混合動力及電動汽車維修安全(中)

◆文/河北 馬金剛

三、高壓安全與健康

1.高壓電帶來的危險

常規車輛上車載電源的電壓一般都是12V或24V，當前電動汽車輛上的電壓通常高達300V，而電壓超過50V就會對人體造成傷害，被視為危險電壓。為此，我們必須高度重視電動汽車上的高壓電操作安全，充分認識電動汽車上高壓系統可能存在的危險。這些危險包括：電擊、電弧或閃絡、與高壓蓄電池有關的危險、二次事故。

2.電擊

有些人可能有過觸電的經歷，電流在某一時刻流經身體，感到刺痛。如果電壓很高或電流很大，遭遇電擊往往會導致致命后果。電擊對人體傷害的程度受電壓、電流、時長以及流經路徑等因素的影響。實驗表明：30mA的電流就足以造成心室纖維性顫動。

另外，對觸電的敏感性也因人而異，有些人對觸電的感覺有更高的臨界值，因為每個人對流經身體的電流有不同的電阻。在電壓相同的情況下，電流與電阻成反比。同一個人，不同部位的電阻值不同。圖11為人體電阻模型，該模型給出了普通人的不同部位的電阻值。由于電流流經人體需要一個進入點和一個退出點，且通常會流過至少兩個電阻器(執行工作的人員的兩只手)，電阻將超過1 000Ω。這個電阻值通常被用來衡量電動汽車安全系統的有效性。當然，也可以采取安全預防措施以增大電阻，如使用絕緣手套；相反，如果皮膚受傷或濕潤人體電阻將會減小。

圖11 人體電阻模型

人體中有一個以極小的電脈沖運行的復雜神經系統，我們的大腦正是借助這些電脈沖來控制身體的所有機能。實際上，電擊對人體傷害的程度主要取決于電流，而不是電壓，因此電流是評估潛在風險時的主要考慮因素。另外，電擊所導致的后果，還與電流的類型、頻率和電流流經人體的路徑有關。假設電動汽車輸出的電壓為280V，電路中的電阻為1 000Ω，則電流是280mV，足以讓人致命。不同大小的直流(DC)或交流(AC)電流對人體的影響如圖12所示。

圖12 電流對人體的影響

3.電流類型對人體的影響

電流類型包括直流(DC)與交流(AC)。

直流(DC)電壓從身體的某點導入或導出很可能引發熱損傷，不僅會燒壞表面，而且有可能燒壞皮膚正下方的組織或內臟器官。顯然，電流越大，或接觸時間越長，導致的損傷就越大。觸電對用于身體控制的電脈沖有凍結作用，導致異常的肌肉收縮，這就是有些人觸電后無法“松手”的原因。如果電流從兩手之間流過，則電流將會流過胸部，從而將心臟和呼吸系統置于僵直風險之下，這可能會導致器官停止活動并造成心搏停止。移除電流后，在恢復受影響部位的全部功能之前，人體將會花費一小段時間重新調整其電脈沖。

交流(AC) 電壓進入人體后會產生與直流(DC) 電壓相似的結果，不過更大的風險在于施加的電流的頻率。例如，低頻電擊將會對受影響部位的肌肉產生“僵直”效應。盡管直流(DC) 或交流(AC) 電壓造成的電擊都可能是有害甚至致命的，但是皮膚對于前者的抵抗力更強，電流較小的交流(AC) 電壓對人體造成的傷害可能超過相同電流的直流(DC) 電壓造成的傷害。

無論在任情況下，當人體遭受電擊，應都盡快就醫，因為電擊的癥狀可能在24h內突然出現。

4.電弧

電弧是一種氣體放電現象，電流通過某些絕緣介質(例如空氣)所產生的瞬間火花。電弧能夠產生高達20 000℃的高溫。導致電弧產生的因素有：連接不良或連接松脫、絕緣故障、濕度、異物與電路的導體接觸。

電弧的危害有：巨響引發的聽覺創傷、強光導致視覺的暫時失明(俗稱“電弧眼”)或因為熔化金屬飛濺而導致受傷、高溫可能對人體造成嚴重的燒傷或引發火災、產生的臭氧或周邊材料分解出有毒氣體引起的人體中毒。

5.與高壓蓄電池有關的危險

不同汽車上高壓蓄電池的容量存在很大差異，主要取決于蓄電池組的尺寸及能量密度，例如HEV、PHEV 或BEV 的蓄電池容量有著很大差異。線路短路時將釋放極高的能量，可能造成熱失控及內部火災。與高壓蓄電池有關的危險主要有：電擊和燒傷、化學燒傷、腐蝕、短路。

電動汽車上使用的高壓蓄電池屬于鋰離子蓄電池。鋰是極輕的金屬，并且具有較高的電化學電勢，這些性質使得每個蓄電池單元都能夠獲得高能量和功率容量，同時體積小，重量輕。鋰離子蓄電池的缺點是：熱沖擊(外部加熱)、機械損傷(凹陷、跌落)電氣濫用(過度充電、外部短路、過度放電)等條件下，鋰的化學反應將會加劇。

