新能源汽車碰撞后電氣安全性分析

張曉旭

摘要：隨著我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，新能源汽車的安全性問題日益顯露出來(lái)，新能源汽車碰撞后的電安全研究也受到重視。然而新能源汽車的電安全研究，首先要熟悉高壓電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，然后才能對(duì)高壓電氣系統(tǒng)的安全性和動(dòng)力電池進(jìn)行分析研究，隨后制訂新能源汽車的安全防護(hù)策略，以保障新能源汽車行車的可靠性及人員的安全性。本文以新能源汽車為研究對(duì)象，針對(duì)其高壓電安全性進(jìn)行分析研究，為新能源汽車的安全防護(hù)設(shè)計(jì)和新能源汽車碰撞后電氣安全性能的評(píng)價(jià)提供一定的指導(dǎo)價(jià)值。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;電氣安全;碰撞

0? 引言

新能源汽車在結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)燃油汽車存在很大差異，這就使新能源汽車在安全性的設(shè)計(jì)研究方面與傳統(tǒng)燃油汽車的不同，但是傳統(tǒng)燃油汽車設(shè)計(jì)理念是可以借鑒的，再充分考慮新能源汽車的結(jié)構(gòu)上的特殊性能，二者結(jié)合分析研究才能解決新能源汽車的安全性問題。

新能源汽車（以純電動(dòng)汽車為例）在結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)燃油汽車的異同如表1。

由上可知，新能源汽車在結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)燃油汽車的不同，主要在于新能源汽車的動(dòng)力源的不同，新能源汽車行駛需要足夠的電能，而消耗的全部電能需要通過(guò)蓄電池來(lái)輸送，根據(jù)蓄電池技術(shù)目前的發(fā)展程度，純電動(dòng)汽車需要體積龐大、重量達(dá)幾百斤重的蓄電池才足以支撐。

另外一方面差異表現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)方式上的不同，電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)是新能源汽車（電動(dòng)汽車）的核心，通過(guò)柔性的高壓電線傳輸動(dòng)力電源的能量。這兩方面的不同，使功能強(qiáng)大、技術(shù)復(fù)雜的新能源汽車的剛度下降，這就意味著傳統(tǒng)燃油汽車的整體式結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)就此被打破，隨著新能源汽車不斷被推進(jìn)，新能源汽車的碰撞安全性的研究就很重要很急迫。

1? 電動(dòng)汽車安全分析

電動(dòng)汽車的電力系統(tǒng)是由電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)和輔助控制系統(tǒng)組成的（如圖1）。

由于電力系統(tǒng)的存在，新能源汽車就會(huì)存在“短路”的風(fēng)險(xiǎn)，又由于此系統(tǒng)中存在高能載體，使新能源汽車就可能在能量釋放的瞬間出現(xiàn)起火和爆炸的危險(xiǎn)，電動(dòng)汽車的安全性可以總結(jié)為以下幾個(gè)方面。

1.1 高壓電安全方面

高壓電的存在使人員存在潛在的接觸觸電傷害。電力系統(tǒng)負(fù)載和動(dòng)力電池可能在碰撞過(guò)程中，造成外殼破裂，或者絕緣保護(hù)破損，從而使人員直接與高壓帶電部件接觸，或者因?yàn)槁╇姡率乖静粠щ姷目蓪?dǎo)電外殼帶電，而導(dǎo)致人員間接接觸產(chǎn)生觸電風(fēng)險(xiǎn)。

任何與電有關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)，比如短路防護(hù)、電位均衡、絕緣電阻、絕緣狀態(tài)監(jiān)控、高低壓隔離和故障自診斷等都必須是分析研究的重點(diǎn)。也就是說(shuō)高壓電的安全，不僅要考慮被動(dòng)防護(hù)，還要考慮如何進(jìn)行主動(dòng)防護(hù)和故障的自診斷，將一切風(fēng)險(xiǎn)扼殺在萌芽中，將風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

1.2 化學(xué)安全

在碰撞發(fā)生時(shí)，高能量的動(dòng)力蓄電池可能會(huì)因?yàn)閿D壓力的作用而產(chǎn)生容積減小、內(nèi)壓增大的現(xiàn)象，引起蓄電池短路起火甚至爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。由于動(dòng)力蓄電池內(nèi)含有電解液，其具有腐蝕性，在碰撞發(fā)生的一瞬間，壓力突然增大，引起動(dòng)力蓄電池外殼破裂，造成電解液飛濺、泄露、起火、爆炸等，如果電解液進(jìn)入到乘客室，就極可能對(duì)乘員造成電化學(xué)腐蝕或者被電解液灼傷皮膚的風(fēng)險(xiǎn)。除此之外，也有可能由于動(dòng)力蓄電池長(zhǎng)時(shí)間的存儲(chǔ)、長(zhǎng)距離運(yùn)輸、電芯過(guò)充電、電芯過(guò)放電等情況的存在使動(dòng)力蓄電池存在安全隱患。確保在碰撞發(fā)生時(shí)動(dòng)力電池不產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)，這是必須要研究解決的問題。

