新能源汽车碰撞后电安全现状与分析
时间：2023-11-03 10:35:03 来源：小苹果范文网 本文已影响 人 
王青贵 谢军 朱鑫
中汽研汽车检验中心（天津）有限公司 天津市 300000
中国汽车市场正在以举世瞩目的速度发展，其中电动汽车更是迅猛发展，销量高速增长。近年来，我国电动汽车已经占到世界市场份额的50%以上。与此同时，电动汽车高速发展所带来的一系列问题也日益凸显。电动汽车搭载有一整套高压驱动系统。受限于整车结构布置，电动汽车碰撞安全的防护性能也差异较大。电动汽车在碰撞过程中存在碰撞后高压系统受损，导致高压电裸露、高压泄露、短路、电池起火等次生风险，乘客和救援人员等在电动汽车碰撞过程中，也将面临新的风险和挑战，电动汽车的碰撞安全性不容忽视。根据调查电动汽车起火事故最主要的三大起因是电池的自燃、充电和汽车碰撞。其中碰撞成为电动汽车起火事故的关键诱因，电动汽车碰撞安全也愈发引人关注。
2.1 政策碰撞法规要求
为了让新能源汽车得到更好的健康发展，国家制定了严格的新能源汽车碰撞标准法规，涉及了碰撞后乘员防触电保护等方面，保证电动汽车的高压电安全。目前国内关于电动汽车碰撞后电安全要求执行的法规是2015年5月15日发布的GB/T31498-2015《电动汽车碰撞后安全要求》。该标准要求带有B级电压电路的纯电动汽车和混合动力汽车，按照GB11551-2014《汽车正面碰撞的乘员保护》和GB20071-2006《汽车侧面碰撞的乘员保护》的标准进行碰撞试验，整车的动力用高压系统以及动力用高压系统传导连接的高压部件应同时满足防触电保护要求（电压要求、电能要求、物理防护要求、绝缘电阻要求）、电解液泄漏要求和REESS要求。新发布的GB/T31498-2021将在2022年3月1日正式实施，适用范围增加了GB20072-2006《乘用车后碰撞燃油系统安全要求》，此次改版完善了电动汽车碰撞安全的考察方式。
此外CNCAP2018版也将电安全纳入了考核。对现有的正面碰撞、侧面碰撞、偏置碰撞试验后电安全进行检测。考核项目中分为基本条款、选项条款、电解液泄漏、REESS安全评价。其中基本条款也称作必测条款即测量REESS端绝缘电阻，而选项条款有四项，分别是电压、电能、物理防护、绝缘电阻，四项中有一项通过即可。如果考核结果合格，除评定星级结果之外，还将采用电气安全标识进行标示；
如果不合格，仅公布所有项目试验结果，不做星级评价。在即将实施的CNCAP2021版中对新能源汽车碰撞形式的考察分为正碰、MPDB、侧面柱碰。新版本内容中对电安全考核进行了改进，其中基本条款不再强制要求，而是根据继电器的位置来决定是否考核。在选项条款中：电压考核增加了电压下降趋势的考察；
电能考核中修改了其中一种计算公式；
在绝缘电阻考察中量表法操作改为双表笔法测试，同时考虑了测试设备内阻的影响并修改了计算公式。选项条款中依旧是四项有一项通过即可。
2.2 零部件级电池包碰撞试验要求
动力电池是电动汽车的能量之源，也是造成电动车起火的主要来源。随着用户对电动车续航里程需求的增长，高功率、大能量密度的电池组使用越来越广泛，这使得动力电池的风险越来越高。电池包在实车行驶中受到的损伤可以简化为单体动力电池零部件受到的损伤。电池包检测标准GB/T31485-2015《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》中对电池单体和电池模块规定了一系列跌落、挤压、针刺、浸泡试验，要求按标准进行试验时，单体或模块不爆炸、不起火。在电池系统方面，GB/T 31467.3-2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第3部分：安全性要求与测试方法》对动力电池包和系统规定了包括振动、机械冲击、跌落、挤压在内的安全性试验。在未来，部分推荐性标准即将转成强制性标准，如基于GB/T 31485以及GB/T 31467.3将转成GB《电动汽车用锂离子动力蓄电池安全要求》。
2.3 新能源汽车电安全设计
