新能源汽車碰撞后電安全防護策略

摘 要：隨著新能源汽車的發展，新能源汽車的被動安全技術非常值得研究，尤其是碰撞后電安全。因此，對比現行的國家標準GB31498-2021、C-NCAP 2024在碰撞后電安全防護策略方面，進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果。

關鍵詞：新能源汽車 電安全 防護策略

汽車是現代文明的重要組成部分，是人類智慧的結晶[1]。隨著新能源汽車產業的蓬勃發展，其安全性問題日益受到關注，特別是在碰撞事故后的電安全方面。電動汽車搭載了高壓電池系統，一旦發生碰撞，若未能有效管理電安全，極可能會導致嚴重的后果，包括電擊、火災甚至爆炸，對乘客和救援人員構成巨大威脅。因此，確保電動汽車在碰撞后的電安全已成為行業亟待解決的關鍵問題。

為了讓新能源汽車得到更好的健康發展，國家制定了嚴格的新能源汽車碰撞標準法規，涉及了碰撞后乘員防觸電保護等方面[2]。GB31498-2021[3]是中國針對電動汽車碰撞后安全要求的國家標準，它詳細規定了電動汽車在碰撞后應滿足的電安全性能指標，包括電壓安全、電能安全、物理防護和電力系統負載端絕緣電阻等方面。該標準旨在通過嚴格的測試，確保電動汽車在碰撞后能夠有效避免電安全風險。

C-NCAP（中國新車評價規程）也將電動汽車的電安全納入其評價體系，對電動汽車在碰撞后的電安全性能提出了更高要求。CNCAP通過真實碰撞場景，對電動汽車的電安全性能進行全面評估，為消費者提供更為準確的購車參考。

新能源汽車產業蓬勃發展，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準，在新能源汽車碰撞后電安全領域發揮著關鍵的規范與指導作用。深入對比分析這些標準，有助于汽車制造商精準把握不同市場的安全要求，推動技術創新與進步。

本文作者主要對電動汽車的特殊性，即碰撞后的電安全測試，從標準和測試技術方面進行分析和研究。

1 標準現狀

隨著電動汽車產業的迅猛發展，其安全性問題日益受到社會關注，尤其是在碰撞事故后的電安全方面。近年來，電動汽車碰撞事故頻發，其中涉及電池包受損、高壓電線裸露等導致的電擊、火災風險，成為業界和消費者共同擔憂的焦點。因此，國內外相關標準如GB31498-20221、C-NCAP（中國新車評價規程）均對電動汽車碰撞后的電安全提出了嚴格要求。

GB31498-2021標準是中國針對電動汽車安全性的重要規范，它詳細規定了電動汽車在碰撞后應滿足的電安全要求，這些要求旨在確保車輛在發生碰撞后，高壓系統能夠迅速斷電，避免對乘員造成二次傷害。

C-NCAP 2024則是對中國市場上新車進行綜合評價的體系，其中也包含了電動汽車碰撞后的電安全測試。該標準通過模擬真實碰撞場景，評估車輛在碰撞后的電安全性能，包括物理防護的完整性、電壓控制的合理性、電能管理的有效性以及絕緣電阻的穩定性。

2 標準要求對比及其出發點

在電動汽車碰撞后的電安全理論分析方面，GB31498和C-NCAP均提出了詳盡的規范，旨在確保車輛在極端情況下的電安全。從表1來看，雖然GB/T 31498與CNCAP 2024電安全要求相一致，但評判的結果卻完全不同，GB/T 31498中要求在物理防護、電壓、電能、絕緣電阻的四項中滿足一項，即為滿足標準要求，而在2024版CNCAP中，需要四個工況均滿足要求，才能拿到相對應的星級，同時電壓或電能為必選項，這兩項必須有一項滿足條件才能獲得相應的星級，此外如果在試驗結束后5min內如果發生著火現象（目測到明火），則該車被降一個星級。下文則針對國標以及CNCAP中電解液、電池包位移以及特殊要求中所涉及的點進行解讀。

2.1 電解液泄漏監測的安全考慮

2.1.1 防止電解液對乘客的危害

電解液在電動汽車電池中扮演著至關重要的角色，但其腐蝕性或毒性也構成潛在危險。若電解液泄漏進入乘客艙或行李艙，可能對乘客或救援人員造成傷害。因此，要求在碰撞后30分鐘內進行電解液泄漏監測，可以確保即使在事故發生后的初期階段，乘客和救援人員仍能得到足夠的時間進行疏散和救援。

2.1.2 減少火災風險

電解液泄漏可能會與火源或高溫部件接觸，增加火災風險。規定在碰撞后30分鐘內進行泄漏檢測，有助于確保電解液泄漏不會引發火災或爆炸，尤其是鋰電池電解液具有高度易燃性。

2.1.3 考慮碰撞后的環境變化

碰撞后的壓力和溫度變化可能會影響電解液泄漏情況。30分鐘的監測窗口允許在變化的環境條件下觀察泄漏動態，確保電解液不會因外界因素引發新的安全風險。

2.1.4 提供足夠的救援時間

在發生碰撞后的緊急救援通常需要一定的時間才能到達現場。30分鐘的監測期可以確保在此時間內，電解液泄漏不會增加對救援人員的安全威脅，為救援行動提供更多時間。

2.2 電池包位移安全要求

2.2.1 電池包位移的風險防范

電池包是電動汽車的核心部件，內部包含大量電芯、電路和控制系統。規定電池包在碰撞后不應發生位移，主要是為了保護電氣系統的完整性。若電池包發生位移，可能導致電氣組件損壞，增加短路、過熱、火災甚至爆炸的風險。

