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电动汽车典型危险工况及安全检验探讨
2021-10-22 11:39:39 来源: 122交通网
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导 读


电动汽车设计、构造、使用与传统汽车迥异,导致其运行安全特征和事故伤害特征也与传统汽车有较大差异。我国是电动汽车第一生产和使用大国,为了预防和减少电动汽车事故,有必要研究其安全性能,提出提升其运行安全水平的系列保障措施。本文立足于交通安全实际,分析了电动汽车动力系统短路、碰撞、翻车、涉水、过充过放等常见危险工况及事故伤害机理,梳理了国内电动汽车安全标准的主要内容、国外电动汽车安全检验工作研究的最新进展和国内电动汽车日常检测内容等情况,在此基础上,提出了加强电动汽车维护保养、推进电动汽车安全检验研究等方面的建议。


电动汽车常见危险工况


电动汽车危险工况包括动力系统短路、碰撞、翻车、涉水、过充过放等情形,对应的安全事故模式如下:


动力系统短路

当电动汽车动力系统短路时,将导致动力电池瞬间大电流放电,其产生的安全事故模式主要包括:

▼ 燃烧、爆炸

对于采用镍氢电池、锂离子电池作为动力电池的电动汽车,大电流放电将导致电池排放大量可燃气体,同时,电池的温度迅速升高,导致动力电池的燃烧爆炸等事故。

▼ 电伤害

当动力电池与汽车的金属车身短路时,动力电池的高电压将可能通过金属车身对乘员产生电击伤害。


碰撞

当电动汽车发生碰撞时,电池将承受巨大的冲击载荷,并且可能受到挤压、穿刺等损坏,由此产生的安全事故模式主要包括:

▼ 燃烧、爆炸

对于密封电池如镍氢电池、锂离子电池、燃料电池储气罐等,当汽车发生碰撞时,即使电池未受到挤压、穿刺等损坏,由于电池内部压力过高、电池本身的制作缺陷,也可能导致动力电池爆炸、燃烧。当汽车发生碰撞,电池受到挤压、穿刺等损坏时,将可能直接导致电池的燃烧、爆炸。

▼ 电伤害

电动汽车在碰撞过程中可能导致电路短路而使车身带电,对乘员产生电击伤害。

▼ 电解液飞溅伤害

由于电动汽车使用的动力电池电解液多为强酸、强碱溶液,当电动汽车发生碰撞导致电池损坏时,动力电池的电解液可能飞溅到整个车内,导致人员伤害。

▼ 机械伤害

电动汽车在碰撞过程中对乘员产生的机械伤害包括车身变形产生的伤害、方向盘等硬物的碰撞和挤压伤害、动力电池部分的窜动或飞入伤害等。


翻车

▼ 电伤害

当电动汽车发生翻车事故时,电池间的接线或接到电机控制系统的接线就可能脱落甚至短路,通过汽车上的金属部分产生电流使车体带电,从而导致乘员遭受触电危险,危害乘员人身安全。

▼ 动力电池电解液泄漏

由于动力电池顶盖上一般都有加液孔盖、限压阀等部件,当电动汽车翻车时,容易造成其松脱,从而导致大量的电解液泄漏,引起电池漏电或短路事故。同时,大量的电解液泄漏可能使电解液流入车内对乘员造成伤害,而且会直接影响对事故车的援救。

▼ 机械伤害

电动汽车发生事故时,由于电动汽车的重量一般都比燃油车大,对于车身未特别加强的车型,其结构变形将更大,容易因车门无法开启,致使乘员受到挤压、冲击等伤害,同时容易引发二次事故,比如电动汽车起火、爆炸等,导致内部乘员无法顺利逃脱,引起更大的人员财产损失。


涉水、暴雨

▼ 电伤害

当电动汽车遇到涉水、暴雨等危险工况时,电池间的接线或接到电机控制系统的接线就可能会由于水汽的侵蚀,造成短路,导致漏电。强大的漏电电流通过车身结构,使乘员遭受触电危险,危害乘员人身安全。

▼ 动力电池的泄漏与燃烧爆炸

当由于上述涉水、暴雨等引发电池出现短路事故,则容易使得电池温度升高,并可能产生大量气体,使电池内压增大,直接导致动力电池发生外壳形变,出现电解液泄漏,造成对乘员化学伤害,同时由于电池的热效应可能引发电池的燃烧或爆炸。

