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電動(dòng)汽車(chē)典型危險(xiǎn)工況及安全檢驗(yàn)探討

2021-11-30 08:48:59·  來(lái)源：《汽車(chē)與安全》雜志  
　
導(dǎo) 讀電動(dòng)汽車(chē)設(shè)計(jì)、構(gòu)造、使用與傳統(tǒng)汽車(chē)迥異，導(dǎo)致其運(yùn)行安全特征和事故傷害特征也與傳統(tǒng)汽車(chē)有較大差異。我國(guó)是電動(dòng)汽車(chē)第一生產(chǎn)和使用大國(guó)，為了預(yù)防和減少
導(dǎo) 讀
電動(dòng)汽車(chē)設(shè)計(jì)、構(gòu)造、使用與傳統(tǒng)汽車(chē)迥異，導(dǎo)致其運(yùn)行安全特征和事故傷害特征也與傳統(tǒng)汽車(chē)有較大差異。我國(guó)是電動(dòng)汽車(chē)第一生產(chǎn)和使用大國(guó)，為了預(yù)防和減少電動(dòng)汽車(chē)事故，有必要研究其安全性能，提出提升其運(yùn)行安全水平的系列保障措施。本文立足于交通安全實(shí)際，分析了電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)短路、碰撞、翻車(chē)、涉水、過(guò)充過(guò)放等常見(jiàn)危險(xiǎn)工況及事故傷害機(jī)理，梳理了國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)安全標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容、國(guó)外電動(dòng)汽車(chē)安全檢驗(yàn)工作研究的最新進(jìn)展和國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)日常檢測(cè)內(nèi)容等情況，在此基礎(chǔ)上，提出了加強(qiáng)電動(dòng)汽車(chē)維護(hù)保養(yǎng)、推進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)安全檢驗(yàn)研究等方面的建議。
電動(dòng)汽車(chē)常見(jiàn)危險(xiǎn)工況
電動(dòng)汽車(chē)危險(xiǎn)工況包括動(dòng)力系統(tǒng)短路、碰撞、翻車(chē)、涉水、過(guò)充過(guò)放等情形，對(duì)應(yīng)的安全事故模式如下：
1、動(dòng)力系統(tǒng)短路
當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)短路時(shí)，將導(dǎo)致動(dòng)力電池瞬間大電流放電，其產(chǎn)生的安全事故模式主要包括：
▼ 燃燒、爆炸
對(duì)于采用鎳氫電池、鋰離子電池作為動(dòng)力電池的電動(dòng)汽車(chē)，大電流放電將導(dǎo)致電池排放大量可燃?xì)怏w，同時(shí)，電池的溫度迅速升高，導(dǎo)致動(dòng)力電池的燃燒爆炸等事故。
▼ 電傷害
當(dāng)動(dòng)力電池與汽車(chē)的金屬車(chē)身短路時(shí)，動(dòng)力電池的高電壓將可能通過(guò)金屬車(chē)身對(duì)乘員產(chǎn)生電擊傷害。
2碰撞
當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)生碰撞時(shí)，電池將承受巨大的沖擊載荷，并且可能受到擠壓、穿刺等損壞，由此產(chǎn)生的安全事故模式主要包括：
▼ 燃燒、爆炸
對(duì)于密封電池如鎳氫電池、鋰離子電池、燃料電池儲(chǔ)氣罐等，當(dāng)汽車(chē)發(fā)生碰撞時(shí)，即使電池未受到擠壓、穿刺等損壞，由于電池內(nèi)部壓力過(guò)高、電池本身的制作缺陷，也可能導(dǎo)致動(dòng)力電池爆炸、燃燒。當(dāng)汽車(chē)發(fā)生碰撞，電池受到擠壓、穿刺等損壞時(shí)，將可能直接導(dǎo)致電池的燃燒、爆炸。
▼ 電傷害
電動(dòng)汽車(chē)在碰撞過(guò)程中可能導(dǎo)致電路短路而使車(chē)身帶電，對(duì)乘員產(chǎn)生電擊傷害。
▼ 電解液飛濺傷害
由于電動(dòng)汽車(chē)使用的動(dòng)力電池電解液多為強(qiáng)酸、強(qiáng)堿溶液，當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)生碰撞導(dǎo)致電池?fù)p壞時(shí)，動(dòng)力電池的電解液可能飛濺到整個(gè)車(chē)內(nèi)，導(dǎo)致人員傷害。
