Testverslag. Hoe veilig zijn elektrisch aangedreven personenauto s?

Transcriptie

1 Testverslag Hoe veilig zijn elektrisch aangedreven personenauto s? Testproduct: Mitsubishi i-miev Testuitvoering: frontale botsing, achterop botsing, onderzoek techniek en reddingsactie na een aanrijding 1

2 Inleiding Als eerste volledig elektrisch aangedreven auto met een grote serieproductie, wordt sinds december 2010 de Mitsubishi i-miev aangeboden. Dezelfde auto zal ook door het PSA concern worden verkocht, als de Citroën C-Zero en Peugeot ion. Inclusief accupakket weegt de 4-zitter slechts 1100 kg. De standaard veiligheidsuitrusting omvat zes airbags, gordelspanners met spankrachtbegrenzing en ook ESP (Electronic Stability Program). Om vast te stellen hoe het zit met de bescherming van de inzittenden én de veiligheid van de hoogspanningsonderdelen, heeft de ANWB samen met Europese partners de volgende tests uitgevoerd; 1) frontale crashtest met 64 km/h volgens Euro NCAP protocol, 2) achterop botsing met 80 km/h volgens US norm en 3) openknippen van het wrak na de botsingen, om te beoordelen hoe het zit met de veiligheid van hulpverleners als de brandweer. Tenslotte is de techniek en de toegepaste beveiligingen aan een uitgebreid onderzoek onderworpen. 1. Frontale botsing met 64 km/h volgens EuroNCAP protocol De i-miev is zeer licht gebouwd om de auto bij het gegeven accupakket zoveel mogelijk actieradius mee te geven. Ondanks deze zeer lichte bouwwijze, de plaatsing van elektromotor en overbrenging aan de achterkant van de auto, doorstaat de auto op overtuigende wijze de frontale botsproef. De zeer korte en stijve kreukelzone absorbeert een groot deel van de botsenergie. Wel wordt het dashboard iets naar binnen gedrukt en de voetenruimte met de pedalen vervormt onder invloed van de klap. Het passagierscompartiment behoudt echter vorm en functie zodat de overlevingsruimte voor de inzittenden gewaarborgd is. 2

3 Door harde delen in en rondom het dashboard is er een verhoogd risico op letsel aan knieën en bovenbenen van zowel bestuurder als passagier. Met een iets andere constructie en andere materialen zou hier verbetering behaald kunnen worden. De bescherming van alle kritieke lichaamsdelen is echter goed. De belasting op de borstkas van zowel bestuurder als passagier stijgt wel, (met name de spankrachtbegrenzing op de gordel van de bestuurder lijkt niet helemaal goed gefunctioneerd te hebben) maar komt hierbij niet boven een kritisch niveau. Goed Voldoende Marginaal Zwak Slecht Passagier Bestuurder Bescherming Geboden bescherming in de frontale botsing De crash sensoren hebben de botsing goed geregistreerd en via de relais de hoogspanning in het elektrische systeem automatisch uitgeschakeld. Hiermee is er geen gevaar dat inzittenden of hulpverleners in aanraking komen met de hoogspanning. Het Lithium-Ion accupakket met in totaal 88 cellen wordt bij de frontale botsing niet beschadigd. Het pakket is in het chassis ingebouwd en wordt door deze constructie beschermd. Via de twee langsdragers biedt de constructie ook een zeer hoge stabiliteit aan de kooiconstructie en het voertuig. Als we de prestaties van i-miev vergelijken met normale auto s blijkt de bescherming van de inzittenden weliswaar niet op het niveau van de best scorende auto s in zijn klasse te liggen. Met 72,5% van de gescoorde punten in de frontale botsing scoort de i- MiEV beter dan bijvoorbeeld de laatste Renault Twingo en hetzelfde als de Smart Fortwo. 2. Achterop botsing met 80 km/h volgens US norm Voor een typegoedkeuring in de USA worden deels verdergaande voorschriften gehanteerd dan in Europa. Zo is in de USA wettelijk een achterop botsing vereist om te bewijzen dat de brandstoftank na een ongeval niet kan gaan lekken. Aan deze zware beproeving hebben wij ook de i-miev onderworpen om te beoordelen of het accupakket en de hoogspanningsonderdelen niet door vervorming een gevaar kunnen vormen. Bij deze, niet in de Euro NCAP test opgenomen beproeving, wordt een deformeerbare barrière op een wagen en met een massa van 1400 kg versneld tot 80 km/h. Daarna wordt het stilstaande testvoertuig geraakt met een overlap van 70%. 3

