新能源汽車碰撞后電安全防護(hù)策略

摘 要：隨著新能源汽車的發(fā)展，新能源汽車的被動(dòng)安全技術(shù)非常值得研究，尤其是碰撞后電安全。因此，對(duì)比現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB31498-2021、C-NCAP 2024在碰撞后電安全防護(hù)策略方面，進(jìn)行了深入的理論剖析。此外，深入分析了6款新能源汽車碰撞后電安全結(jié)果。

關(guān)鍵詞：新能源汽車 電安全 防護(hù)策略

汽車是現(xiàn)代文明的重要組成部分，是人類智慧的結(jié)晶[1]。隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，其安全性問(wèn)題日益受到關(guān)注，特別是在碰撞事故后的電安全方面。電動(dòng)汽車搭載了高壓電池系統(tǒng)，一旦發(fā)生碰撞，若未能有效管理電安全，極可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，包括電擊、火災(zāi)甚至爆炸，對(duì)乘客和救援人員構(gòu)成巨大威脅。因此，確保電動(dòng)汽車在碰撞后的電安全已成為行業(yè)亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

為了讓新能源汽車得到更好的健康發(fā)展，國(guó)家制定了嚴(yán)格的新能源汽車碰撞標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，涉及了碰撞后乘員防觸電保護(hù)等方面[2]。GB31498-2021[3]是中國(guó)針對(duì)電動(dòng)汽車碰撞后安全要求的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，它詳細(xì)規(guī)定了電動(dòng)汽車在碰撞后應(yīng)滿足的電安全性能指標(biāo)，包括電壓安全、電能安全、物理防護(hù)和電力系統(tǒng)負(fù)載端絕緣電阻等方面。該標(biāo)準(zhǔn)旨在通過(guò)嚴(yán)格的測(cè)試，確保電動(dòng)汽車在碰撞后能夠有效避免電安全風(fēng)險(xiǎn)。

C-NCAP（中國(guó)新車評(píng)價(jià)規(guī)程）也將電動(dòng)汽車的電安全納入其評(píng)價(jià)體系，對(duì)電動(dòng)汽車在碰撞后的電安全性能提出了更高要求。CNCAP通過(guò)真實(shí)碰撞場(chǎng)景，對(duì)電動(dòng)汽車的電安全性能進(jìn)行全面評(píng)估，為消費(fèi)者提供更為準(zhǔn)確的購(gòu)車參考。

新能源汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，其安全性尤其是碰撞后電安全備受矚目。GB 31498-2021、C-NCAP 作為重要的汽車安全標(biāo)準(zhǔn)，在新能源汽車碰撞后電安全領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵的規(guī)范與指導(dǎo)作用。深入對(duì)比分析這些標(biāo)準(zhǔn)，有助于汽車制造商精準(zhǔn)把握不同市場(chǎng)的安全要求，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新與進(jìn)步。

本文作者主要對(duì)電動(dòng)汽車的特殊性，即碰撞后的電安全測(cè)試，從標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試技術(shù)方面進(jìn)行分析和研究。

1 標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

隨著電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，其安全性問(wèn)題日益受到社會(huì)關(guān)注，尤其是在碰撞事故后的電安全方面。近年來(lái)，電動(dòng)汽車碰撞事故頻發(fā)，其中涉及電池包受損、高壓電線裸露等導(dǎo)致的電擊、火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，成為業(yè)界和消費(fèi)者共同擔(dān)憂的焦點(diǎn)。因此，國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如GB31498-20221、C-NCAP（中國(guó)新車評(píng)價(jià)規(guī)程）均對(duì)電動(dòng)汽車碰撞后的電安全提出了嚴(yán)格要求。

GB31498-2021標(biāo)準(zhǔn)是中國(guó)針對(duì)電動(dòng)汽車安全性的重要規(guī)范，它詳細(xì)規(guī)定了電動(dòng)汽車在碰撞后應(yīng)滿足的電安全要求，這些要求旨在確保車輛在發(fā)生碰撞后，高壓系統(tǒng)能夠迅速斷電，避免對(duì)乘員造成二次傷害。

