電動汽車碰撞試驗防護(hù)措施研究

師玉濤 劉濤

【摘 ?要】電動汽車由于裝配有高壓動力蓄電池，在碰撞試驗過程中，除了應(yīng)該關(guān)注駕乘人員的損傷安全外，也需要同時關(guān)注高壓動力蓄電池的安全。本文基于電動汽車的特殊性，結(jié)合碰撞試驗過程中所用到的特殊設(shè)備，對各種防護(hù)措施進(jìn)行了相關(guān)研究，為各碰撞試驗室提供了理論基礎(chǔ)和指導(dǎo)依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】電動汽車;高壓;動力蓄電池;安全;防護(hù)

前言

隨著各地限行措施的常態(tài)化實(shí)施，新能源電池車輛越來越多地受到消費(fèi)者的青睞，并逐漸走入各個家庭。為了能夠在汽車發(fā)展浪潮中占有重要的一席之地，各個車企也不斷加大對新能源電池車輛的研發(fā)投入，深耕細(xì)作研發(fā)技術(shù)。碰撞安全試驗作為車輛碰撞安全性能驗證把關(guān)的重要環(huán)節(jié)，有著極其重要的作用。

新能源電池車輛的動力源來自于其匹配的高壓動力蓄電池，一般工作時電壓輸出可達(dá)400V。為了驗證車輛發(fā)生碰撞過程中的高壓安全性，要求在開展實(shí)車碰撞試驗時，必須在保證高壓動力蓄電池充滿電的前提下，處于完全工作狀態(tài)下進(jìn)行[1]。因此，整體試驗過程中的人員和設(shè)備安全防護(hù)措施尤為重要。

1 電動汽車碰撞試驗防護(hù)措施研究必要性

1.1 電動汽車碰撞后風(fēng)險形式

電動汽車電控系統(tǒng)主要包括：動力蓄電池、高壓電路、以及負(fù)載端用電設(shè)備，例如電機(jī)等，其中動力蓄電池是具有能量密度極高的儲能單元，在遭受碰撞后由于車輛金屬部件侵入極易造成蓄電池內(nèi)部短路，同時伴隨電解液泄漏，從而造成起火甚至爆炸的風(fēng)險[2]。由于碰撞事故導(dǎo)致的火災(zāi)不勝枚舉，2011年5月12日，美國高速公路安全管理局（NHTSA）對雪佛蘭沃藍(lán)達(dá)（Volt）進(jìn)行了側(cè)面碰撞測試，停在NHTSA測試中心后起火;2013年10月1日，一輛Tesla Model S轎車在美國西雅圖南部的公路上發(fā)生車禍起火，事故中的大型金屬物體直接沖擊了Tesla Model S電池組中的一個模塊，導(dǎo)致電池著火。

另外，碰撞事故導(dǎo)致車輛部件擠壓高壓電路與其連成一體，存在車輛帶電引發(fā)車上人員或車外人員觸電的風(fēng)險。但目前尚無司乘人員以及試驗人員觸電報告的案例。

1.2 碰撞試驗風(fēng)險識別

碰撞試驗是按照特定的試驗方法和程序進(jìn)行操作，模擬實(shí)車碰撞事故，司乘人員用假人替代。因此碰撞事故中發(fā)生的危險，也會反映到碰撞試驗中。車身帶電引發(fā)試驗人員觸電事故、動力電池短路、電解液泄漏引發(fā)的火災(zāi)導(dǎo)致人員燒傷、中毒等以及試驗設(shè)備財產(chǎn)損失是兩個重要的防范風(fēng)險點(diǎn)。試驗前也需要特別注意試驗人員觸電的風(fēng)險。

2 ?試驗實(shí)施過程安全防護(hù)措施

2.1試驗條件

試驗場地應(yīng)包含充足的面積，為碰撞壁障、各種高速攝影設(shè)備（或攝像記錄設(shè)備）、安全的觀察區(qū)域和試驗車輛加速到期望速度等提供場所?？拷鲎矃^(qū)域前至少5m的區(qū)域應(yīng)水平、無任何的能影響車輛垂直加速或位移的不規(guī)則表面。

牽引系統(tǒng)應(yīng)滿足試驗車輛加速度要求，具有合適的導(dǎo)向來牽引或者驅(qū)動試驗車輛加速至碰撞速度。車輛牽引至目標(biāo)速度過程中，前半程加速、后半程勻速，速度控制精度要控制在±0.2 km/h。

2.2試驗車輛檢查接收環(huán)節(jié)

檢查車輛儀表顯示情況，確認(rèn)高壓電是否能夠接通。接下來檢查機(jī)艙內(nèi)高壓線束安裝情況是否可靠，有無破損。檢查動力蓄電池安裝情況，螺栓緊固情況。將車輛開關(guān)置于ready狀態(tài)，監(jiān)控了解動力蓄電池的溫度。

2.3試驗準(zhǔn)備階段

試驗準(zhǔn)備前需斷開點(diǎn)火開關(guān)、低壓蓄電池負(fù)極及手動維修開關(guān)。車輛高壓零部件拆卸使用絕緣工具并佩戴絕緣手套及絕緣鞋。前機(jī)艙內(nèi)配重不能使用可以導(dǎo)電的液體。車身打孔安裝設(shè)備應(yīng)盡量遠(yuǎn)離動力蓄電池。斷開動力蓄電池與高壓線的連接，佩戴絕緣手套使用絕緣電阻測試儀測量負(fù)載端絕緣電阻。對正負(fù)極高壓線進(jìn)行破口接線，安裝高壓測量設(shè)備（絕緣測試儀）。同時，試驗前要在碰撞區(qū)域放置泡沫滅火器、消防安全服等。試驗準(zhǔn)備過程要時刻備有電壓表、紅外測溫儀、溫度監(jiān)控儀、絕緣手套及絕緣鞋等工具。