4 80 km.h, 1400 kg 70% Achterop botsing volgens FMVSS 301 Tijdens de test met de i-miev wordt de complete aandrijfeenheid, motor, versnellingsbak en achteras, ca. 40cm naar binnen gedrukt. Ook hier bewijst de constructie van de auto, met doorlopende langsdragers, een goede energieabsorberende werking te hebben. Het accupakket wordt geraakt en de behuizing ervan verbuigt en scheurt open. De accucellen zelf blijven echter mechanisch onbeschadigd, dankzij een met glasvezel versterkte inkapseling. Beide uitgevoerde crashtests tonen aan dat de i-miev, ondanks de lichte bouwwijze, een goede bescherming aan de inzittenden biedt. Wel zou de bescherming van knieën en bovenbenen beter kunnen en het naar binnen dringen van delen zou verminderd mogen worden. De uitschakeling van de hoogspanning heeft goed gefunctioneerd en alle hoogspanningscomponenten waren na de crash spanningsvrij. Het accupakket zelf wordt zelfs bij de zeer harde en zware achterop botsing niet beschadigd en vormt 4

5 zodoende geen gevaar voor inzittenden en hulpverleners na een ongeval. De i-miev bewijst dat de veiligheid van elektrische auto s niet onder hoeft te doen voor de veiligheid van vergelijkbare auto s met een normale verbrandingsmotor. Wel is er nog ruimte voor verbeteringen (zie Aanbevelingen). 3. Reddingsactie na een aanrijding Na de twee crashtests voeren trainers van de brandweer een reddingsactie uit op de auto. Hierbij wordt de carrosserie volgens standaard procedure opengeknipt. Onderzocht wordt of de aanwezigheid van het hoogspanningssysteem problemen geeft bij de reddingswerkzaamheden. Doorknippen van de C-stijl Normaliter wordt de hoogspanning in het elektrische systeem automatisch uitgeschakeld tijdens een botsing. Voordat de brandweer aan de auto begint te werken is het van belang te weten of de accu s zijn afgekoppeld en de auto daadwerkelijk vrij is van hoogspanning. Een indicatie hiervan op de auto zelf zou wenselijk zijn maar ontbreekt. In de auto zelf bevindt zich ook een accuschakelaar, (de zogenaamde Service Connect) waarmee de auto spanningsvrij geschakeld kan worden. Echter bij de Mitsubishi i-miev zit deze schakelaar onder de stoel van de bestuurder en was na de botsing nauwelijks toegankelijk. Een toegankelijke positie van de accuschakelaar zou wenselijk zijn. Ook zou informatie over de plaats van de accuschakelaar en instructies over het uitschakelen van de hoogspanning voor de hulpverleners ter plekke aanwezig moeten zijn. 5

6 Bij het afknippen van het dak ondervonden de hulpverleners geen vertraging ten gevolge van het hoogspanningssysteem en de reddingsoperatie kon probleemloos worden uitgevoerd. Doordat de hoogspanningscomponenten zich in het centrum van de auto bevinden was er bij het openen van de auto dan ook geen direct contact met het accupakket en de hoogspanningskabels. De auto liet zich volgens standaard procedure opensnijden en ondervond geen problemen met hoogvast staal en aanwezige versterkingen. 6

7 Techniek en de toegepaste beveiligingen In dit hoofdstuk zal de bouw van elektrische voertuigen worden bekeken vanuit het oogpunt van veiligheid. 1. Opbouw van elektrisch aangedreven voertuigen Puur elektrisch aangedreven auto s komen op dit moment nog bijna niet voor op de Nederlandse wegen. Van de voorloper ervan, de hybride auto, zijn er inmiddels al wel duizenden verkocht. Het elektrische systeem van de hybride auto, die in beginsel was ontwikkeld om energie terug te winnen bij auto s met verbrandingsmotor, vormt de basis voor het elektrische systeem van de elektrische voertuigen van vandaag. Naast de volledig elektrische en de hybride auto is er nu ook de plug-in hybride. Dit is een hybride auto die ook thuis met de stekker in het stopcontact opgeladen kan worden. De verwachting is dat de komende tijd het aanbod van plug-in hybride auto s zal toenemen. Inverter DC/DC converter, boordspanning Elektromotor en overbrenging Lithium-Ion accupakket Elektrisch systeem Mitsubishi i-miev 7

