電動(dòng)汽車電氣系統(tǒng)安全性分析及標(biāo)準(zhǔn)制定研究

鄭天宇　劉佳盟

摘要：電動(dòng)汽車由于高壓用電問題可能導(dǎo)致安全事故發(fā)生。為保障電動(dòng)汽車的行車可靠性和乘員人身安全，本文在對(duì)電動(dòng)汽車電氣系統(tǒng)安全性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了電動(dòng)汽車電氣系統(tǒng)的安全標(biāo)準(zhǔn)體系.

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車，安全性分析，標(biāo)準(zhǔn)體系，標(biāo)準(zhǔn)制定，電氣系統(tǒng)

隨著汽車保有量的不斷增長(zhǎng)，汽車在帶給我們出行便利的同時(shí)也使得能源、安全以及環(huán)保問題成為人們關(guān)注的重要問題。在此背景下，以自載電池為能源的現(xiàn)代電動(dòng)汽車，以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、綠色無(wú)污染、能源來源多樣化、工作可靠、維修簡(jiǎn)便等特點(diǎn)受到了國(guó)家政策的支持和大眾的推崇。然而，在電動(dòng)汽車市場(chǎng)爆發(fā)式增長(zhǎng)的同時(shí)，電動(dòng)汽車的安全隱患也開始浮出水面。電動(dòng)汽車的高壓電氣系統(tǒng)工作電壓在300V以上，但是由于其阻抗較小，工作過程中電流有可能達(dá)到數(shù)百安培，如果瞬時(shí)短路，電動(dòng)汽車高壓電氣系統(tǒng)瞬時(shí)放電電流將會(huì)成倍增加，高壓電氣系統(tǒng)的不穩(wěn)定性將極大地危害到車上人員的安全。另外，人們普遍認(rèn)為純電動(dòng)車要比燃油車更加安全可靠，但是如果電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)發(fā)生障礙，其造成的惡劣影響絕不會(huì)比燃油車小。例如：2016年美國(guó)東部的特斯拉電動(dòng)汽車爆炸事件，造成兩名乘員當(dāng)場(chǎng)死亡，這已是特斯拉的第四起自燃事件。電動(dòng)汽車安全事故的頻發(fā)值得引起技術(shù)人員和大眾的深刻思考。

1電動(dòng)汽車電氣系統(tǒng)及其安全性分析

1.1電動(dòng)汽車電氣系統(tǒng)

電動(dòng)汽車的電氣系統(tǒng)主要包括電力驅(qū)動(dòng)模塊、車載電源模塊以及輔助模塊。其中，電力驅(qū)動(dòng)模塊的功能是將蓄電池中儲(chǔ)存的電能轉(zhuǎn)換成車輪的動(dòng)能，并在電動(dòng)汽車減速制動(dòng)時(shí)，將車輪的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能并將其存儲(chǔ)在動(dòng)力蓄電池中，它主要是由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器和傳動(dòng)系統(tǒng)等構(gòu)成;車載電源模塊的功能是為驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供電能、監(jiān)測(cè)電源的使用情況以及控制充電機(jī)為動(dòng)力蓄電池充電，它主要是由車載充電機(jī)、動(dòng)力電池組和電池管理系統(tǒng)等構(gòu)成;輔助模塊的功能是為燈光、儀表等電動(dòng)汽車其他輔助裝置提供正常工作所需要的動(dòng)力電源，它主要是由輔助電池和DC/DC功率變換器等構(gòu)成。由于動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及DC/DC功率變換器屬于重要的高壓電氣單元，保障其安全性和可靠性對(duì)于保障電動(dòng)汽車高壓電氣系統(tǒng)的安全性具有全局性的作用。因此，本文以動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及DC/DC功率變換器為例對(duì)其安全性進(jìn)行深入分析。

