電動(dòng)汽車安全性能措施淺析

李松焱

（鐘山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210049）

1 高壓電的含義及危險(xiǎn)

在裝配有高壓系統(tǒng)（HV）的汽車上安裝著工作電壓超過(guò)60V直流電壓或25V交流電壓的組件。汽車上的這種組件有些需要較高的電功率。汽車上的高壓電網(wǎng)在工作時(shí)具有高達(dá)650V的直流電壓，峰值電流也非常高。

人體的所有運(yùn)動(dòng)都由生物電機(jī)制觸發(fā)，所有的肌肉反應(yīng)都通過(guò)電刺激來(lái)控制。在人體內(nèi)，這種電刺激通過(guò)神經(jīng)束來(lái)傳導(dǎo)。觸摸導(dǎo)電高壓組件可能導(dǎo)致電流流過(guò)人體，超過(guò)30mA的直流電就會(huì)對(duì)脈搏造成暫時(shí)性的擾亂，具體情況取決于通電時(shí)間的長(zhǎng)短。更高的穿體電流還會(huì)造成嚴(yán)重的內(nèi)部燒傷，可能引起昏迷、持續(xù)抽搐、心室纖維顫動(dòng)、心跳和呼吸停止等。電氣系統(tǒng)兩極連接短路會(huì)形成電弧，對(duì)人體造成嚴(yán)重的外部燒傷和眼睛灼傷等。

2 電動(dòng)汽車安全裝置

2.1 高壓安全

（1）高壓安全標(biāo)示。高壓組件上要有安全標(biāo)識(shí)、線束顏色標(biāo)志、警示牌等。在電動(dòng)汽車上，導(dǎo)線的顏色表示特定的含義，尤其對(duì)一些橙黃色導(dǎo)線要特別注意，因?yàn)檫@可能有高壓危險(xiǎn)。

（2）防止直接接觸。在高壓電動(dòng)車行駛時(shí)，電池調(diào)節(jié)控制單元發(fā)出約500V的測(cè)試電壓，其電流值很低，所以對(duì)人體無(wú)害。如果所有高壓組件都正確絕緣和屏蔽，那么控制單元會(huì)計(jì)算并對(duì)比事先設(shè)置的高壓系統(tǒng)總電阻。如果由于外部損壞使導(dǎo)線絕緣導(dǎo)破損，絕緣電阻發(fā)生改變，控制單元通過(guò)電阻改變識(shí)別到此絕緣故障。故障嚴(yán)重程度不同，汽車組合儀表會(huì)出現(xiàn)不同的提示。電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池帶有高壓電系統(tǒng)，在汽車“熄火”的狀態(tài)下如果沒(méi)有足夠的安全防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，依然可能對(duì)人或動(dòng)物產(chǎn)生傷害。整車廠為了避免個(gè)人檢修帶來(lái)的危險(xiǎn)，除了加防凍液等簡(jiǎn)單操作外，整車設(shè)計(jì)也將逐步采取電器元件的封閉式設(shè)計(jì)。早期出品的電動(dòng)乘用車產(chǎn)品打開(kāi)“發(fā)動(dòng)機(jī)艙”可以看到很多電器元件和線束電纜等，但很多最新上市的產(chǎn)品，前后機(jī)艙大都采用封閉式設(shè)計(jì)，部分產(chǎn)品的前后機(jī)艙則變成了儲(chǔ)物倉(cāng)。

（3）防止間接接觸。電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)對(duì)車身接地?cái)嗦贩Q為電隔離，電隔離可防止意外斷路致使車身接地通電。為了實(shí)現(xiàn)電隔離，高壓組件具備一個(gè)專門的電位平衡裝置。電動(dòng)汽車控制線路是一個(gè)低壓系統(tǒng)，是完全獨(dú)立的安全系統(tǒng)，用于確定所有高壓組件是否都正確地連接在高壓系統(tǒng)上，如圖1所示。一旦某一高壓部件的高壓觸點(diǎn)斷開(kāi)，控制電路就會(huì)斷開(kāi)，高壓電池會(huì)從高壓電網(wǎng)中脫離。

