電動汽車電氣系統安全性分析及標準制定研究

鄭天宇　劉佳盟

摘要：電動汽車由于高壓用電問題可能導致安全事故發生。為保障電動汽車的行車可靠性和乘員人身安全，本文在對電動汽車電氣系統安全性進行分析的基礎上，構建了電動汽車電氣系統的安全標準體系.

關鍵詞：電動汽車，安全性分析，標準體系，標準制定，電氣系統

隨著汽車保有量的不斷增長，汽車在帶給我們出行便利的同時也使得能源、安全以及環保問題成為人們關注的重要問題。在此背景下，以自載電池為能源的現代電動汽車，以其結構簡單、綠色無污染、能源來源多樣化、工作可靠、維修簡便等特點受到了國家政策的支持和大眾的推崇。然而，在電動汽車市場爆發式增長的同時，電動汽車的安全隱患也開始浮出水面。電動汽車的高壓電氣系統工作電壓在300V以上，但是由于其阻抗較小，工作過程中電流有可能達到數百安培，如果瞬時短路，電動汽車高壓電氣系統瞬時放電電流將會成倍增加，高壓電氣系統的不穩定性將極大地危害到車上人員的安全。另外，人們普遍認為純電動車要比燃油車更加安全可靠，但是如果電動汽車高壓系統發生障礙，其造成的惡劣影響絕不會比燃油車小。例如：2016年美國東部的特斯拉電動汽車爆炸事件，造成兩名乘員當場死亡，這已是特斯拉的第四起自燃事件。電動汽車安全事故的頻發值得引起技術人員和大眾的深刻思考。

1電動汽車電氣系統及其安全性分析

1.1電動汽車電氣系統

電動汽車的電氣系統主要包括電力驅動模塊、車載電源模塊以及輔助模塊。其中，電力驅動模塊的功能是將蓄電池中儲存的電能轉換成車輪的動能，并在電動汽車減速制動時，將車輪的動能轉換成電能并將其存儲在動力蓄電池中，它主要是由驅動電機、電機控制器和傳動系統等構成;車載電源模塊的功能是為驅動電機提供電能、監測電源的使用情況以及控制充電機為動力蓄電池充電，它主要是由車載充電機、動力電池組和電池管理系統等構成;輔助模塊的功能是為燈光、儀表等電動汽車其他輔助裝置提供正常工作所需要的動力電源，它主要是由輔助電池和DC/DC功率變換器等構成。由于動力電池、驅動電機以及DC/DC功率變換器屬于重要的高壓電氣單元，保障其安全性和可靠性對于保障電動汽車高壓電氣系統的安全性具有全局性的作用。因此，本文以動力電池、驅動電機以及DC/DC功率變換器為例對其安全性進行深入分析。

1.2電動汽車電氣系統安全性能分析

（1）動力電池安全性分析

動力電池是電動汽車驅動能量的唯一能源，其性能直接影響電動汽車的續航能力以及安全性，需具備以下特點：高能量密度、制造成本低、壽命長，維修少、活性物質存放長;自放電自衰減小、充放電性能好、效率高;設備簡單、尺寸小、安全性能好、更換快捷、少量或無需特殊維護設備等。本文以市場上最為常見的磷酸鐵鋰電池為例進行安全性分析。磷酸鐵鋰電池是一種以磷酸鐵鋰為正極材料的Li+（鋰離子）電池。充電時，Li+在電場力的作用下進入電解液，穿過隔膜后再次從電解液遷移至石墨晶體表面上，然后嵌入石墨晶格中。放電時，Li+從石

墨晶體中脫嵌出來進入電解液，穿過隔膜后遷移到磷酸鐵鋰晶體的表面，然后再次嵌入到磷鐵鋰晶格。在濫用情況下磷酸鐵鋰電池存在著安全隱患，磷酸鐵鋰電池在使用過程中會產生氣體，當氣體在電池體內累積到一定程度時，電池內部壓力會突然異常增大從而導致電池解體爆炸。另外，在電池制造和循環過程中會產生單質鐵，單質鐵的持續累積將會導致電池隔膜刺穿，內部短路風險高，從而造成危害。