▼ 機(jī)械傷害
電動(dòng)汽車(chē)在碰撞過(guò)程中對(duì)乘員產(chǎn)生的機(jī)械傷害包括車(chē)身變形產(chǎn)生的傷害、方向盤(pán)等硬物的碰撞和擠壓傷害、動(dòng)力電池部分的竄動(dòng)或飛入傷害等。
3翻車(chē)
▼ 電傷害
當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)生翻車(chē)事故時(shí)，電池間的接線或接到電機(jī)控制系統(tǒng)的接線就可能脫落甚至短路，通過(guò)汽車(chē)上的金屬部分產(chǎn)生電流使車(chē)體帶電，從而導(dǎo)致乘員遭受觸電危險(xiǎn)，危害乘員人身安全。
▼ 動(dòng)力電池電解液泄漏
由于動(dòng)力電池頂蓋上一般都有加液孔蓋、限壓閥等部件，當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)翻車(chē)時(shí)，容易造成其松脫，從而導(dǎo)致大量的電解液泄漏，引起電池漏電或短路事故。同時(shí)，大量的電解液泄漏可能使電解液流入車(chē)內(nèi)對(duì)乘員造成傷害，而且會(huì)直接影響對(duì)事故車(chē)的援救。
▼ 機(jī)械傷害
電動(dòng)汽車(chē)發(fā)生事故時(shí)，由于電動(dòng)汽車(chē)的重量一般都比燃油車(chē)大，對(duì)于車(chē)身未特別加強(qiáng)的車(chē)型，其結(jié)構(gòu)變形將更大，容易因車(chē)門(mén)無(wú)法開(kāi)啟，致使乘員受到擠壓、沖擊等傷害，同時(shí)容易引發(fā)二次事故，比如電動(dòng)汽車(chē)起火、爆炸等，導(dǎo)致內(nèi)部乘員無(wú)法順利逃脫，引起更大的人員財(cái)產(chǎn)損失。
4涉水、暴雨
▼ 電傷害
當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)遇到涉水、暴雨等危險(xiǎn)工況時(shí)，電池間的接線或接到電機(jī)控制系統(tǒng)的接線就可能會(huì)由于水汽的侵蝕，造成短路，導(dǎo)致漏電。強(qiáng)大的漏電電流通過(guò)車(chē)身結(jié)構(gòu)，使乘員遭受觸電危險(xiǎn)，危害乘員人身安全。
▼ 動(dòng)力電池的泄漏與燃燒爆炸
當(dāng)由于上述涉水、暴雨等引發(fā)電池出現(xiàn)短路事故，則容易使得電池溫度升高，并可能產(chǎn)生大量氣體，使電池內(nèi)壓增大，直接導(dǎo)致動(dòng)力電池發(fā)生外殼形變，出現(xiàn)電解液泄漏，造成對(duì)乘員化學(xué)傷害，同時(shí)由于電池的熱效應(yīng)可能引發(fā)電池的燃燒或爆炸。
▼ 動(dòng)力系統(tǒng)控制電氣故障
電動(dòng)汽車(chē)在遇到涉水、暴雨等危險(xiǎn)工況時(shí)，水汽容易侵入到電子芯片中，之后若未進(jìn)行烘干、除濕等處理，易使電動(dòng)汽車(chē)電池組管理系統(tǒng)以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)短路或漏電事故，燒掉絕緣層，導(dǎo)致電子器件由于過(guò)大的電流而燒壞，造成控制和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)失靈，引發(fā)電動(dòng)汽車(chē)失控或無(wú)法啟動(dòng)等事故。
5電池過(guò)充過(guò)放
▼ 有害氣體釋放
由于動(dòng)力電池在過(guò)充、過(guò)放電的過(guò)程中正負(fù)極將達(dá)到析氫、析氧電位，使得電池有含氫氣和氧氣的混合氣體釋放，同時(shí)混合氣體中還將含有一定的具有腐蝕性的電解液分解的氣體成分，比如硫酸、堿氣等，會(huì)對(duì)人體以及汽車(chē)結(jié)構(gòu)部件產(chǎn)生腐蝕傷害。
▼ 燃燒爆炸
過(guò)充、過(guò)放電會(huì)使得含有氫氣和氧氣的混合體釋放，由于氫氣的爆炸極限比較低，如果在某密閉空間內(nèi)聚集，遇到點(diǎn)火源時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生燃燒爆炸等事故。過(guò)充電將會(huì)使電池隔膜蝕化而使得電池內(nèi)部正負(fù)極直接接觸短路，從而產(chǎn)生極大電流，使電池發(fā)生燃燒爆炸；過(guò)放電時(shí)將會(huì)使電池組中某個(gè)容量較小的串聯(lián)電池出現(xiàn)反極（即電池的極性由正變負(fù)，由負(fù)變正），對(duì)鋰離子電池而言將使其正極上的金屬鋰形成易燃易爆物質(zhì)，進(jìn)而引發(fā)燃燒爆炸。