C-NCAP 2024則是對(duì)中國(guó)市場(chǎng)上新車進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的體系，其中也包含了電動(dòng)汽車碰撞后的電安全測(cè)試。該標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)模擬真實(shí)碰撞場(chǎng)景，評(píng)估車輛在碰撞后的電安全性能，包括物理防護(hù)的完整性、電壓控制的合理性、電能管理的有效性以及絕緣電阻的穩(wěn)定性。

2 標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)比及其出發(fā)點(diǎn)

在電動(dòng)汽車碰撞后的電安全理論分析方面，GB31498和C-NCAP均提出了詳盡的規(guī)范，旨在確保車輛在極端情況下的電安全。從表1來(lái)看，雖然GB/T 31498與CNCAP 2024電安全要求相一致，但評(píng)判的結(jié)果卻完全不同，GB/T 31498中要求在物理防護(hù)、電壓、電能、絕緣電阻的四項(xiàng)中滿足一項(xiàng)，即為滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，而在2024版CNCAP中，需要四個(gè)工況均滿足要求，才能拿到相對(duì)應(yīng)的星級(jí)，同時(shí)電壓或電能為必選項(xiàng)，這兩項(xiàng)必須有一項(xiàng)滿足條件才能獲得相應(yīng)的星級(jí)，此外如果在試驗(yàn)結(jié)束后5min內(nèi)如果發(fā)生著火現(xiàn)象（目測(cè)到明火），則該車被降一個(gè)星級(jí)。下文則針對(duì)國(guó)標(biāo)以及CNCAP中電解液、電池包位移以及特殊要求中所涉及的點(diǎn)進(jìn)行解讀。

2.1 電解液泄漏監(jiān)測(cè)的安全考慮

2.1.1 防止電解液對(duì)乘客的危害

電解液在電動(dòng)汽車電池中扮演著至關(guān)重要的角色，但其腐蝕性或毒性也構(gòu)成潛在危險(xiǎn)。若電解液泄漏進(jìn)入乘客艙或行李艙，可能對(duì)乘客或救援人員造成傷害。因此，要求在碰撞后30分鐘內(nèi)進(jìn)行電解液泄漏監(jiān)測(cè)，可以確保即使在事故發(fā)生后的初期階段，乘客和救援人員仍能得到足夠的時(shí)間進(jìn)行疏散和救援。

2.1.2 減少火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)

電解液泄漏可能會(huì)與火源或高溫部件接觸，增加火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。規(guī)定在碰撞后30分鐘內(nèi)進(jìn)行泄漏檢測(cè)，有助于確保電解液泄漏不會(huì)引發(fā)火災(zāi)或爆炸，尤其是鋰電池電解液具有高度易燃性。

2.1.3 考慮碰撞后的環(huán)境變化

碰撞后的壓力和溫度變化可能會(huì)影響電解液泄漏情況。30分鐘的監(jiān)測(cè)窗口允許在變化的環(huán)境條件下觀察泄漏動(dòng)態(tài)，確保電解液不會(huì)因外界因素引發(fā)新的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.1.4 提供足夠的救援時(shí)間

在發(fā)生碰撞后的緊急救援通常需要一定的時(shí)間才能到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)。30分鐘的監(jiān)測(cè)期可以確保在此時(shí)間內(nèi)，電解液泄漏不會(huì)增加對(duì)救援人員的安全威脅，為救援行動(dòng)提供更多時(shí)間。

2.2 電池包位移安全要求

2.2.1 電池包位移的風(fēng)險(xiǎn)防范

電池包是電動(dòng)汽車的核心部件，內(nèi)部包含大量電芯、電路和控制系統(tǒng)。規(guī)定電池包在碰撞后不應(yīng)發(fā)生位移，主要是為了保護(hù)電氣系統(tǒng)的完整性。若電池包發(fā)生位移，可能導(dǎo)致電氣組件損壞，增加短路、過(guò)熱、火災(zāi)甚至爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.2 避免電池包結(jié)構(gòu)受損

電池包通常設(shè)計(jì)在車輛底盤(pán)或特定位置，以提供機(jī)械保護(hù)。若碰撞導(dǎo)致電池包位移，可能撞擊其他部件，破壞電池包結(jié)構(gòu)，甚至引發(fā)電芯破裂或電解液泄漏。