（2）驅動電機安全性分析

驅動電機是一種基于電磁感應定律來實現電能轉換的電磁裝置。在高溫濕熱情況下，驅動電機外表面易出現銹蝕現象。另外，驅動電機在工作過程中遇到鹽霧、浸泡等情況時容易引發安全事故，無法正常工作。因此，對驅動電機進行安全檢測時需要進行過載能力試驗、接觸電流試驗、絕緣電阻試驗和介強度試驗，以確保驅動電機的安全。

2電動汽車電氣安全檢測標準體系

電動汽車電氣安全檢測標準體系是協調電氣安全檢測標準的重要工具，將為標準使用提供技術支持，是標準化工作的一項重要組成。

2.1標準體系建立的原則

基于電動汽車電氣安全檢測標準體系自身特點，結合電動汽車電氣安全性能分析，為確保標準體系科學、合理、可操作，建立電動汽車電氣安全檢測標準體系應遵循下列基本原則：（1）標準體系應具有科學合理性、實用有效性、動態性和可操作性;（2）標準體系中項目明細的確定，應以電動汽車電氣安全檢測的需求為牽引，突出電動汽車年審的技術急需，力求達到統籌兼顧;（3）標準體系的建立應當與現有電動汽車標準保持協調統一，繼承已有成果，使整體達到最優;（4）標準體系的建立應借鑒國外電動汽車電氣安全檢測先進標準，有效利用國外相關標準體系資源。

2.2電動汽車電氣安全檢測標準體系框架

從電動汽車工業產業鏈結構角度考慮，電動汽車電氣安全檢測標準體系包括：動力電池、驅動電機以及DC/DC變換器等，它們是電動汽車高壓電氣系統最為重要的組成部分。從檢測類別來看，電動汽車電氣安全檢測標準體系包括：電池檢測、外觀檢測、上線檢測以及違章檢測等;從電動汽車電氣安全的相關性質來看，電動汽車電氣安全檢測標準體系包括：基本性能、安全、互換性、技術要求等。電動汽車基本性能標準主要包括能源效率、能耗、動力性以及可靠性等;電動汽車安全標準主要包括過充/過放、短路、過熱、擠壓、水浸、低氣壓、高溫/低溫、恒定溫熱以及機械撞擊等;互換性標準主要包括電動汽車電氣安全檢測時尺寸和操作上的要求

。

3一般要求

常用的動力蓄電池包括鋰離子電池、鎳氫蓄電池、鉛酸電池以及鋅空氣蓄電池等，其中，鋰離子蓄電池應符合GJB4477-2002的要求，鎳氫蓄電池應符合GBT15100-2016的要求，鉛酸電池應符合GB/T18332.1-2001的要求，鋅空氣蓄電池應符合GB/T18333.2-2015的要求。所有車輛都應配備絕緣蓄電池，而且蓄電池單體連接應遵循的原則為：任何兩個相鄰的蓄電池單體之間的標稱直流電壓不能超過24V，安裝在金屬容器內的蓄電池單體應彼此絕緣。同時，動力蓄電池系統還應保持無漏液現象和表面清潔，不能出現變形、劃痕和銹蝕。另外，當車輛配備車載充電器時，應符合GB5226.1-2008中的2.1-2.2，7.2.和8.1-8.2的要求。

4結語

本文研究在一定程度上彌補了我國在電動汽車電氣系統安全檢測方法及標準制定方面的不足，對電動汽車產業的發展具有重要意義，為電動汽車及其零部件的生產檢測和車輛年審檢測提供了有益的參考指標。但由于受到電氣安全檢測方法的復雜性以及動力電池等技術發展的影響，電動汽車電氣系統安全檢測方法及技術標準仍有許多地方需要不斷完善，需要考慮標準體系的完善和電動汽車產業的發展配合問題，考慮標準在電動汽車行業中的應用推廣問題等，這些都需要專業技術人員和標準制定者開展進一步的深入研究，為我國電動汽車產業的健康發展提供標準支撐和保障。

參考文獻

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