▼ 電解液泄漏
動(dòng)力電池在過(guò)充或過(guò)放電的過(guò)程中會(huì)引起電池?zé)嵝?yīng)，熱量得不到及時(shí)散發(fā)導(dǎo)致電池內(nèi)部和外部結(jié)構(gòu)部件變形，容易引起電解液泄漏。同時(shí)，由于過(guò)充電時(shí)電池溫度上升，內(nèi)部電解液分解和電解，將產(chǎn)生大量氣體，電池內(nèi)壓升高，也會(huì)引起電池漏液。由于電解液的泄漏，可能會(huì)引發(fā)電池的短路或失效等故障。
我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)安全標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容
我國(guó)現(xiàn)行電動(dòng)汽車(chē)安全相關(guān)基礎(chǔ)性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為《電動(dòng)汽車(chē)安全要求》（GB 18384-2020）和《電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力蓄電池安全要求》（GB 38031-2020）。其中《電動(dòng)汽車(chē)安全要求》（GB 18384-2020）定位為我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)安全性能測(cè)試的重要基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和電動(dòng)汽車(chē)新車(chē)定型強(qiáng)制性檢驗(yàn)以及進(jìn)口機(jī)動(dòng)車(chē)檢驗(yàn)的重要技術(shù)依據(jù)之一。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電動(dòng)汽車(chē)的人員觸電防護(hù)要求、功能安全防護(hù)要求、動(dòng)力蓄電池要求、車(chē)輛碰撞防護(hù)要求、車(chē)輛阻燃防護(hù)要求、車(chē)輛充電接口要求、車(chē)輛報(bào)警和提示要求、車(chē)輛事件數(shù)據(jù)記錄要求、電磁兼容要求等內(nèi)容。人員觸電防護(hù)要求規(guī)定了高壓標(biāo)記要求、直接接觸防護(hù)要求、間接接觸防護(hù)要求和防水要求的內(nèi)容[1]。功能安全防護(hù)要求規(guī)定了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電源接通和斷開(kāi)程序、功率降低提示、可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)低電量提示、可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)熱事件報(bào)警、制動(dòng)優(yōu)先、擋位切換、駐車(chē)、車(chē)輛與外部傳導(dǎo)連接鎖止等方面的要求。車(chē)輛碰撞防護(hù)要求規(guī)定了電動(dòng)汽車(chē)的正面碰撞防護(hù)應(yīng)符合《汽車(chē)正面碰撞的乘員保護(hù)》（GB 11551）的要求，側(cè)面碰撞防護(hù)應(yīng)符合《汽車(chē)側(cè)面碰撞的乘員保護(hù)》（GB 20071）的要求，前后端保護(hù)裝置耐撞性能應(yīng)符合《汽車(chē)前后端保護(hù)裝置》（GB 17354）的要求，頂部抗壓強(qiáng)度應(yīng)符合《乘用車(chē)頂部抗壓強(qiáng)度》（GB 26134）的要求，電動(dòng)汽車(chē)碰撞后安全應(yīng)符合《電動(dòng)汽車(chē)碰撞后安全要求》（GB/T 31498）的要求。
此外，《機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行安全技術(shù)條件》（GB 7258-2017）規(guī)定了純電動(dòng)汽車(chē)、插電式混合動(dòng)力汽車(chē)應(yīng)具有充電鎖止功能、高壓警告標(biāo)記、電位均衡、絕緣電阻檢測(cè)及自動(dòng)提示等功能。
國(guó)外新能源汽車(chē)安全檢驗(yàn)情況