2.4碰撞前安全措施實(shí)施

首先接通手動維修開關(guān)，接通低壓蓄電池，并緊固正負(fù)極柱，測量低壓蓄電池電壓。點(diǎn)火開關(guān)確認(rèn)處于ready狀態(tài)。檢查動力蓄電池電量，確認(rèn)其滿足試驗要求。設(shè)置絕緣測試儀至數(shù)據(jù)采集狀態(tài)，讀取試驗前動力蓄電池絕緣電阻及V1、V2數(shù)值并記錄[3]。

3碰撞后安全措施探討研究

由于試驗車輛為研發(fā)階段車輛，碰撞試驗完成后，是整個碰撞試驗電安全測試的關(guān)鍵階段，所以此階段對人員和測試的安全防護(hù)必須做到精細(xì)化，并在實(shí)際試驗實(shí)施前期開展必要的專人演練。我們可以將碰撞后的整個試驗車輛狀態(tài)檢查、數(shù)據(jù)下載等過程分為三個主要階段：

第一階段，碰撞后第一時間，首先要安排專人確認(rèn)并監(jiān)控動力蓄電池溫度，這里考慮使用紅外測溫儀和溫度監(jiān)控儀雙重措施。若無溫度升高，專業(yè)高壓檢測試驗人員首先進(jìn)入試驗區(qū)域，需佩戴絕緣手套，穿絕緣鞋，整套消防服。通過絕緣測試儀數(shù)值顯示查看試驗車輛斷電情況，確認(rèn)車輛已斷電后，檢查儀表顯示狀態(tài)（ready燈熄滅）;采集絕緣測試儀記錄的數(shù)據(jù)，查看車輛高壓斷電時間;確認(rèn)車載各測試設(shè)備不帶電。

第二階段，其他進(jìn)行數(shù)據(jù)下載的試驗人員進(jìn)入試驗車輛區(qū)域，并按規(guī)范下載數(shù)據(jù)、車載高速攝像，并拍攝試驗后照片。數(shù)據(jù)下載采集完成，拆除假人、加速度傳感器，以及車載相機(jī)、數(shù)據(jù)采集等設(shè)備，在這里要強(qiáng)調(diào)的是，為了防止異常情況發(fā)生，建議將所有車載設(shè)備固定裝置都設(shè)計為“快裝快拆”的卡接形式，并在前期進(jìn)行必要的多人協(xié)作演練，保證整個過程時間緊湊。

特殊說明：在前兩個階段工作過程中，要求溫度監(jiān)控人員必須專人實(shí)時監(jiān)控，如有溫度異常（溫度急劇升高或者溫度上升超過10℃）需及時通知測試人員撤離試驗區(qū)域，另外，在靠近試驗區(qū)域的周圍建議設(shè)置降溫水池，如溫度上升并不急劇，可考慮將試驗后車輛推入水池降溫。如試驗車輛有煙霧冒出，所有人員應(yīng)遠(yuǎn)離試驗車輛，防止吸入有毒氣體。當(dāng)高壓電池著火時，滅火需要使用大量、持續(xù)的消防水。滅火人員需佩戴整套消防服及防毒面具，滅火人員不建議進(jìn)入5m以內(nèi)的區(qū)域作業(yè)。如有電解液泄漏，作業(yè)人員應(yīng)佩戴防毒面具，并控制外部火源，避免電解液被引燃。

第三階段，車輛靜置及存放環(huán)節(jié)。需斷開手動維修開關(guān)及低壓蓄電池負(fù)極。試驗車輛在試驗完成后應(yīng)放置于試驗室外部停車場并遠(yuǎn)離其他試驗車，或者放置于設(shè)計有專門靜置舉升架和降溫水池的專門區(qū)域。試驗車存放需有專門標(biāo)識，明確人員不得靠近。并且至少連續(xù)七天監(jiān)控試驗后車輛動力蓄電池狀態(tài)（或拆除動力蓄電池）。露天放置如遇雨雪天氣需給車輛罩好車衣，消除短路的隱患

4 總結(jié)

本文通過細(xì)致拆分新能源電池車輛碰撞試驗過程中各個重要階段，總結(jié)詮釋了一種安全可行的系統(tǒng)防護(hù)措施，對各個碰撞試驗室開展試驗防護(hù)提供了理論參考。

參考文獻(xiàn)：（References）

[1] C-NCAP 管理規(guī)則（2018年版）[S]中國汽車技術(shù)研究中心，2018

[2] 李元梅，電動汽車火災(zāi)危險性探討及其對策研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016-12：289

[3] 新能源汽車安全指南征求意見稿（2018年版）[S]中國汽車工業(yè)協(xié)會，2018

作者簡介：

師玉濤，長城汽車股份有限公司，學(xué)士學(xué)位，工程師，碰撞安全與測試。

（作者單位：長城汽車股份有限公司技術(shù)中心河北省汽車工程技術(shù)研究中心）