1.3 機(jī)械沖擊安全

乘員除了受導(dǎo)高壓電氣的傷害，汽車上的乘員也存在的機(jī)械傷害的風(fēng)險(xiǎn)，主要表現(xiàn)在大質(zhì)量的動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)對(duì)新能源汽車車身的結(jié)構(gòu)的影響，新能源汽車上安裝的動(dòng)力蓄電池質(zhì)量大約為300kg，在碰撞發(fā)生時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的慣性力，這些可能會(huì)導(dǎo)致乘員造成機(jī)械沖擊傷害。所以還要對(duì)新能源汽車進(jìn)行機(jī)械防護(hù)，研究分析在碰撞發(fā)生時(shí)，任何可能引起安全風(fēng)險(xiǎn)的因素，確保在碰撞發(fā)生時(shí)人員的安全。

2? 新能源汽車碰撞后電氣安全及防護(hù)策略

新能源汽車電氣安全方面的評(píng)價(jià)只有安全和不安全之分，這將是新能源汽車的發(fā)展面臨的巨大考驗(yàn)，是對(duì)新能源汽車的整體安全性的設(shè)計(jì)以及子系統(tǒng)之間的控制提出的全新要求。如果防護(hù)不到，勢(shì)必會(huì)使新能源汽車存在安全隱患阻礙其市場(chǎng)推廣，但是如果防護(hù)過(guò)多，也會(huì)增加成本，增加新能源汽車的質(zhì)量，同樣阻礙其發(fā)展。

2.1 防觸電保護(hù)

防觸電保護(hù)包括：低壓電保護(hù)、低電能保護(hù)、物理防護(hù)、絕緣電阻防護(hù)等四個(gè)方面。只要能夠保證其中一項(xiàng)滿足要求，就可以保證在新能源汽車發(fā)生碰撞后車輛的安全性能，防止人員發(fā)生觸電的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 電解液泄露要求

一般要求在發(fā)生碰撞時(shí)直至碰撞結(jié)束的30min內(nèi)，REESS中不得有電解液溢出到乘客室，并且溢出的電解液量不能超過(guò)5.0L。

因?yàn)槠渌愋偷男铍姵睾茈y達(dá)到5.0L的溢出量，所以電解液溢出不能超出5.0L，這實(shí)際是對(duì)鉛酸蓄電池進(jìn)行的約束。采取的措施是盡量選用不易揮發(fā)、耐高溫、熱穩(wěn)定性好的溶劑，以降低碰撞中電解液泄露的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 REESS安全要求

防止REESS的移動(dòng)量過(guò)大而對(duì)人員造成傷害，對(duì)REESS的要求為：在碰撞后位于乘客艙室的REESS要保持在安裝位置，其內(nèi)部部件應(yīng)保持在外殼內(nèi)。采取的策略是，在電動(dòng)汽車的生產(chǎn)制造過(guò)程中，將電池集成在汽車的底盤上，也可以分裝在汽車底盤、后排座椅下方和前機(jī)蓋等處。

2.4 動(dòng)力電池安裝位置

由于動(dòng)力蓄電池是危險(xiǎn)的主要源是能量的集聚體，因此在碰撞過(guò)程中，要求動(dòng)力電池不能被損壞，其安裝位置是分析研究的重點(diǎn)。采取的策落是，將新能源汽車的動(dòng)力蓄電池，安裝在車輛變形侵入量相對(duì)較小的位置，例如可以安裝在汽車底盤下以及后備箱下方的后橋上或者安裝在汽車右前方的拱罩內(nèi)，以提高新能源汽車的碰撞電氣安全性能。

2.5 動(dòng)力蓄電池機(jī)械防護(hù)優(yōu)化

盡管將蓄電池安裝在了安全區(qū)域，但是也不能保證絕對(duì)的安全，所以還要對(duì)動(dòng)力蓄電池進(jìn)行更多的防護(hù)。如果動(dòng)力蓄電池分裝在后排座椅下方和后排座椅后橋上的電池包，可以采用梯形支撐來(lái)增加防撞性。如果電池安裝在車身左右門檻之間時(shí)，可以將地板橫梁和車身門檻分開，這樣可以阻礙從車身門檻傳遞到地板橫梁上的力。

3? 總結(jié)

由于人們對(duì)新能源汽車的認(rèn)知還沒有完全信任與接受，還存在懷疑的態(tài)度，所以新能源汽車一旦發(fā)生碰撞造成安全事故，將會(huì)導(dǎo)致人們對(duì)新能源汽車的安全性的不信任進(jìn)一步加深，這將影響新能源汽車的市場(chǎng)推廣。而對(duì)新能源汽車的碰撞后安全性分析是一個(gè)全面系統(tǒng)的工作，除了在結(jié)構(gòu)上對(duì)新能源汽車進(jìn)行規(guī)范和考察，還要考慮電氣系統(tǒng)的安全性進(jìn)行考慮。本文就是為了保證新能源汽車的安全性，對(duì)汽車的機(jī)械以及防觸電、電解液泄露、REESS安全、動(dòng)力電池安裝位置進(jìn)行了分析并給出了具體的防護(hù)策略，對(duì)新能源汽車的設(shè)計(jì)研究有一定的參考價(jià)值。

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