2.2.3 防止二次碰撞傷害

電池包是一塊較重的組件，若位移，可能撞擊車內(nèi)其他部件或進(jìn)入乘客艙，增加二次傷害的風(fēng)險(xiǎn)。位移還可能改變車輛重心，影響其穩(wěn)定性，導(dǎo)致車輛失控或操作困難。

2.2.4 降低熱失控的風(fēng)險(xiǎn)

電池包位移可能導(dǎo)致熱管理系統(tǒng)的損壞，進(jìn)而引發(fā)電池?zé)崾Э?，造成起火或爆炸。確保電池包穩(wěn)定位置，可以有效降低這一風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.5 增加救援安全性

碰撞后，救援人員需要處理事故車輛。如果電池包發(fā)生位移，救援難度會(huì)增加，且救援人員面臨更大的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，規(guī)定電池包不應(yīng)位移，有助于提供更安全的救援環(huán)境。

2.3 電池包起火或爆炸的控制要求

2.3.1 防止二次傷害

如果電池包在碰撞后的30分鐘內(nèi)起火或爆炸，可能導(dǎo)致乘客二次傷害，尤其是在乘客尚未完全疏散的情況下。確保30分鐘內(nèi)電池包不發(fā)生火災(zāi)，有助于乘客獲得更多的疏散時(shí)間。

2.3.2 保障救援人員安全

電池包在碰撞后可能會(huì)發(fā)生起火或爆炸，增加救援人員的安全風(fēng)險(xiǎn)。規(guī)定30分鐘內(nèi)電池包不應(yīng)起火或爆炸，有助于為救援人員提供更安全的工作環(huán)境。

2.3.3 減少熱失控風(fēng)險(xiǎn)

碰撞可能對(duì)電池包內(nèi)部電芯和冷卻系統(tǒng)造成損害，增加熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。規(guī)定30分鐘內(nèi)無(wú)火災(zāi)或爆炸，有助于為熱失控的監(jiān)測(cè)和預(yù)防提供足夠時(shí)間。

2.3.4 避免環(huán)境污染

電池包發(fā)生火災(zāi)或爆炸時(shí)，可能會(huì)泄漏有害物質(zhì)，如電解液或金屬，污染環(huán)境。規(guī)定30分鐘內(nèi)不應(yīng)起火或爆炸，能夠有效降低環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3.5 控制火災(zāi)蔓延

電池包起火可能迅速蔓延至整車，甚至擴(kuò)展至周圍物體，增加事故的嚴(yán)重性。規(guī)定30分鐘內(nèi)不發(fā)生火災(zāi)蔓延，能夠有效降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

2.3.6 提供評(píng)估和處理時(shí)間

30分鐘的時(shí)間窗口為技術(shù)人員提供了充足的時(shí)間對(duì)車輛進(jìn)行評(píng)估和初步處理，如切斷電源或防止二次碰撞等。

規(guī)定電動(dòng)汽車碰撞后30分鐘內(nèi)電池包不應(yīng)起火或爆炸，主要是為了確保乘客、救援人員以及環(huán)境的安全。通過(guò)對(duì)電解液泄漏、電池包位移和起火爆炸等情況的嚴(yán)格要求，能夠有效降低電動(dòng)汽車在碰撞后引發(fā)的火災(zāi)和爆炸風(fēng)險(xiǎn)，從而提升電動(dòng)汽車的整體安全性。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

選取了6款純電動(dòng)汽車的研發(fā)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。其電安全測(cè)量結(jié)果全部符合。對(duì)電安全結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)每款車型在防觸電保護(hù)條款中選項(xiàng)條款的通過(guò)情況不同。

從圖1中可以看到，在MPDB工況中6款車型的物理防護(hù)和絕緣電阻條款全部符合要求。表明了企業(yè)對(duì)高壓部件及線束防碰撞設(shè)計(jì)非常合理，保證了車內(nèi)乘員和相關(guān)救援人員的安全。對(duì)于電壓和電能兩個(gè)條款不符合的原因做了調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)是因?yàn)榕鲎埠筌囕v的正對(duì)地和負(fù)對(duì)地的電壓沒(méi)有在60s內(nèi)滿足要求。企業(yè)需要調(diào)整碰撞后正對(duì)地和負(fù)對(duì)地的放電速率。電能不符合的原因主要是正負(fù)間的電壓下降速率緩慢，導(dǎo)致電能不通過(guò)。企業(yè)應(yīng)調(diào)整相關(guān)策略，保證碰撞后車輛主動(dòng)放電的功能能夠?qū)嵤?/p>