8 De volgende afbeelding laat het schema zien van een elektrisch voertuig met daarin alle componenten die nodig zijn voor een puur elektrische aandrijving. Het voorbeeld komt van de Mitsubishi, er kunnen verschillen zijn met andere elektrische auto s. Componenten van een elektrisch aangedreven auto Beveiligingsystemen in elektrisch aangedreven voertuigen Bij voertuigen met verbrandingsmotor kan er na een ongeval een gevaarlijke situatie ontstaan door het lekken van licht ontvlambare brandstoffen. Om het optredende risico te minimaliseren zijn deze auto s voorzien van een veiligheidssysteem dat direct na het ongeval de accupolen loskoppelt en de brandstoftoevoer afsluit. Bij elektrische voertuigen kunnen na een ongeval soortgelijke gevaren optreden. Het accupakket vormt een groot potentieel gevaar door de aanwezige hoogspanning en de mogelijkheid tot chemische reacties met de buitenlucht. Dit kan elektrische schokken, brand of een explosie tot gevolg hebben. Om eventueel gevaar voor inzittenden, hulpverleners en milieu te minimaliseren, zijn er meerdere redundante veiligheidsvoorzieningen in het voertuig ingebouwd. De eerste stap hiervoor wordt al gezet in de ontwerpfase van de auto en betreft de zgn. packaging, ofwel de huisvesting van alle componenten in de auto. Vooral de opstelling van het accupakket is heel belangrijk. Dit moet op een plaats die zo botsveilig mogelijk is en daarnaast gunstig is voor het zwaartepunt. Afhankelijk van de actieradius kan het gewicht van het accupakket namelijk goed zijn voor 20% van het totale voertuiggewicht. Het accupakket is om veiligheidsredenen opgebouwd uit ingekapselde cellen die in meerdere modules achter elkaar geschakeld zijn. Eventuele beschadiging van het pakket kan op deze manier beperkt worden tot één of enkele modules. Ingebouwd in een stijf frame en ingekapseld, kan het accupakket in het midden van het voertuig worden ondergebracht. Extra verstevigingen in het chassis moeten deformatie van het accupakket zien te voorkomen. 8

9 Onderkant met accupakket en hoogspanningskabels Ook de hoogspanningskabels worden net als het accupakket op een veilige plek ondergebracht buiten de directe crash zones. Hoogspanningkabels zijn voorzien van meerdere beschermingslagen. Wanneer een kabel beschadigd raakt en in contact komt met de carrosserie ontstaat kortsluiting en ontkoppelt een veiligheidsrelais direct de accu. Dit heet de intrinsieke veiligheid van een voertuig. Met behulp van een in het voertuig aanwezige accuschakelaar (Service Connect) kan op ieder moment het accupakket losgekoppeld en de auto spanningsvrij gemaakt worden. De hoogspanningskabels zijn gemarkeerd in oranje. 9

10 88 cellen a 3,7V Service Connect schakelaar Accucellen en module Accupakket ca. 330V met montageframe 10

11 Aanbevelingen De veiligheidseisen die aan elektrische auto s worden gesteld, verschillen slechts in geringe mate van die van auto s met een normale verbrandingsmotor. Beide voertuigtypen en ook hybride voertuigen zijn dan ook ontworpen voor hetzelfde doel. Voor elektrische auto s is een lichtgewichtconstructie essentieel om een laag energieverbruik en een grote actieradius te bereiken, met een betaalbaar accupakket. Ook bij een lichtgewichtconstructie moet het passagierscompartiment tijdens een botsing zijn stabiliteit (vorm en functie) behouden. Dat dit mogelijk is tonen de uitgevoerde crashtests aan. Compromissen op gebied van veiligheid van elektrische voertuigen mogen niet worden geaccepteerd. Alle componenten van het hoogspanningsysteem, zoals bekabeling, accu s en motor, moeten botsveilig in de auto worden ingebouwd, zodat ze tijdens een ongeval niet beschadigd kunnen raken. Voor hulpverleningsdiensten moet het mogelijk zijn inzittenden na een ongeval veilig te stellen. Belangrijk hierbij is dat er ter plaatse gestandaardiseerde reddingsinformatie ter beschikking is over de in de auto aanwezige systemen, waaronder het hoogspanningssysteem, die een veilige hulpverlening in de weg kunnen staan. Reddingsinformatie met o.a. instructies voor het onderbreken van de hoogspanning behoort aanwezig te zijn in elke elektrische auto. Deze informatie zou opgenomen moeten worden in het instructieboekje van elke nieuwe elektrische auto. Hulpverleningsdiensten hebben behoefte aan een eenvoudig indicatiesysteem rechtstreeks op de auto, die aangeeft of de hoogspanning nog steeds intact is of dat de accu s ontkoppeld zijn. Het onderbreken van het hoogspanningssysteem moet voor de hulpverleners met eenvoudige middelen mogelijk zijn. Hierbij moet er voor gezorgd worden dat zelfs na een ongeval de toegankelijkheid behouden blijft. Elektrische voertuigen moeten zodanig ontworpen zijn dat zowel inzittenden als hulpverleners niet gewond kunnen raken door het hoogspanningssysteem. Intrinsiek veilige voertuigen hebben deze eigenschap. De wetgever moet ervoor zorgen dat alleen intrinsiek veilige voertuigen een toelating tot de weg krijgen, zodat niemand gewond kan raken door de hoogspanning. Op deze manier zijn auto s met hoogspanningstechnologie veilig in het gebruik. 11