电动汽车日常使用过程中，安全设计方式有：高压系统绝缘、高压系统绝缘在线监测、系统绝缘故障报警以及高压设备防护触电保护。新能源汽车高压系统主要包括电池系统、动力总成、高压电控系统、充电系统、高压设备，及其线束系统。这些部件由绝缘材料组成或经过绝缘处理。而高压电池系统的电汽安全直接关系到人员生命安全。绝缘失效会造成高压对人体的直接伤害。通常绝缘在线监测有两种检测方式。一是信号注入法，另一种是电阻测量法。信号注入法就是输入一定频率的直流信号，测量反馈的直流信号从而计算出绝缘电阻。通常这种注入信号的方式会影响到系统的正常工作。电阻测量法是通过在正对地和负对地之间并入电阻来计算出绝缘性能[3]。对于系统故障报警由电池管理系统BMS来承担检测功能，当检测到的绝缘电阻值低于该值时，BMS将对应的绝缘故障代码上报给上位机，整车上则由组合仪表来进行代码显示和故障灯报警，以提醒乘员进行故障排查。
最后防触电保护考虑的是线束及设备过载等情况。是新能源汽车线束包括低压线束与高压线束，为提示和警示用户和维修人员，高压线束应采用橙色线缆并用橙色波纹管对其进行防护。同时高压连接器也应标识为橙色，起到警示作用，并且所选高压连接器应达到IP67防护等级。另外当汽车高压附件设备发生过载或线路短路时，相关高压回路应能自动切断供电，以确保高压附件设备不被损坏，保证汽车和驾乘人员的安全。
3.1 部分新能源车辆碰撞后未下电
从图1可知车辆在碰撞测试过程中电压没有下电，存在人员触电风险。在法规中规定此时可以用防触电保护中另外三个条款中的任意一个进行判断。虽然电安全结果最终能够通过，但是整车高压作为人员触电防护的危险源，应将其严格要求。建议将电压调整为必过条款，只有这样才能彻底保护到乘员安全。
图1 新能源汽车碰撞后未下电
3.2 碰撞后电压下电缓慢
通过分析新能源汽车碰撞后电安全数据发现，目前绝大部分车辆都具备整车断电功能。但是在执行断电功能时，电压随时间的变化情况不同。大部分车辆在执行下电时电压瞬间掉到0伏，而有的车辆在下电时一种情况是放电策略设计不合理（如图2）。负载端有大电容，放电后下降缓慢，即使在碰撞60秒后整车电压一直处于高于人体电压值。
图2 新能源汽车碰撞后电压下降缓慢
另一种情况是在下电过程中，由于整车有绝缘自检，电压会存在周期性的变化，导致电压居高不下。图3中可以看出，车辆碰撞后V1和V2没有下电。因此上述两种情况需要车辆做出相关优化调整。CNCAP2021版电安全考察中针对此种情形，也增加了电压趋势的考察。
图3 新能源汽车碰撞后绝缘自检
3.3 自动断电功能验证方式不一
在CNCAP18版试验中厂家可以选择自动断电功能的验证。具体验证方式可以同厂商进行协商。目前各个厂商对自身产品验证的方式不一。大部分厂商通过测量负载端电压赫尔电池包端电压来判断有无实现试验自动断电功能。还有一部分厂家通过读取试验后BMS发送报文内容来进行判断。因此需要建立规范性和统一性的判定方式。目前实验室已经建立了一套自动断电评价体系并且已经开发出相关工具，结合报文信息和整车试验后电压断电情况进行判定。
3.4 非常规电池包整车级碰撞试验方法缺失
对于电动汽车而言，其电池包为高危储能部件，严重的碰撞和冲击载荷可能会对电池包安装强度或者是内部结构造成伤害，从而给车辆带来严重的安全隐患，甚至会造成车辆直接起火等危险情况的发生。目前，对于高压电池包的碰撞测试和冲击载荷测试，国内外的相关标准主要集中在部件级测试方面，也就是单独对高压电池包进行相关的测试。如针刺、挤压、台架冲击等。对于高压电池包的整车级测试，目前极少。随着电动汽车销量的持续增加，电动汽车面临底部磕碰危险工况的概率也会持续增加。但是在相关标准和测试方法方面，却没有针对上述的考核要求。底部电池包物理变形方面的考核，由于车辆的车身结构对电池包有一定的防护，以及电池包内部也预留有一定的防挤压空间。因此，常规试验类型都难以直接对高压电池包产生物理性地破坏。但是在实际的道路交通环境中，对于将电池包布置于底部的电动汽车而言。在遇到一些较差的道路时，常常会发生电池包托底的情况。严重的电池包托底会对电池包产生直接的物理性破坏，而且极易引发电池包的内部短路，更为严重的可能会造成车辆的起火等危险情况。另外，对于电池包在加速度冲击的考核方面，传统的碰撞测试都是对电池包在水平方向上进行冲击载荷的测试，缺少垂直方向上的冲击载荷测试，也就无法全面的测试出电动汽车的整体安全性能。
新能源汽车在设计使用过程中已具备成熟完善的高压防护策略。在碰撞后电安全方面也有相关法规考核，提高了电动汽车碰撞后安全系数。但在零部件整车碰撞方面目前还未有相关法规和试验方法，需要在方面进行相关工作的完善。同时部分车辆在碰撞后电安方面仍存在不足之处，需要对相关考核指标进行改进。相信在不久之后，新能源汽车电安全会有质的提升。
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