從目前了解到的情況，主要國(guó)家還未將新能源汽車(chē)的安全檢驗(yàn)納入法規(guī)或開(kāi)展討論。從公開(kāi)資料來(lái)看，歐洲汽車(chē)檢測(cè)委員會(huì)（International Motor Vehicle Inspection Committee，該委員會(huì)是歐盟在用機(jī)動(dòng)車(chē)檢測(cè)的智力支撐機(jī)構(gòu)，為歐盟委員會(huì)、歐盟理事會(huì)等立法、行政機(jī)構(gòu)提供可供討論的制度建議）2011年委托德國(guó)聯(lián)邦高速公路研究院（Federal Highway Research Institute）開(kāi)展了名為“電動(dòng)汽車(chē)安全周期檢驗(yàn)的必要性分析”的項(xiàng)目，項(xiàng)目的目的主要有三：一方面是針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)，提出國(guó)家層面可納入機(jī)動(dòng)車(chē)年檢的項(xiàng)目和內(nèi)容；另一方面是提出電動(dòng)汽車(chē)全生命周期的安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)保持的措施；最后是提出電動(dòng)汽車(chē)非法改裝的檢測(cè)辦法。德國(guó)聯(lián)邦高速公路研究院于2013年5月向歐洲汽車(chē)檢測(cè)委員會(huì)提交了研究?jī)?nèi)容概要報(bào)告，針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)，提出的國(guó)家層面需要進(jìn)一步研究論證的年檢項(xiàng)目和內(nèi)容主要有[2]：
1部分高壓部件的檢測(cè)
主要包括動(dòng)力電池、電機(jī)、電壓轉(zhuǎn)換器、高壓線束和連接器、高壓空氣壓縮機(jī)、高壓制熱機(jī)等。高壓部件的故障容易導(dǎo)致功能失效、短路、介質(zhì)泄露、部件過(guò)熱等。對(duì)于以上內(nèi)容的檢測(cè)，需要研究開(kāi)發(fā)專用的設(shè)備，并提出檢驗(yàn)的方法。德國(guó)聯(lián)邦高速公路研究院提出的暫時(shí)可用的檢測(cè)方法為：通過(guò)儀表板或外接便攜電腦，檢測(cè)車(chē)輛電池管理系統(tǒng)的功能；通過(guò)儀表板或外接便攜電腦，檢測(cè)新能源汽車(chē)儀表板是否與高壓部件的連接斷開(kāi)，導(dǎo)致無(wú)法顯示。
2制動(dòng)系統(tǒng)的檢測(cè)
由于新能源汽車(chē)頻繁使用制動(dòng)能量回收系統(tǒng)，容易導(dǎo)致制動(dòng)系統(tǒng)受力不均或制動(dòng)鼓/盤(pán)使用較少而銹蝕等情況，建議在年檢中特別關(guān)注制動(dòng)系統(tǒng)的檢測(cè)。
3能量回收系統(tǒng)的檢測(cè)
在滑行或制動(dòng)時(shí)，新能源汽車(chē)會(huì)回收能量，建議在額定電壓下，檢測(cè)能量回收系統(tǒng)的功能。
4動(dòng)力電池冷卻系統(tǒng)的檢測(cè)
為防止動(dòng)力電池過(guò)熱，建議檢測(cè)動(dòng)力電池冷卻系統(tǒng)（主要是風(fēng)扇）的有效性，包括功能和旋轉(zhuǎn)速度是否合規(guī)有效。
5充電系統(tǒng)檢測(cè)
目視檢測(cè)充電接頭等是否損壞。測(cè)試在充電接頭與充電樁連接時(shí)，車(chē)輛是否無(wú)法啟動(dòng)（前進(jìn)或倒退）。
國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)日常檢測(cè)內(nèi)容
國(guó)內(nèi)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)年檢的日常檢測(cè)主要有以下幾個(gè)方面：
1動(dòng)力電池檢測(cè)
主要有兩個(gè)檢測(cè)指標(biāo)：一個(gè)是動(dòng)力電池SOC（State of Charge，荷電狀態(tài)）評(píng)估，可采用測(cè)量電池箱內(nèi)部單體電壓的方式評(píng)估；另一個(gè)是動(dòng)力電池SOH（State of Health，健康程度）評(píng)價(jià)，可采用測(cè)量電池的內(nèi)阻和電池單體電壓的方式評(píng)價(jià)。
2電動(dòng)汽車(chē)絕緣檢測(cè)
