). Подобная ситуация может возникнуть также при сильном понижении температуры. При превышении же напряжения возникает температурная нестабильность ячейки, что также приводит к ее разрушению.

Таким образом, возникает необходимость в ограничении напряжений сверху и снизу, в том числе и потому, что при производстве имеются некоторый разброс по характеристикам.

Рис. 16.6. Предел напряжения современного блока питания.

На сегодняшний день самыми безопасными в данном отношении считаются аккумуляторы с напряжениями ячейки 2,1 В с электродами LTO и LiFePO.

Однако, за безопасность приходиться платить снижением напряжения, а значит и доступной энергии, в два раза.

Второй главной проблемой является прочность аккумуляторов при столкновениях с препятствиями, например, при ДТП. При их разрушении возникает возгорание, которое можно потушить исключительно с использованием спецсредств.

Третей проблемой, которая требует конкретного и постоянного контроля, качество производства в первую очередь защита от попадания инородных тел в сам аккумулятор.

Самые яркие примеры, которые показали проблемы литий-ионных аккумуляторов, это их первое использование на самолетах Боингом-787.

Пожары случаются редко и вызваны сочетанием факторов, включая тепловой выброс, короткое замыкание, повреждение сепараторов и высокую плотность энергии.

Производители постоянно работают над повышением безопасности литий-ионных батарей, но пользователи по-прежнему должны быть осторожны и правильно обслуживать свои автомобили и устройства. По пессимистичному сценарию вопрос безопасности использования электромобиля будет лежать на плечах его владельца. Он должен соблюдать в первую очередь регламент обслуживания, своевременно обнаруживать неисправности и устранять их в сервисном центре, а также соблюдать личную безопасность и пассажиров.

Главная опасность электромобилей — возгорание аккумулятора в процессе его эксплуатации. Это в первую очередь механическое повреждение батареи и электропроводки посторонним предметом, в том числе и на дороге. Если одна из ячеек аккумулятора окажется повреждена, то увеличивается шанс появления короткого замыкания. Возгорания аккумулятора может произойти и по другим причинам эксплуатации электромобиля:

  • Высокая влажность воздуха окружающей среды;
  • Предельные нагрузки в режиме движения;
  • Экстремальная температура аккумулятора при возникновении неисправностей;
  • Дефекты зарядных станций и кабелей, электропроводки;
  • Непосредственная близость к огню.

Более подробно о самонагреве и разрушении аккумулятора можно ознакомиться в источник: https://fireman.club/statyi-polzovateley/prichinyi-vozgoraniy-li-ion-akkumulyatorov-kak-i-chem-ih-tushit/ .

Что по этому поводу сообщает система помощи водителю (ADAS) (англ. Advanced driver—assistance systems)? Эта электронная система, помогает водителю управлять автомобилем и парковкой, обнаруживает ближайшие препятствия или ошибки водителя и соответствующие способы его реагирования (далее не дословная цитата из источника https://habr.com/ru/post/444624/А.

В целом, риск пожара сравнительно низок, так как нынешние электромобили в случае аварии так же безопасны, как и обычные, а высоковольтная система обычно отключается после аварии при срабатывании подушки безопасности. Критическим может стать случай, если защита аккумулятора повреждена в результате аварии. В этом случае элементы в батарее могут «протечь», что может вызвать «Thermal Runaway»: тогда батарею очень сложно потушить.

ADAC провел сравнение ТС электромобиля VW e-up! с VW up! которое показало, что в краш-тестах обе машины набирают по 5 звезд.

Отмечается, что аккумулятор в VW e-up! был усилен рамой, что естественно придает необходимую жесткость, но также добавляет веса.

Далее ADAC отмечает, что при боковом и полюсном ударе никаких опасных деформаций на корпусе батареи зафиксировано не было.
Боковой удар имеют особое значение для современных электромобилей, т.к. пространство для деформации автомобиля сбоку меньше, чем сзади или спереди. В этом случае боковой удар является слабой точкой электромобиля.