由于上述缺點的存在，我們必須落實安全系統，以便將蓄電池單元保持在正常工作參數范圍內。這就要求在蓄電池系統中具有各種保護措施。蓄電池的溫度必須維持在-30～45℃，超出這個參數范圍，蓄電池性能將受損。如果蓄電池單元殘余電壓低于2V，其性能將加速衰退。蓄電池無法耐受過度充電，否則容易發生熱“失控”，從而可能導致蓄電池燃燒。充電時，采用恒定電壓和電流的充電方式是首選。為了避免鋰離子蓄電池的上述任何缺點變成問題，采用正確的蓄電池保養和維護至關重要。“熱失控”是溫度上升時，改變化學反應的特性，從而導致溫度進一步上升的情況，然后自行驅動循環，直至出現燃燒。如果發生會導致熱失控的過熱事件，則可能同時發生：排氣、破裂、火災，甚至爆炸。

導致蓄電池故障的可能原因有：外部短路、內部短路、過度充電、過度放電、外部加熱、自行加熱等。

6.事故應急措施

如果發生涉及高壓用電的事故，則每一秒鐘都很重要！最先考慮的是使受害者脫離危險，同時確保自身或同事的安全，并保持冷靜。建議采取以下措施：

(1)在做出營救嘗試之前，如果可能，要立即中斷或隔離電能來源；

(2)利用非導電物體將受害者從電源上推開/拉開(認可的安全救援掛鉤)；

(3)請勿擅自移動受害者，除非環境對受害者或你自身仍然存在危險；

(4)一旦受害者與危險隔離，應確保其他所有的直接威脅都已被消除，例如火災或其他危險；

(5)盡快聯系緊急服務中心或急救人員；

(6)如果存在任何二次傷害，則可能需要提供一份有關電擊類型的簡要描述；

(7)評估受害者；

(8)將其置于施救體位或必要時進行急救

(9)不得讓受害者處于無人看管的狀態，施救者應與受害者待在一起，直至緊急服務人員到達。

注意：即使受害者沒有任何觸電癥狀，仍應由專業醫護人員對其進行檢查，因為有些癥狀可能會在24 小時內突然出現。

四、安全維修制度與流程

1.人員培訓

電動汽車在車輛上市前，車企會對經銷商的技術人員進行相關培訓。這些技術人員參加廠家的培訓前，一般要求取得我國的低壓電工操作證，獲得一般性電工知識。車企培訓課程設有不同的等級以適應不同的人員。以下是某國際知名車企，對于電動汽車輛維修技術人員培訓及分類：電動汽車初級技師(EVIP)-EV 知識網上在線學習課程、電動汽車稱職技師(EVCP) -基于課堂/車間的培訓、電動汽車授權技師(EVAP)-基于課堂/車間的培訓、電動汽車高級授權技師(EVSAP)-支持未來的電動汽車策略。

(1)電動汽車初級技師(EVIP)的操作任務是非高壓部件(要求遠離高壓部件)，通過網上學習和考試，電動汽車初級技師(EVIP) 就可以在電動汽車上執行非高壓部件的工作。

