電動汽車電氣火災防護技術研究

【摘 要】 針對電動汽車電氣火災防護技術的現狀，介紹了電動汽車發生電氣火災的主要原因和特點，對其原因進行了分析和研究，提出了主要技術難點。總結了電動汽車電氣火災防護技術的發展和應用現狀，并對今后的研發方向做了展望。

【關鍵詞】 電動汽車 電氣火災 防護 安全

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2016.12.013

電動汽車的高壓電路（指區別于12V、24V的高電壓）較傳統汽車更為復雜，電氣火災的風險也更高。高壓系統在啟動、運行、停止的過程中都有可能面臨各種各樣高壓安全故障問題。一般而言系統安全故障可以分為六大類典型故障。主要由絕緣故障、斷路故障、動力蓄電池組故障、短路故障、上電瞬態沖擊故障、事故故障組成。在這些故障中短路、絕緣失效等問題，極易造成電氣火災，危險性極大，其他故障也極易造成重大損害。電動汽車低壓電系統與傳統汽車沒有區別，普通汽車的電氣火災發生的方式在電動汽車上都有可能發生。常見的電動汽車在這些故障中每一類故障都可能會造成電動汽車的安全事故，造成安全隱患。

根據電動汽車電氣火災的結構特點，火災風險主要存在電氣特性和電氣系統結構上。實際的研究也主要集中在理論分析電動汽車的電氣故障及可能引起的電氣火災隱患。實際進行的實驗性研究不多，對實驗的數據也沒有進行系統的歸納總結。電氣火災監控技術在電動汽車的應用性研究處于剛剛起步階段，可借鑒的經驗有限，主要技術難點體現在以下三個方面：

1 電動汽車火災預警技術

通過調查電動汽車的電氣火災原因，發現充放電控制器、動力電池、供配電線路、電動機、空調等電器設備均有發生電氣火災案例。電氣火災發生前，一般都伴隨有電氣系統的絕緣、短路、超溫、電弧放電等故障現象發生。電氣火災防控產品應通過監測這些特征可以做出預警，防止電氣火災的發生。但是現有技術研究大多應用于建筑場所，在電動汽車內并不適用。如何在電動汽車內充分利用有限的電力資源、空間資源和運算資源，并克服電動汽車運行中帶來的震動、溫度等方面的不良影響。是目前研究的主要發展方向。

2 動力蓄電池充放電管理技術

我國電動汽車使用的蓄電池主要有鉛酸電池和鋰電池，由于鋰電池具有較高的能量質量比，因此鋰電池更廣泛地應用于電動汽車中。由于單節鋰電池電壓不高的特點，電動汽車的鋰電池采用串聯和并聯相結合的方式組成鋰電池組，以滿足電動汽車高電壓大電流的需要。這樣對電池的一致性提出了更高的要求。但是，在實際使用中，隨著使用時間的增加，各節鋰電池的內阻會發生不同的變化，電池之間的一致性也會下降，各節鋰電池之間也會呈現不同的充電、放電特性。目前，對鋰電池的充放電管理一般采用對電池組整體管理的方式，由于鋰電池抗過充過放能力較差，這種方式會造成部分電池過充、過放的問題，從而造成火災隱患。針對以上問題，電氣火災技術研究應主要對電動汽車的蓄電池組采用分組管理的方式進行充放電管理。電動汽車的蓄電池組集成度很高，以電動大巴車普遍采用的360Ah電池組為例，采用了4并104串的電池結構，無法對每節電池都進行獨立的充放電管理。如何對電池進行分組，采用何種充放電管理方式，是其研究內容的一個難點。解決方向應著力于研究電動汽車動力電池的充放電特性，根據充放電特性研究電池的分組管理方式；采用實驗驗證的方法，優化電池的分組方式；研究電池充放電管理的動態邏輯控制網絡及電池動態分組管理的方法。

3 電動汽車電氣火災防護產品抗干擾技術

電動汽車的電器設備種類多樣，電氣線路復雜，電動機和空調設備通過輻射、傳導的方式在電氣線路中都會造成很強的脈沖和浪涌信號，電動汽車在啟動時也會產生很強脈沖信號。在電氣火災探測時，這些信號都是干擾信號，容易引起電氣火災防控產品的誤報和漏報。如何識別這些干擾信號，建立電氣火災探測的方法，是其研究內容的另一難點。解決方向應著力于研究采用時域分析和頻域分析的方法進行分析，進一步研究電動汽車各種干擾信號的特征和識別技術，并將干擾信號識別技術應用于電氣火災防控產品的設計中。

當前，世界各國的許多研究機構及科相關企業已經開展了大量的研發工作，并有部分項目已經投產。如Bender公司研究了電動汽車高壓系統的絕緣監測系統，以檢測絕緣故障，保護個人和系統安全。日本的汽車生產企業研制了電動汽車用高壓安全繼電器，用于電動汽車高壓系統的開斷。美國交通部公布了相關的技術標準。2016年我國已經成為世界級電動汽車產銷大國，目前我國也已經開展對電動汽車電氣火災防護技術的研究。隨著關機技術的發展突破，電動汽車終將取代傳統汽車，因此將電氣火災防護技術應用到電動汽車中，并實現產業化發展，是電動汽車電氣火災防護的發展趨勢。將成熟的技術進行推廣應用，建立統一的標準是電動汽車電氣火災防護的另一發展趨勢。電氣火災防護技術的研究內容緊密聯系電動汽車電氣火災防護的實際需要，對保證電動汽車消防安全具有重要意義。研究成果將直接應用于電動汽車的電氣火災防護，有利于預防電動汽車電氣火災，提高電動汽車的安全性，對推動電動汽車技術的發展和產業發展具有積極的作用。

參考文獻

[1]張俊.純電動汽車高壓電安全監控系統研究[D].浙江工業大學，2013.

[2]張得勝等.電動汽車火災原因調查研究[J].消防科學與技術，2014（9）.

作者簡介

郭銳，助理研究員（工程師），碩士，主要從事消防電子產品的檢驗技術和檢驗設備的研究；承擔消防電子產品的國家標準、行業標準的制、修訂工作；消防電子產品質量認證審核工作。

劉晗巍，本科，工程師，就職于遼寧省計量科學研究院。