Важно учитывать, что в краш-тестах боковой удар наносится тараном со скоростью 50 км/ч, удар сваей — 34 км/ч. О масштабах и риске деформации на более высоких скоростях информация не приводится.

Национальная ассоциация противопожарной защиты США сообщила в отчете за 2020 год, что большинство электромобилей на дорогах еще не являются достаточно старыми, чтобы их проблемы дали о себе знать. Следуя этой логике, по мере того, как электромобили стареют, возможно, увеличивается вероятность их возгорания (Источник: slashgear.com).

А что говорят пожарные? Горящую батарею можно только охлаждать, охлаждать и охлаждать. В течение нескольких часов, а может и дней…

Тушение большого литий-ионного аккумулятора не простая задача.

Требуется большое количества воды около 11 000 литров (по данным производителя).

В случае аварии с электромобилем необходимо:

  • Перевести систему в безопасное состояние.
  • Защитить электромобиль от скатывания.
  • Перевести системы электромобиля в безопасное состояние.
  • Отключить высоковольтную систему.
  • Отключить 12В систему.
  • Подготовить инструменты — вода, пена, порошок.

Рекомендуют и существенные дополнения:

  • Запрещается резать HV-батарею.
  • Избегать резки высоковольтных кабелей / компонентов.
  • Пена предпочтительна для шин и пластиковых деталей.
  • Предпочтительным средством тушения HV-батареи/систем является вода… много воды.
  • Желательно продолжать охлаждать батарею водой и после окончания тушения пожара.
  • В зависимости от того, какая остаточная температура батареи и как она повреждена, возможно самопроизводство гремучего газа (oxyhydrogen). Но такое случается, обычного пеногона достаточно, если конечно вовремя принять меры, чтобы быстро погасить огонь. В случае же возгорания литиевой батареи, может не хватить воды из одной пожарной машины.

Возвращаясь к вопросу: горят ли литиевые аккумуляторы и как? Позволю себе процитировать содержание упомянутой статьи.

Итак, после того, как произошло короткое замыкание, аккумулятор начинает нагреваться. Когда температура достигает 70-90 °C, ион-проводящий защитный слой на аноде начинает разлагаться. А дальше литий, встроенный в анод, вступает в реакцию с электролитом, выделяя летучие углеводороды: этан, метан, этилен и т.д. Но, несмотря на наличие такой взрывоопасной смеси, возгорания не происходит, так как в системе пока нет кислорода.

Так как реакции с электролитом экзотермические, температура и давление внутри аккумулятора продолжают повышаться. Когда температура достигает 180-200 °C, материал катода, обычно представляющий из себя оксид переходных металлов со встроенным в кристалл литием, вступает в реакцию диспропорционирования и выделяет кислород. Вот тут-то и происходит самовозгорание и ещё более резкий скачок температуры. Параллельно идёт термическое разложение электролита (200-300 °C) и выделение тепло.

Какие можно сделать выводы, и что советуют специалисты, чтобы не создавать аварийных ситуаций?

  • Не превышать скорость движения, особенно, где она ограничивается.
  • Не попадать под боковой удар.
  • Стараться не перегревать HV-батарею – не использовать по максимуму ее мощность.
  • Основной причиной возгорания батареи при аварии, можно считать ее деформацию.
  • Водой заливают в первую очередь для того, чтобы охладить батарею.

Самое главное, что важно знать владельцу ТС: электромобили не менее безопасные, чем обычные с ДВС, а за счет конструкции иногда и более безопасные.

В дополнение ко всему новому, что привносит растущее число электромобилей, добавляются вопросы с точки зрения спасателей и пожарников:

  • Как должны быть подготовлены пожарники;
  • Какие пожарные машины необходимы для тушения электромобилей – это одна или две специальные машины с оборудованием, с большой емкостью для воды или других средств пожаротушения и т.д.?