電動汽車初級技師(EVIP) 的責任有：

●識別電動汽車狀態和高壓系統部件；

●接收工作說明并在電動汽車上執行工作，不包括對電動汽車上安裝的高壓系統部件和能夠連接至高壓電源的部件執行工作；

●依照廠家認可的車間維修程序，按照工作說明中的規定執行工作；

●如果工作存在與高壓系統有關的潛在危險，則停止工作并咨詢電動汽車授權技師(EVAP)。

(2)電動汽車稱職技師(EVCP)是級別最低的有權按照工作許可證(PTW) 執行高壓系統維修工作的人員，此類人員不能執行高壓“斷電”程序。

電動汽車稱職技師(EVCP) 的責任有：

●接收電動汽車工作許可證(PTW)；

●確認其已理解PTW；

●如果適用，向工作小組介紹情況；

●按照PTW中詳述的內容，執行指定工作；

●確保遵守文檔上的程序要求；

●協調工作小組；

●完成工作后，在PTW清場部分上簽名；

●在車輛斷電流程中，扮演安全陪同人員的角色；

●EVCP將會獲得授權執行規定任務，具體取決于其個人能力，該任務包括對高壓系統及其相關部件執行工作。

(3)電動汽車授權技師(EVAP)可以執行“斷電”程序，以便讓高壓系統的安全程度適合工作，但是不能執行任何“帶電作業”程序。

電動汽車授權技師(EVAP) 的責任有：

●前面所述的有關EVCP 的所有責任；

●執行車輛斷電程序，以便讓高壓系統的安全程度適合工作或測試；

●確認安全措施已就位；

●準備好PTW，以便對高壓系統或需要執行車輛斷電程序的其他電動汽車系統執行工作；

●向EVCP發放PTW；

●必要時監督工作；

●完成工作后取消PTW；

●執行車輛通電程序，以便恢復高壓系統的操作。

(4)電動汽車高級授權技師(EVSAP)負有前面所述的有關EVAP 的責任，同時支持未來的EV 工作策略。

2.個人防護設備(PPE)及專用工具

在高壓系統上執行特定任務時，必須使用正確的個人防護設備(PPE)。在隔離高壓系統進行電壓檢查時，某企業推薦的被歸類為Cat 0 級別的個人防護設備PPE(圖13)包括：橡膠手套(0級，1kV)、面罩、不熔化不易燃的服裝；其他通用安全設備包括：安全防護柱和鏈條(用于在需要時設立指定安全工作區域)、非導電安全救援掛鉤(額定電壓為1kV)。

圖13 個人防護設備

3.認可的診斷工具和應用程序

不同的廠家會推出基于其特定車型的專用工具，下面介紹一些其中較為通用的工具。執行斷電流程時，需要從高壓蓄電池上斷開高壓系統，必須使用認可的專用測試設備證實高壓系統已不帶電，并且其安全程度適合工作。要隔離待執行工作的高壓系統電源，并安裝認可的隔離裝置，如斷接盒和安全檢查接頭VM8105/VM8109、測量設備VS8973、隔離鎖定工具、標識標簽。

(1)斷接盒和安全檢查接頭VM8105/VM8109如圖14所示，該測試設備需要與診斷設備(即俗稱的該車型診斷電腦)上的斷電應用程序配合使用。打開應用程序后，軟件將會自動啟動，并利用圖形顯示引導用戶完成測試流程。第一個屏幕將會顯示一列安全警告和預防措施，用戶需要確認其已閱讀并理解這些內容。然后將會顯示一個驗證報告，用戶只有在承認該警告，并表示同意后才能繼續使用測量應用程序。系統將會在測試設備上執行驗證測試，僅在獲得有效讀數后才允許用戶繼續。用戶需要執行分步流程，在應用程序允許下一步開始前，必須驗證每個部分。在成功獲得所有有效讀數后，認可的診斷設備屏幕將會自動顯示一個表示高壓系統已斷電的畫面。然后，系統將會生成一個報告，用于確認測試表明高壓系統中已不存在電壓，已被視為處于安全狀態。用戶應該打印該報告并將其附在車輛文件/維修單上。測試必須由具備資質的人員(EVAP 或EVSAP)執行。

(2)測量設備VS8973如圖15所示，是用來進行等電位連接系統測試的。等電位連接是一種連接高壓系統所有裸露金屬表面的做法，其設計并非用于承載電流，而是作為一項防電擊的保護措施。所有高壓系統部件均有一根通過螺栓與車輛底盤相連的帶狀搭鐵線，這些帶狀搭鐵線通過底盤將所有部件有效地連接到一起，最終形成了一個等電位區域。如果發生故障，例如發生高壓正極接地故障(導體接觸到金屬殼體)，則等電位連接系統將會確保所有部件均保持相同的電位(等電位)或電壓。如果在維修中松開或拆卸任何等電位連接電纜固定件，則必須對等電位區域執行等電位連接測試。該測試設備需要與認可的診斷設備上的電路等電位連接測試應用程序配合使用。打開應用程序后，軟件將會自動啟動，并利用圖形顯示引導用戶完成測試流程。在記錄所有有效的測量值后，即表示該測試已完成，然后系統會生成一份可以打印的報告。用戶應該打印該報告并將其附在車輛文件或維修單上。對已斷電并隔離的系統執行的測試必須由具備資質的人員(EVAP 或EVSAP)執行。

圖15 等電位連接系統測試工具

(3)隔離鎖定工具如圖16所示。斷電程序的后一個階段需要隔離和鎖定高壓系統，使其與所有可能的高壓電源分開，如高壓蓄電池端口。這種安全預防措施是用于防止在對高壓系統執行維修時意外地重新連接該系統。圖16中顯示了放在高壓蓄電池接頭的鎖定工具，除此之外，還需要一些其它部位的專用鎖定工具，如蓄電池端子鎖定工具等。

圖16 高壓蓄電池接頭隔離鎖定工具

(4)車輛標識標簽。車輛進入車間時，必須在駕駛員側的車窗上放置合適的警示信息，如圖17所示，不同顏色的警示標志表示不同的警示信息。紅色表示：車輛處于激活狀態，而蓄電池接觸器出現故障。不能將高壓蓄電池與混合動力系統隔離。不允許HEV授權人員或專業技術人員對帶電車輛執行操作，應聯系HEV高級授權人員。綠色表示：成功停用混合動力系統，且高壓蓄電池已隔離并“鎖閉”。黃色表示：混合動力系統完整且正常操作，可隔離(停用)高壓蓄電池，但尚未執行。

圖17 車輛標識標簽