從圖2中可以看到，在FRB工況中6款車的電能、物理防護(hù)和絕緣電阻條款都符合要求。同一款車型在FRB和MPDB結(jié)果中電壓都沒(méi)有符合，但電能在FRB工況是符合的。從碰撞工況分析的角度出發(fā)，MPDB工況為偏置碰撞，其對(duì)于車輛前部壓潰的情況比FRB工況嚴(yán)重，前機(jī)艙高壓部件及線束受到的擠壓程度較大。因此推斷MPDB工況對(duì)于高壓線束及高壓部件的防護(hù)設(shè)計(jì)不足，極有可能影響車輛放電速率。

從圖３中可以看到，在POLE及側(cè)碰工況中6款車的電能、物理防護(hù)和絕緣電阻條款都符合要求。同一款車型在四個(gè)工況中電壓都沒(méi)有符合，反應(yīng)了其在碰撞后下電方面存在一定問(wèn)題，需要后續(xù)改進(jìn)。

在上述6車的全工況碰撞試驗(yàn)中，試驗(yàn)后均沒(méi)有電解液泄漏和起火爆炸發(fā)生，保護(hù)了乘員及救援人員的安全。

4 總結(jié)

本研究通過(guò)對(duì)GB31498-2021、C-NCAP2024在電動(dòng)汽車碰撞后電安全方面的對(duì)比分析，深入探討了電壓安全、電能安全、物理防護(hù)和電力系統(tǒng)負(fù)載端絕緣電阻等關(guān)鍵要素。

GB31498-2021標(biāo)準(zhǔn)在評(píng)價(jià)車輛碰撞后電能安全、電壓安全、物理防護(hù)和電力系統(tǒng)負(fù)載端絕緣電阻時(shí)，車輛滿足其中一項(xiàng)即可，相比于2024版CNCAP中，需要四個(gè)工況均滿足要求，才能拿到相對(duì)應(yīng)的星級(jí)，同時(shí)電壓或電能為必選項(xiàng)，這兩項(xiàng)必須有一項(xiàng)滿足條件才能獲得相應(yīng)的星級(jí)。在評(píng)定車輛碰撞后電安全CNCAP的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)苛。

通過(guò)6款碰撞后車型電安全對(duì)比，可以看出在物理防護(hù)和絕緣電阻方面沒(méi)有不通過(guò)的情況存在，說(shuō)明企業(yè)對(duì)高壓部件及線束防碰撞設(shè)計(jì)非常合理；對(duì)于電壓、電能三個(gè)碰撞工況中均有不通過(guò)情況存在，反映出企業(yè)需要調(diào)整碰撞后正對(duì)地和負(fù)對(duì)地的放電速率，以及企業(yè)應(yīng)調(diào)整相關(guān)策略，保證碰撞后車輛主動(dòng)放電的功能能夠?qū)嵤?。在設(shè)計(jì)上不同車型設(shè)計(jì)合理的放電電阻。

然而，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)仍存在一些局限性。例如，隨著電動(dòng)汽車技術(shù)的快速發(fā)展，新型電池材料和結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)，但現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)在更新速度和適應(yīng)性方面存在不足。不同國(guó)家和地區(qū)在電動(dòng)汽車電安全方面的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)存在差異，導(dǎo)致全球范圍內(nèi)電動(dòng)汽車電安全性能的評(píng)估和監(jiān)管缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

未來(lái)，建議加強(qiáng)電動(dòng)汽車碰撞后電安全標(biāo)準(zhǔn)的更新和完善，提高標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)性和前瞻性。推動(dòng)全球范圍內(nèi)電動(dòng)汽車電安全標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一和協(xié)調(diào)，加強(qiáng)國(guó)際合作與交流，共同提升電動(dòng)汽車的安全性能。還應(yīng)加強(qiáng)電動(dòng)汽車制造商的電安全技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新，推動(dòng)電動(dòng)汽車在安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性方面的全面提升。

參考文獻(xiàn)：

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