電動汽車安全性能措施淺析

李松焱

（鐘山職業技術學院，江蘇 南京 210049）

1 高壓電的含義及危險

在裝配有高壓系統（HV）的汽車上安裝著工作電壓超過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。汽車上的高壓電網在工作時具有高達650V的直流電壓，峰值電流也非常高。

人體的所有運動都由生物電機制觸發，所有的肌肉反應都通過電刺激來控制。在人體內，這種電刺激通過神經束來傳導。觸摸導電高壓組件可能導致電流流過人體，超過30mA的直流電就會對脈搏造成暫時性的擾亂，具體情況取決于通電時間的長短。更高的穿體電流還會造成嚴重的內部燒傷，可能引起昏迷、持續抽搐、心室纖維顫動、心跳和呼吸停止等。電氣系統兩極連接短路會形成電弧，對人體造成嚴重的外部燒傷和眼睛灼傷等。

2 電動汽車安全裝置

2.1 高壓安全

（1）高壓安全標示。高壓組件上要有安全標識、線束顏色標志、警示牌等。在電動汽車上，導線的顏色表示特定的含義，尤其對一些橙黃色導線要特別注意，因為這可能有高壓危險。

（2）防止直接接觸。在高壓電動車行駛時，電池調節控制單元發出約500V的測試電壓，其電流值很低，所以對人體無害。如果所有高壓組件都正確絕緣和屏蔽，那么控制單元會計算并對比事先設置的高壓系統總電阻。如果由于外部損壞使導線絕緣導破損，絕緣電阻發生改變，控制單元通過電阻改變識別到此絕緣故障。故障嚴重程度不同，汽車組合儀表會出現不同的提示。電動汽車的動力電池帶有高壓電系統，在汽車“熄火”的狀態下如果沒有足夠的安全防護標準，依然可能對人或動物產生傷害。整車廠為了避免個人檢修帶來的危險，除了加防凍液等簡單操作外，整車設計也將逐步采取電器元件的封閉式設計。早期出品的電動乘用車產品打開“發動機艙”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品，前后機艙大都采用封閉式設計，部分產品的前后機艙則變成了儲物倉。

（3）防止間接接觸。電動汽車高壓系統對車身接地斷路稱為電隔離，電隔離可防止意外斷路致使車身接地通電。為了實現電隔離，高壓組件具備一個專門的電位平衡裝置。電動汽車控制線路是一個低壓系統，是完全獨立的安全系統，用于確定所有高壓組件是否都正確地連接在高壓系統上，如圖1所示。一旦某一高壓部件的高壓觸點斷開，控制電路就會斷開，高壓電池會從高壓電網中脫離。

圖1 控制電路閉合

（4）防水涉水安全。電動汽車還應具備一定的防水性能，傳統燃油車涉水后最大的風險只是無法行駛，而電動汽車涉水后還可能引發觸電風險。所以電動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

（5）碰撞安全。為保證事故中駕乘人員、救護人員及事故車維修人員的安全，必須關閉高壓系統，使高壓電網斷電、高壓系統通過安全氣囊控制單元與撞擊識別功能連接，如圖2所示。一旦安全氣囊控制單元識別到發生事故且安全帶拉緊器或安全氣囊觸發，它就會通過CAN要求電池調節控制單元斷開保護繼電器。如果只有一次碰撞，安全帶拉緊器觸發，重新啟動點火開關就可以使繼電器閉合；如果發生了二次碰撞，安全帶拉緊器和安全氣囊觸發，只能用VAS檢測儀（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，那么在高壓設備的充電電路中還裝有額外的保護繼電器。只有當系統確定充電觸點已連接且存在電壓時，保護繼才會將高壓電池與充電觸點連接。保證即使在下雨或觸點潮濕的情況下，充電過程也安全可靠。

2.2 功能安全

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

（2）操作安全。電動汽車不需要變速箱就可以通過改變電機旋轉方向來實現前進和倒車兩個行駛方向轉換。若是此類驅動電機類型，那么安全標準就要求：前進和倒車兩個行駛方向的轉換，應通過駕駛員兩個不同的操作動作來完成，或者如果僅通過駕駛員的一個操作動作來完成，應使用一個安全措施使模式轉換只能在車輛靜止或低速時才能夠完成。也就是說，該類電動汽車，在向前行駛過程應該不能直接切換倒擋，或者即使能夠在前進行駛中切換倒擋，電動汽車也不會立刻倒車行駛，只能等車輛靜止或低速后才能倒車。 由于電動汽車具有高壓危險性，所以只有具有專門資質的人員可以在高壓系統上進行作業，維修過程中必須做好高壓電的防護。

3 國家法律法規的完善

伴隨著電動汽車技術突飛猛進，對電池安全性的質疑也一直不絕于耳。針對這方面的質疑聲，國家也出臺了相關標準，現有標準GB/T 18384-2015《電動汽車安全要求》、GB/T 31498-2015《電動汽車碰撞后安全要求》等。中國電動汽車安全標準存在“電動汽車安全標準目前都是推薦性標準”、“商用車領域的安全標準被忽視”、“缺少被動安全試驗項目”等問題。

為彌補相關缺失，各地也制定了相應的地方標準。如上海市于2012年11月1日起實施地方標準《電動乘用車運行安全和維護保障技術規范》，為新能源汽車在上海的示范運行起到重要的技術支撐作用。該標準主要內容在參考GB/T 28382-2012《純電動乘用車技術條件》的基礎上，在汽車安全性、動力性能、可靠性、安全監控要求和維修服務、事故救援等方面進行補充細化，能基本滿足上海市電動乘用車示范運行相關安全使用和維護保障等基本要求。其中明確規定了電動車示范運行企業在上海應具有完善的售后服務體系，應有5家以上授權合格的電動汽車維修服務站點，并布置在合理的服務區域，確保能為客戶提供24h不間斷保障服務。車輛的質保期應為3年或8萬km，動力電池應為5年或10萬km。

工業和信息化部于2018年1月24日發布了《電動汽車安全要求（征求意見稿）》、《電動汽車用鋰離子動力蓄電池安全要求（征求意見稿）》、《電動客車安全要求（征求意見稿）》三項強制性國家標準征求意見稿。在此次的征求意見稿中，工信部重點強調了關于純電動車電壓等級、人員觸電防護要求、試驗方法等三個方面的內容。針對市面上絕大多數電動汽車采用單速變速箱的問題，征求意見稿中也指出了：關于純電動汽車行駛過程中，為防止誤操作觸發檔位切換造成事故，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下，才可以切換檔位，以免發生危險。此外，在《電動汽車用鋰離子動力蓄電池安全要求》的征求意見稿中，也對鋰離子電池單體過充的問題提出了新要求。為了提高鋰離子電池充電過程中的安全性，擬將充電時的截止條件規定為“1.1倍電壓或115%SOC”，從而降低動力電池在充電時的安全隱患，如圖3所示。

圖3 充電截止條件

相信隨著國家電動汽車法律法規的完善，在相關汽車廠商研發力量的支撐下，電動汽車的安全性能將會越來越高。

參考文獻

［1］Alan.征求意見稿：未來電動汽車將由國家強制性安全標準［DB/O蘊］.http://www.pconline.com.cn/autotech/1077/10777947.html.

［2］俞佳.上海：《電動汽車安全標準》11月1日起實施［DB/O蘊］.http://www.d1ev.com/news/shichang/15992.?