圖1 控制電路閉合

（4）防水涉水安全。電動(dòng)汽車還應(yīng)具備一定的防水性能，傳統(tǒng)燃油車涉水后最大的風(fēng)險(xiǎn)只是無(wú)法行駛，而電動(dòng)汽車涉水后還可能引發(fā)觸電風(fēng)險(xiǎn)。所以電動(dòng)汽車所有的電器接口、充放電接口、絕緣電阻等具體的器件都有很多的防觸電要求。

圖2 碰撞保護(hù)

（5）碰撞安全。為保證事故中駕乘人員、救護(hù)人員及事故車維修人員的安全，必須關(guān)閉高壓系統(tǒng)，使高壓電網(wǎng)斷電、高壓系統(tǒng)通過(guò)安全氣囊控制單元與撞擊識(shí)別功能連接，如圖2所示。一旦安全氣囊控制單元識(shí)別到發(fā)生事故且安全帶拉緊器或安全氣囊觸發(fā)，它就會(huì)通過(guò)CAN要求電池調(diào)節(jié)控制單元斷開(kāi)保護(hù)繼電器。如果只有一次碰撞，安全帶拉緊器觸發(fā)，重新啟動(dòng)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)就可以使繼電器閉合；如果發(fā)生了二次碰撞，安全帶拉緊器和安全氣囊觸發(fā)，只能用VAS檢測(cè)儀（大眾系列車型）使繼電器閉合。

（6）外部充電安全。如果汽車具有外部充電的充電觸點(diǎn)，那么在高壓設(shè)備的充電電路中還裝有額外的保護(hù)繼電器。只有當(dāng)系統(tǒng)確定充電觸點(diǎn)已連接且存在電壓時(shí)，保護(hù)繼才會(huì)將高壓電池與充電觸點(diǎn)連接。保證即使在下雨或觸點(diǎn)潮濕的情況下，充電過(guò)程也安全可靠。

2.2 功能安全

（1）安全報(bào)警提示。電動(dòng)汽車具有可行駛模式提示、低電量提示、離席提示、故障報(bào)警等。

（2）操作安全。電動(dòng)汽車不需要變速箱就可以通過(guò)改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向來(lái)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)和倒車兩個(gè)行駛方向轉(zhuǎn)換。若是此類驅(qū)動(dòng)電機(jī)類型，那么安全標(biāo)準(zhǔn)就要求：前進(jìn)和倒車兩個(gè)行駛方向的轉(zhuǎn)換，應(yīng)通過(guò)駕駛員兩個(gè)不同的操作動(dòng)作來(lái)完成，或者如果僅通過(guò)駕駛員的一個(gè)操作動(dòng)作來(lái)完成，應(yīng)使用一個(gè)安全措施使模式轉(zhuǎn)換只能在車輛靜止或低速時(shí)才能夠完成。也就是說(shuō)，該類電動(dòng)汽車，在向前行駛過(guò)程應(yīng)該不能直接切換倒擋，或者即使能夠在前進(jìn)行駛中切換倒擋，電動(dòng)汽車也不會(huì)立刻倒車行駛，只能等車輛靜止或低速后才能倒車。 由于電動(dòng)汽車具有高壓危險(xiǎn)性，所以只有具有專門資質(zhì)的人員可以在高壓系統(tǒng)上進(jìn)行作業(yè)，維修過(guò)程中必須做好高壓電的防護(hù)。

3 國(guó)家法律法規(guī)的完善

伴隨著電動(dòng)汽車技術(shù)突飛猛進(jìn)，對(duì)電池安全性的質(zhì)疑也一直不絕于耳。針對(duì)這方面的質(zhì)疑聲，國(guó)家也出臺(tái)了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18384-2015《電動(dòng)汽車安全要求》、GB/T 31498-2015《電動(dòng)汽車碰撞后安全要求》等。中國(guó)電動(dòng)汽車安全標(biāo)準(zhǔn)存在“電動(dòng)汽車安全標(biāo)準(zhǔn)目前都是推薦性標(biāo)準(zhǔn)”、“商用車領(lǐng)域的安全標(biāo)準(zhǔn)被忽視”、“缺少被動(dòng)安全試驗(yàn)項(xiàng)目”等問(wèn)題。