1.2電動(dòng)汽車電氣系統(tǒng)安全性能分析

（1）動(dòng)力電池安全性分析

動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)能量的唯一能源，其性能直接影響電動(dòng)汽車的續(xù)航能力以及安全性，需具備以下特點(diǎn)：高能量密度、制造成本低、壽命長(zhǎng)，維修少、活性物質(zhì)存放長(zhǎng);自放電自衰減小、充放電性能好、效率高;設(shè)備簡(jiǎn)單、尺寸小、安全性能好、更換快捷、少量或無(wú)需特殊維護(hù)設(shè)備等。本文以市場(chǎng)上最為常見的磷酸鐵鋰電池為例進(jìn)行安全性分析。磷酸鐵鋰電池是一種以磷酸鐵鋰為正極材料的Li+（鋰離子）電池。充電時(shí)，Li+在電場(chǎng)力的作用下進(jìn)入電解液，穿過隔膜后再次從電解液遷移至石墨晶體表面上，然后嵌入石墨晶格中。放電時(shí)，Li+從石

墨晶體中脫嵌出來進(jìn)入電解液，穿過隔膜后遷移到磷酸鐵鋰晶體的表面，然后再次嵌入到磷鐵鋰晶格。在濫用情況下磷酸鐵鋰電池存在著安全隱患，磷酸鐵鋰電池在使用過程中會(huì)產(chǎn)生氣體，當(dāng)氣體在電池體內(nèi)累積到一定程度時(shí)，電池內(nèi)部壓力會(huì)突然異常增大從而導(dǎo)致電池解體爆炸。另外，在電池制造和循環(huán)過程中會(huì)產(chǎn)生單質(zhì)鐵，單質(zhì)鐵的持續(xù)累積將會(huì)導(dǎo)致電池隔膜刺穿，內(nèi)部短路風(fēng)險(xiǎn)高，從而造成危害。

（2）驅(qū)動(dòng)電機(jī)安全性分析

驅(qū)動(dòng)電機(jī)是一種基于電磁感應(yīng)定律來實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換的電磁裝置。在高溫濕熱情況下，驅(qū)動(dòng)電機(jī)外表面易出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。另外，驅(qū)動(dòng)電機(jī)在工作過程中遇到鹽霧、浸泡等情況時(shí)容易引發(fā)安全事故，無(wú)法正常工作。因此，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行安全檢測(cè)時(shí)需要進(jìn)行過載能力試驗(yàn)、接觸電流試驗(yàn)、絕緣電阻試驗(yàn)和介強(qiáng)度試驗(yàn)，以確保驅(qū)動(dòng)電機(jī)的安全。

2電動(dòng)汽車電氣安全檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)體系

電動(dòng)汽車電氣安全檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)體系是協(xié)調(diào)電氣安全檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的重要工具，將為標(biāo)準(zhǔn)使用提供技術(shù)支持，是標(biāo)準(zhǔn)化工作的一項(xiàng)重要組成。

2.1標(biāo)準(zhǔn)體系建立的原則

基于電動(dòng)汽車電氣安全檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)體系自身特點(diǎn)，結(jié)合電動(dòng)汽車電氣安全性能分析，為確保標(biāo)準(zhǔn)體系科學(xué)、合理、可操作，建立電動(dòng)汽車電氣安全檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)體系應(yīng)遵循下列基本原則：（1）標(biāo)準(zhǔn)體系應(yīng)具有科學(xué)合理性、實(shí)用有效性、動(dòng)態(tài)性和可操作性;（2）標(biāo)準(zhǔn)體系中項(xiàng)目明細(xì)的確定，應(yīng)以電動(dòng)汽車電氣安全檢測(cè)的需求為牽引，突出電動(dòng)汽車年審的技術(shù)急需，力求達(dá)到統(tǒng)籌兼顧;（3）標(biāo)準(zhǔn)體系的建立應(yīng)當(dāng)與現(xiàn)有電動(dòng)汽車標(biāo)準(zhǔn)保持協(xié)調(diào)統(tǒng)一，繼承已有成果，使整體達(dá)到最優(yōu);（4）標(biāo)準(zhǔn)體系的建立應(yīng)借鑒國(guó)外電動(dòng)汽車電氣安全檢測(cè)先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，有效利用國(guó)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系資源。