新能源汽車(chē)運(yùn)行期間，酸堿氣體腐蝕、溫濕度的變化等會(huì)導(dǎo)致電池組和車(chē)輛底盤(pán)間絕緣物質(zhì)的破損與老化。除了目視檢驗(yàn)車(chē)輛底部的破損和老化情形外，其他的主要檢測(cè)方法及指標(biāo)是：用兆歐表測(cè)量電力系統(tǒng)與車(chē)輛底盤(pán)之間的絕緣電阻值。測(cè)量電壓應(yīng)是不小于電力系統(tǒng)的最大工作電壓的直流電壓，并施加足夠長(zhǎng)的時(shí)間以獲得穩(wěn)定的讀數(shù)，測(cè)量時(shí)，動(dòng)力蓄電池和輔助蓄電池應(yīng)斷開(kāi)，輔助電路的兩端搭鐵部分應(yīng)與車(chē)輛底盤(pán)相連。在最大工作電壓下，直流電路絕緣電阻的最小值應(yīng)至少大于100Ω/V，交流電路應(yīng)至少大于500Ω/V。
3電動(dòng)汽車(chē)電磁輻射檢測(cè)
車(chē)內(nèi)電磁環(huán)境的檢驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)在駕駛位座椅前端中部、副駕駛位兩腳中部、靠近后軸的座椅排中部、最后排座椅中部和車(chē)廂內(nèi)最靠近電機(jī)控制器位置的5點(diǎn)中選擇3點(diǎn)來(lái)進(jìn)行檢驗(yàn)。檢測(cè)程序?yàn)椋?/span>第一步，車(chē)輛未啟動(dòng)前，打開(kāi)電磁輻射測(cè)量?jī)x，測(cè)量并記錄車(chē)內(nèi)給定位置的電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度；第二步，進(jìn)行底盤(pán)測(cè)功機(jī)加載和被檢車(chē)輛檢驗(yàn)車(chē)速的設(shè)定與控制，待速度穩(wěn)定后，打開(kāi)電磁輻射測(cè)量?jī)x，測(cè)量并記錄車(chē)內(nèi)給定位置的電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度。
4防水要求檢測(cè)
對(duì)車(chē)輛進(jìn)行模擬涉水、模擬清洗試驗(yàn)，并在試驗(yàn)后進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試以考核車(chē)輛是否存在觸電風(fēng)險(xiǎn)。
建議
1建議加強(qiáng)新能源汽車(chē)安全檢驗(yàn)的研究論證
國(guó)外側(cè)重于整車(chē)功能和使用方面的檢測(cè)，主要通過(guò)人工或借助簡(jiǎn)單的儀器進(jìn)行檢測(cè)，從檢測(cè)的必要性和可行性來(lái)看，國(guó)內(nèi)的研究還不足。目前可研究納入的項(xiàng)目主要有：高壓部件的檢測(cè)（通過(guò)儀表板或外接便攜電腦檢測(cè)）、能量回收系統(tǒng)的檢測(cè)、動(dòng)力電池冷卻系統(tǒng)（電扇）的有效性檢測(cè)、充電接頭和充電自動(dòng)鎖止功能的檢測(cè)、電動(dòng)汽車(chē)軟硬件改裝項(xiàng)目的檢測(cè)、車(chē)輛底部損壞和車(chē)身線束裸露情況的目視檢驗(yàn)。
2建議增加維修保養(yǎng)環(huán)節(jié)的檢驗(yàn)檢測(cè)
目前新能源汽車(chē)的檢驗(yàn)主要集中在生產(chǎn)和出廠環(huán)節(jié)，由于新能源汽車(chē)產(chǎn)品和技術(shù)路線多樣，檢驗(yàn)時(shí)需要借助專業(yè)的設(shè)備、儀器、場(chǎng)地和人員，建議側(cè)重廠家的維修保養(yǎng)和“汽車(chē)檢測(cè)與維護(hù)（I/M）制度”的保障作用，該制度是世界上發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家和地區(qū)對(duì)在用車(chē)進(jìn)行強(qiáng)制性定期檢測(cè)，并對(duì)出現(xiàn)故障的車(chē)輛進(jìn)行強(qiáng)制修理的制度。
參考文獻(xiàn)
[1]國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB 18384-2020，電動(dòng)汽車(chē)安全要求[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2020.
[2]Rainer Krautscheid. New inspection methods for electric and hybrid vehicles. Federal Highway Research Institute（BASt）Germany,Conferenceand16thGeneralAssembly.
（文 / 公安部道路交通安全研究中心 周文輝，原載于《汽車(chē)與安全》雜志機(jī)動(dòng)車(chē)登記查驗(yàn)專欄，2020年第12期）
編校丨李蕓玥 苗清青
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