2.2.2 避免電池包結構受損

電池包通常設計在車輛底盤或特定位置，以提供機械保護。若碰撞導致電池包位移，可能撞擊其他部件，破壞電池包結構，甚至引發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，可能撞擊車內其他部件或進入乘客艙，增加二次傷害的風險。位移還可能改變車輛重心，影響其穩定性，導致車輛失控或操作困難。

2.2.4 降低熱失控的風險

電池包位移可能導致熱管理系統的損壞，進而引發電池熱失控，造成起火或爆炸。確保電池包穩定位置，可以有效降低這一風險。

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。如果電池包發生位移，救援難度會增加，且救援人員面臨更大的安全風險。因此，規定電池包不應位移，有助于提供更安全的救援環境。

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分鐘內起火或爆炸，可能導致乘客二次傷害，尤其是在乘客尚未完全疏散的情況下。確保30分鐘內電池包不發生火災，有助于乘客獲得更多的疏散時間。

2.3.2 保障救援人員安全

電池包在碰撞后可能會發生起火或爆炸，增加救援人員的安全風險。規定30分鐘內電池包不應起火或爆炸，有助于為救援人員提供更安全的工作環境。

2.3.3 減少熱失控風險

碰撞可能對電池包內部電芯和冷卻系統造成損害，增加熱失控的風險。規定30分鐘內無火災或爆炸，有助于為熱失控的監測和預防提供足夠時間。

2.3.4 避免環境污染

電池包發生火災或爆炸時，可能會泄漏有害物質，如電解液或金屬，污染環境。規定30分鐘內不應起火或爆炸，能夠有效降低環境污染的風險。

2.3.5 控制火災蔓延

電池包起火可能迅速蔓延至整車，甚至擴展至周圍物體，增加事故的嚴重性。規定30分鐘內不發生火災蔓延，能夠有效降低火災風險。

2.3.6 提供評估和處理時間

30分鐘的時間窗口為技術人員提供了充足的時間對車輛進行評估和初步處理，如切斷電源或防止二次碰撞等。

規定電動汽車碰撞后30分鐘內電池包不應起火或爆炸，主要是為了確保乘客、救援人員以及環境的安全。通過對電解液泄漏、電池包位移和起火爆炸等情況的嚴格要求，能夠有效降低電動汽車在碰撞后引發的火災和爆炸風險，從而提升電動汽車的整體安全性。

3 試驗數據分析

選取了6款純電動汽車的研發試驗結果進行對比。其電安全測量結果全部符合。對電安全結果進行統計分析，發現每款車型在防觸電保護條款中選項條款的通過情況不同。

從圖1中可以看到，在MPDB工況中6款車型的物理防護和絕緣電阻條款全部符合要求。表明了企業對高壓部件及線束防碰撞設計非常合理，保證了車內乘員和相關救援人員的安全。對于電壓和電能兩個條款不符合的原因做了調查分析，發現是因為碰撞后車輛的正對地和負對地的電壓沒有在60s內滿足要求。企業需要調整碰撞后正對地和負對地的放電速率。電能不符合的原因主要是正負間的電壓下降速率緩慢，導致電能不通過。企業應調整相關策略，保證碰撞后車輛主動放電的功能能夠實施。

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

從圖３中可以看到，在POLE及側碰工況中6款車的電能、物理防護和絕緣電阻條款都符合要求。同一款車型在四個工況中電壓都沒有符合，反應了其在碰撞后下電方面存在一定問題，需要后續改進。

在上述6車的全工況碰撞試驗中，試驗后均沒有電解液泄漏和起火爆炸發生，保護了乘員及救援人員的安全。

4 總結

本研究通過對GB31498-2021、C-NCAP2024在電動汽車碰撞后電安全方面的對比分析，深入探討了電壓安全、電能安全、物理防護和電力系統負載端絕緣電阻等關鍵要素。

GB31498-2021標準在評價車輛碰撞后電能安全、電壓安全、物理防護和電力系統負載端絕緣電阻時，車輛滿足其中一項即可，相比于2024版CNCAP中，需要四個工況均滿足要求，才能拿到相對應的星級，同時電壓或電能為必選項，這兩項必須有一項滿足條件才能獲得相應的星級。在評定車輛碰撞后電安全CNCAP的評定標準更為嚴苛。

通過6款碰撞后車型電安全對比，可以看出在物理防護和絕緣電阻方面沒有不通過的情況存在，說明企業對高壓部件及線束防碰撞設計非常合理；對于電壓、電能三個碰撞工況中均有不通過情況存在，反映出企業需要調整碰撞后正對地和負對地的放電速率，以及企業應調整相關策略，保證碰撞后車輛主動放電的功能能夠實施。在設計上不同車型設計合理的放電電阻。

然而，現有標準仍存在一些局限性。例如，隨著電動汽車技術的快速發展，新型電池材料和結構不斷涌現，但現有標準在更新速度和適應性方面存在不足。不同國家和地區在電動汽車電安全方面的法規和標準存在差異，導致全球范圍內電動汽車電安全性能的評估和監管缺乏統一標準。

未來，建議加強電動汽車碰撞后電安全標準的更新和完善，提高標準的適應性和前瞻性。推動全球范圍內電動汽車電安全標準的統一和協調，加強國際合作與交流，共同提升電動汽車的安全性能。還應加強電動汽車制造商的電安全技術研發和創新，推動電動汽車在安全性、可靠性和經濟性方面的全面提升。

參考文獻：

[1]李春，張磊，閆肅軍.電動汽車電安全標準分析及測試[J].汽車零部件，2019（09）：79-83.

[2]王青貴，謝軍，朱鑫.新能源汽車碰撞后電安全現狀與分析[J].時代汽車，2022（19）：91-93.

[3]全國汽車標準化技術委員會．電動汽車碰撞后安全要求：GB/T 31448-2021[S]．北京：中國標準出版社，2021.