為彌補(bǔ)相關(guān)缺失，各地也制定了相應(yīng)的地方標(biāo)準(zhǔn)。如上海市于2012年11月1日起實(shí)施地方標(biāo)準(zhǔn)《電動(dòng)乘用車運(yùn)行安全和維護(hù)保障技術(shù)規(guī)范》，為新能源汽車在上海的示范運(yùn)行起到重要的技術(shù)支撐作用。該標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容在參考GB/T 28382-2012《純電動(dòng)乘用車技術(shù)條件》的基礎(chǔ)上，在汽車安全性、動(dòng)力性能、可靠性、安全監(jiān)控要求和維修服務(wù)、事故救援等方面進(jìn)行補(bǔ)充細(xì)化，能基本滿足上海市電動(dòng)乘用車示范運(yùn)行相關(guān)安全使用和維護(hù)保障等基本要求。其中明確規(guī)定了電動(dòng)車示范運(yùn)行企業(yè)在上海應(yīng)具有完善的售后服務(wù)體系，應(yīng)有5家以上授權(quán)合格的電動(dòng)汽車維修服務(wù)站點(diǎn)，并布置在合理的服務(wù)區(qū)域，確保能為客戶提供24h不間斷保障服務(wù)。車輛的質(zhì)保期應(yīng)為3年或8萬(wàn)km，動(dòng)力電池應(yīng)為5年或10萬(wàn)km。

工業(yè)和信息化部于2018年1月24日發(fā)布了《電動(dòng)汽車安全要求（征求意見(jiàn)稿）》、《電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力蓄電池安全要求（征求意見(jiàn)稿）》、《電動(dòng)客車安全要求（征求意見(jiàn)稿）》三項(xiàng)強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)征求意見(jiàn)稿。在此次的征求意見(jiàn)稿中，工信部重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了關(guān)于純電動(dòng)車電壓等級(jí)、人員觸電防護(hù)要求、試驗(yàn)方法等三個(gè)方面的內(nèi)容。針對(duì)市面上絕大多數(shù)電動(dòng)汽車采用單速變速箱的問(wèn)題，征求意見(jiàn)稿中也指出了：關(guān)于純電動(dòng)汽車行駛過(guò)程中，為防止誤操作觸發(fā)檔位切換造成事故，檔位切換后不可以立即改變行駛方向。只有在低速或者停滯狀態(tài)下，才可以切換檔位，以免發(fā)生危險(xiǎn)。此外，在《電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力蓄電池安全要求》的征求意見(jiàn)稿中，也對(duì)鋰離子電池單體過(guò)充的問(wèn)題提出了新要求。為了提高鋰離子電池充電過(guò)程中的安全性，擬將充電時(shí)的截止條件規(guī)定為“1.1倍電壓或115%SOC”，從而降低動(dòng)力電池在充電時(shí)的安全隱患，如圖3所示。

圖3 充電截止條件

相信隨著國(guó)家電動(dòng)汽車法律法規(guī)的完善，在相關(guān)汽車廠商研發(fā)力量的支撐下，電動(dòng)汽車的安全性能將會(huì)越來(lái)越高。

參考文獻(xiàn)

［1］Alan.征求意見(jiàn)稿：未來(lái)電動(dòng)汽車將由國(guó)家強(qiáng)制性安全標(biāo)準(zhǔn)［DB/O蘊(yùn)］.http://www.pconline.com.cn/autotech/1077/10777947.html.

［2］俞佳.上海：《電動(dòng)汽車安全標(biāo)準(zhǔn)》11月1日起實(shí)施［DB/O蘊(yùn)］.http://www.d1ev.com/news/shichang/15992.?