Рис. 16.7. Электромобиль – пожарная машина для работы туннелях

Каждый случай крупного возгорания фиксируется и исследуется. За соблюдением стандартов безопасности следит Международная организация по стандартизации (ИСО).

Все новые модели электрокаров проходят серию испытаний, доказывающих их безопасность. Их тестируют на следующие неисправности:

  • утечку электролита и других технических жидкостей;
  • деформации аккумулятора;
  • нарушения электрических соединений.

Для пользователя электроавтомобиля важно знать. Если батарея перегревается или заряжается слишком быстро, электромобиль необходимо доставить в сервисный центр, где проведут полный осмотр, выполнят замеры. По возможности устранят причины нарушения режима работы аккумулятора. При необходимости можно будет установить работоспособную или новую батарею взамен неисправной. Эти процедуры важно выполнять и контролировать особенно подержанные электромобили, приобретенные от других владельцев.

Производители повышают пожарную безопасность электромобилей. Модели последнего поколения дополнены массой улучшений, препятствующих воспламенению. Поэтому случаев возгорания — явление редкие и по статистике они ниже, чем автомобилей с ДВС.

Современный электромобиль включает все системы пассивной и активной безопасности перспективных моделей ТС с ДВС, а также систему противопожарной безопасности, контроля и диагностирования, сервиса и связи.

Перспектива использования электромобиля и аккумуляторов имеет следующее развитие и применение.

ЭЛЕКТРОМОБИЛЬ — НАКОПИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ПИТАНИЯ . Электромобили являются батареями огромной емкости на колесах. Некоторые производители предлагают технологию раздачи электричества от электрокара другим устройствам и транспортным средствам.

СИСТЕМЫ ИНФОТЕЙНМЕНТА . В современных электромобилях огромное внимание уделяется системам инфотейнмента: от английского information (информация). Больше никаких устаревших магнитол или CD-плейеров — только удобный сенсорный экран и постоянные обновления системы.

Важны также средства информации об изменении электромагнитного поля в зонах жизнеобеспечения водителя и пассажиров, а также и возможности их снижения путем ограничения использования электроэнергии или других факторов, средств защиты.

СМАРТФОН ИЛИ КАРТА ВМЕСТО КЛЮЧА. Современные производители электрокаров отказались от традиционных ключей и брелоков. Покупателям предоставляют ключ-карту с NFC или предлагают использовать в качестве ключа смартфон.

БЕСПРОВОДНАЯ ЗАРЯДКА . Уже существуют пилотные проекты автомагистралей со специальными полосами для электромобилей, чтобы они могли подзаряжаться прямо в пути. В асфальт на такой магистрали или парковке встраивают специальные медные катушки, через которые энергия по принципу электромагнитной индукции передается батареям транспортного средства, при этом в каждом шасси электромобиля должен быть установлен специальный приемник.

Аккумуляторы нового поколения помогут электромобилям увеличить длину пробега без подзарядки.

На виртуальной пресс-конференции Battery Day, Джагдип Сингх, основатель и генеральный директор QuantumScape представил концепт литий-металлического аккумулятора, который стал результатом десятилетней работы над твердотельной литиевой батареей, — сообщает techxplore.com.

Вместо привычного жидкого электролита в новой батарее применен сухой керамический сепаратор. Он обеспечивает более эффективную передачу энергии при прохождении ионов. Также в аккумуляторе имеется гелевый компонент, который не замерзает в холодную погоду и подавляет рост дендритов электролита, которые снижают эффективность литий-ионного аккумулятора.

Согласно результатам тестов QuantumScape, транспортные средства с их батареей могут путешествовать на 80% дальше, чем автомобили, оснащенные литий-ионными аккумуляторами. Также они сохраняют более 80 процентов емкости после 800 циклов зарядки, что намного больше, чем у их нынешних литий-ионных «собратьев». Немаловажно, детище QuantumScape заряжается до 80 процентов от емкости аккумулятора всего за 15 минут.