▼ 动力系统控制电气故障

电动汽车在遇到涉水、暴雨等危险工况时,水汽容易侵入到电子芯片中,之后若未进行烘干、除湿等处理,易使电动汽车电池组管理系统以及电机驱动控制系统出现短路或漏电事故,烧掉绝缘层,导致电子器件由于过大的电流而烧坏,造成控制和监测系统失灵,引发电动汽车失控或无法启动等事故。


电池过充过放

▼ 有害气体释放

由于动力电池在过充、过放电的过程中正负极将达到析氢、析氧电位,使得电池有含氢气和氧气的混合气体释放,同时混合气体中还将含有一定的具有腐蚀性的电解液分解的气体成分,比如硫酸、碱气等,会对人体以及汽车结构部件产生腐蚀伤害。

▼ 燃烧爆炸

过充、过放电会使得含有氢气和氧气的混合体释放,由于氢气的爆炸极限比较低,如果在某密闭空间内聚集,遇到点火源时,将会产生燃烧爆炸等事故。过充电将会使电池隔膜蚀化而使得电池内部正负极直接接触短路,从而产生极大电流,使电池发生燃烧爆炸;过放电时将会使电池组中某个容量较小的串联电池出现反极(即电池的极性由正变负,由负变正),对锂离子电池而言将使其正极上的金属锂形成易燃易爆物质,进而引发燃烧爆炸。

▼ 电解液泄漏

动力电池在过充或过放电的过程中会引起电池热效应,热量得不到及时散发导致电池内部和外部结构部件变形,容易引起电解液泄漏。同时,由于过充电时电池温度上升,内部电解液分解和电解,将产生大量气体,电池内压升高,也会引起电池漏液。由于电解液的泄漏,可能会引发电池的短路或失效等故障。


我国电动汽车安全标准内容


我国现行电动汽车安全相关基础性国家标准为《电动汽车安全要求》(GB 18384-2020)和《电动汽车用动力蓄电池安全要求》(GB 38031-2020)。其中《电动汽车安全要求》(GB 18384-2020)定位为我国电动汽车安全性能测试的重要基础标准和电动汽车新车定型强制性检验以及进口机动车检验的重要技术依据之一。该标准规定了电动汽车的人员触电防护要求、功能安全防护要求、动力蓄电池要求、车辆碰撞防护要求、车辆阻燃防护要求、车辆充电接口要求、车辆报警和提示要求、车辆事件数据记录要求、电磁兼容要求等内容。人员触电防护要求规定了高压标记要求、直接接触防护要求、间接接触防护要求和防水要求的内容[1]。功能安全防护要求规定了驱动系统电源接通和断开程序、功率降低提示、可充电储能系统低电量提示、可充电储能系统热事件报警、制动优先、挡位切换、驻车、车辆与外部传导连接锁止等方面的要求。车辆碰撞防护要求规定了电动汽车的正面碰撞防护应符合《汽车正面碰撞的乘员保护》(GB 11551)的要求,侧面碰撞防护应符合《汽车侧面碰撞的乘员保护》(GB 20071)的要求,前后端保护装置耐撞性能应符合《汽车前后端保护装置》(GB 17354)的要求,顶部抗压强度应符合《乘用车顶部抗压强度》(GB 26134)的要求,电动汽车碰撞后安全应符合《电动汽车碰撞后安全要求》(GB/T 31498)的要求。


此外,《机动车运行安全技术条件》(GB 7258-2017)规定了纯电动汽车、插电式混合动力汽车应具有充电锁止功能、高压警告标记、电位均衡、绝缘电阻检测及自动提示等功能。


国外新能源汽车安全检验情况


从目前了解到的情况,主要国家还未将新能源汽车的安全检验纳入法规或开展讨论。从公开资料来看,欧洲汽车检测委员会(International Motor Vehicle Inspection Committee,该委员会是欧盟在用机动车检测的智力支撑机构,为欧盟委员会、欧盟理事会等立法、行政机构提供可供讨论的制度建议)2011年委托德国联邦高速公路研究院(Federal Highway Research Institute)开展了名为“电动汽车安全周期检验的必要性分析”的项目,项目的目的主要有三:一方面是针对电动汽车和混合动力汽车,提出国家层面可纳入机动车年检的项目和内容;另一方面是提出电动汽车全生命周期的安全技术标准保持的措施;最后是提出电动汽车非法改装的检测办法。德国联邦高速公路研究院于2013年5月向欧洲汽车检测委员会提交了研究内容概要报告,针对电动汽车和混合动力汽车,提出的国家层面需要进一步研究论证的年检项目和内容主要有[2]:


部分高压部件的检测

主要包括动力电池、电机、电压转换器、高压线束和连接器、高压空气压缩机、高压制热机等。高压部件的故障容易导致功能失效、短路、介质泄露、部件过热等。对于以上内容的检测,需要研究开发专用的设备,并提出检验的方法。德国联邦高速公路研究院提出的暂时可用的检测方法为:通过仪表板或外接便携电脑,检测车辆电池管理系统的功能;通过仪表板或外接便携电脑,检测新能源汽车仪表板是否与高压部件的连接断开,导致无法显示。


制动系统的检测

由于新能源汽车频繁使用制动能量回收系统,容易导致制动系统受力不均或制动鼓/盘使用较少而锈蚀等情况,建议在年检中特别关注制动系统的检测。


能量回收系统的检测

在滑行或制动时,新能源汽车会回收能量,建议在额定电压下,检测能量回收系统的功能。


动力电池冷却系统的检测

为防止动力电池过热,建议检测动力电池冷却系统(主要是风扇)的有效性,包括功能和旋转速度是否合规有效。


充电系统检测

目视检测充电接头等是否损坏。测试在充电接头与充电桩连接时,车辆是否无法启动(前进或倒退)。


国内电动汽车日常检测内容


国内对电动汽车年检的日常检测主要有以下几个方面:


动力电池检测

主要有两个检测指标:一个是动力电池SOC(State of Charge,荷电状态)评估,可采用测量电池箱内部单体电压的方式评估;另一个是动力电池SOH(State of Health,健康程度)评价,可采用测量电池的内阻和电池单体电压的方式评价。


电动汽车绝缘检测

新能源汽车运行期间,酸碱气体腐蚀、温湿度的变化等会导致电池组和车辆底盘间绝缘物质的破损与老化。除了目视检验车辆底部的破损和老化情形外,其他的主要检测方法及指标是:用兆欧表测量电力系统与车辆底盘之间的绝缘电阻值。测量电压应是不小于电力系统的最大工作电压的直流电压,并施加足够长的时间以获得稳定的读数,测量时,动力蓄电池和辅助蓄电池应断开,辅助电路的两端搭铁部分应与车辆底盘相连。在最大工作电压下,直流电路绝缘电阻的最小值应至少大于100Ω/V,交流电路应至少大于500Ω/V。


电动汽车电磁辐射检测

车内电磁环境的检验点应在驾驶位座椅前端中部、副驾驶位两脚中部、靠近后轴的座椅排中部、最后排座椅中部和车厢内最靠近电机控制器位置的5点中选择3点来进行检验。检测程序为:第一步,车辆未启动前,打开电磁辐射测量仪,测量并记录车内给定位置的电场强度和磁感应强度;第二步,进行底盘测功机加载和被检车辆检验车速的设定与控制,待速度稳定后,打开电磁辐射测量仪,测量并记录车内给定位置的电场强度和磁感应强度。


4防水要求检测

对车辆进行模拟涉水、模拟清洗试验,并在试验后进行绝缘电阻测试以考核车辆是否存在触电风险。


建议


建议加强新能源汽车安全检验的研究论证

国外侧重于整车功能和使用方面的检测,主要通过人工或借助简单的仪器进行检测,从检测的必要性和可行性来看,国内的研究还不足。目前可研究纳入的项目主要有:高压部件的检测(通过仪表板或外接便携电脑检测)、能量回收系统的检测、动力电池冷却系统(电扇)的有效性检测、充电接头和充电自动锁止功能的检测、电动汽车软硬件改装项目的检测、车辆底部损坏和车身线束裸露情况的目视检验。


建议增加维修保养环节的检验检测

目前新能源汽车的检验主要集中在生产和出厂环节,由于新能源汽车产品和技术路线多样,检验时需要借助专业的设备、仪器、场地和人员,建议侧重厂家的维修保养和“汽车检测与维护(I/M)制度”的保障作用,该制度是世界上发达工业国家和地区对在用车进行强制性定期检测,并对出现故障的车辆进行强制修理的制度。


参考文献

[1]国家市场监督管理总局,国家标准化管理委员会.GB 18384-2020,电动汽车安全要求[S].北京:中国标准出版社,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 周文辉,原载于《汽车与安全》杂志机动车登记查验专栏,2020年第12期)


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