2.2電動(dòng)汽車電氣安全檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)體系框架

從電動(dòng)汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)角度考慮，電動(dòng)汽車電氣安全檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)體系包括：動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及DC/DC變換器等，它們是電動(dòng)汽車高壓電氣系統(tǒng)最為重要的組成部分。從檢測(cè)類別來看，電動(dòng)汽車電氣安全檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)體系包括：電池檢測(cè)、外觀檢測(cè)、上線檢測(cè)以及違章檢測(cè)等;從電動(dòng)汽車電氣安全的相關(guān)性質(zhì)來看，電動(dòng)汽車電氣安全檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)體系包括：基本性能、安全、互換性、技術(shù)要求等。電動(dòng)汽車基本性能標(biāo)準(zhǔn)主要包括能源效率、能耗、動(dòng)力性以及可靠性等;電動(dòng)汽車安全標(biāo)準(zhǔn)主要包括過充/過放、短路、過熱、擠壓、水浸、低氣壓、高溫/低溫、恒定溫?zé)嵋约皺C(jī)械撞擊等;互換性標(biāo)準(zhǔn)主要包括電動(dòng)汽車電氣安全檢測(cè)時(shí)尺寸和操作上的要求

。

3一般要求

常用的動(dòng)力蓄電池包括鋰離子電池、鎳氫蓄電池、鉛酸電池以及鋅空氣蓄電池等，其中，鋰離子蓄電池應(yīng)符合GJB4477-2002的要求，鎳氫蓄電池應(yīng)符合GBT15100-2016的要求，鉛酸電池應(yīng)符合GB/T18332.1-2001的要求，鋅空氣蓄電池應(yīng)符合GB/T18333.2-2015的要求。所有車輛都應(yīng)配備絕緣蓄電池，而且蓄電池單體連接應(yīng)遵循的原則為：任何兩個(gè)相鄰的蓄電池單體之間的標(biāo)稱直流電壓不能超過24V，安裝在金屬容器內(nèi)的蓄電池單體應(yīng)彼此絕緣。同時(shí)，動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)還應(yīng)保持無(wú)漏液現(xiàn)象和表面清潔，不能出現(xiàn)變形、劃痕和銹蝕。另外，當(dāng)車輛配備車載充電器時(shí)，應(yīng)符合GB5226.1-2008中的2.1-2.2，7.2.和8.1-8.2的要求。

4結(jié)語(yǔ)

本文研究在一定程度上彌補(bǔ)了我國(guó)在電動(dòng)汽車電氣系統(tǒng)安全檢測(cè)方法及標(biāo)準(zhǔn)制定方面的不足，對(duì)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義，為電動(dòng)汽車及其零部件的生產(chǎn)檢測(cè)和車輛年審檢測(cè)提供了有益的參考指標(biāo)。但由于受到電氣安全檢測(cè)方法的復(fù)雜性以及動(dòng)力電池等技術(shù)發(fā)展的影響，電動(dòng)汽車電氣系統(tǒng)安全檢測(cè)方法及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)仍有許多地方需要不斷完善，需要考慮標(biāo)準(zhǔn)體系的完善和電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展配合問題，考慮標(biāo)準(zhǔn)在電動(dòng)汽車行業(yè)中的應(yīng)用推廣問題等，這些都需要專業(yè)技術(shù)人員和標(biāo)準(zhǔn)制定者開展進(jìn)一步的深入研究，為我國(guó)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提供標(biāo)準(zhǔn)支撐和保障。

參考文獻(xiàn)

1張娟，席曉霞，張國(guó)強(qiáng).中美電動(dòng)汽車標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析的幾點(diǎn)結(jié)論[J].標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)，2014，（02）：72-75.

2何云堂，邵忠瑛.我國(guó)電動(dòng)汽車標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)及重點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)解讀[J].大眾標(biāo)準(zhǔn)化，2012，（09）：8-11.

3孫華.鋰電池技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展動(dòng)態(tài)[J].機(jī)械制造，2017，（05）：35-38.