電動汽車典型危險工況及安全檢驗探討

周文輝

摘 要：電動汽車設計、構造、使用與傳統汽車迥異，導致其運行安全特征和事故傷害特征也與傳統汽車有較大差異。我國是電動汽車第一生產和使用大國，為了預防和減少電動汽車事故，有必要研究其安全性能，提出提升其運行安全水平的系列保障措施。本文立足于公安交通管理工作實際，分析了電動汽車動力系統短路、碰撞、翻車、涉水、過充過放等常見危險工況及事故傷害機理，梳理了國內電動安全標準的主要內容、國外電動汽車安全檢驗工作研究的最新進展和國內電動汽車日常檢測內容等情況，在此基礎上，提出了加強電動汽車維護保養、推進電動汽車安全檢驗研究等方面的建議。

關鍵詞：電動汽車；安全檢驗；危險工況

1電動汽車常見危險工況

電動汽車危險工況包括動力系統短路、碰撞、翻車、涉水、過充過放等情形，對應的安全事故模式如下：

1.1動力系統短路

當電動汽車動力系統短路時，將導致動力電池瞬間大電流放電，其產生的安全事故模式主要包括：

（1）燃燒、爆炸

對于采用鎳氫電池、鋰離子電池作為動力電池的電動汽車，大電流放電將導致電池排放大量可燃氣體，同時，電池的溫度迅速升高，導致動力電池的燃燒爆炸等事故。

（2）電傷害

當動力電池與汽車的金屬車身短路時，動力電池的高電壓將可能通過金屬車身對乘員產生電擊傷害。

1.2碰撞

當電動汽車發生碰撞時，電池將承受巨大的沖擊載荷，并且可能受到擠壓、穿刺等損壞，由此產生的安全事故模式主要包括：

（1）燃燒、爆炸

對于密封電池如鎳氫電油、鋰離子電池、燃料電池儲氣罐等，當汽車發生碰撞時，即使電池未受到擠壓、穿刺等損壞，由于電池內部壓力過高、電池本身的制作缺陷，也可能導致動力電池爆炸、燃燒。當汽車發生碰撞，電池受到擠壓、穿刺等損壞時，將可能直接導致電池的燃燒、爆炸。

（2）電傷害

電動汽車在碰撞過程中可能導致電路短路而使車身帶電，對乘員產生電擊傷害。

（3）電解液飛傷害

由于電動汽車使用的動力電池電解液多為強酸、強堿溶液，當電動汽車發生碰撞導致電池損壞時，動力電池的電解液可能飛到整個車內，導致人員傷害。

（4）機械傷害

電動汽車在碰撞過程中對乘員產生的機械傷害包括車身變形產生的傷害、方向盤等硬物的碰撞和擠壓傷害、動力電池部分的竄動或飛入傷害等。

1.3翻車

（1）電傷害

當電動汽車發生翻車事故時，電池間的接線或接到電機控制系統的接線就可能脫落甚至短路，通過汽車上的金屬部分產生電流使車體帶電，從而導致乘員遭受觸電危險，危害乘員人身安全。

（2）動力電池電解液泄漏

由于動力電池頂蓋上一般都有加液孔蓋、限壓閥等部件，當電動汽車翻車時，容易造成其松脫，從而導致大量的電解液泄，引起電池漏電或短路事故。同時，大量的電解液泄漏可能使電解液流入車內對乘員造成傷害，而且會直接影響對事故車的援救。

（3）機械傷害

電動汽車發生車事故時，由于電動汽車的重量一般都比燃油車大，對于車身未特別加強的車型，其結構變形將更大，車門無法開啟，致使乘員受到擠壓、沖擊等傷害，同時由于二次事故的發生，比如電動汽車起火、爆炸等，內部乘員無法順利逃脫，引起更大的人員財產損失。

1.4涉水、暴雨

（1）電傷害

當電動汽車遇到涉水、暴雨等危險工況時，電池間的接線或接到電機控制系統的接線就可能會由于水汽的侵蝕，造成短路，導致漏電。強大的漏電電流通過車身結構，使乘員遭受觸電危險，危害乘員人身安全。

（2）動力電池的泄漏與燃燒爆炸

當電池出現短路事故，使得電池溫度升高，并可能產生大量氣體，使電池內壓增大，直接導致動力電池發生外殼形變，使得電解液泄漏，造成對乘員化學腐傷害，同時由于電池的熱效應可能引發電池的燃燒或爆炸。

（3）動力系統控制電氣故障

電動汽車在遇到涉水，暴雨等危險工況時，由于水汽侵入到電子芯片中，之后若未進行烘干、除濕等處理，使得電動汽車專門的電池組管理系統以及電機驅動控制系統出現短路或漏電事故，燒掉絕緣層，導致電子器件由于過大的電流而燒壞，使得控制和監測系統失靈，引發電動汽車失控或無法啟動等事故。

1.5電池過充過放

（1）有害氣體釋放

由于動力電池在過充、過放電的過程中正負極將達到析氫、析氧電位，使得電池有含氫氣和氧氣的混合氣體釋放，同時混合氣體中還將含有一定的具有腐蝕性的電解液分解的氣體成分，比如硫酸、堿氣等，會對人體以及汽車結構部件產生腐使傷害。

（2）燃燒爆炸

過充、過放電會使得含有氫氣和氧氣的混合體釋放，由于氫氣的爆炸極限比較低，如果在某密閉空間內聚集，遇到點火源時，將會產生燃燒爆炸等事故。過充電將會使電池隔膜蝕化而使得電池內部正負極直接接觸短路，從而產生極大電流，使電池發生燃燒爆炸；過放電時將會使電池組中某個容量較小的串聯電池出現反極（即電池的極性由正變負，由負變正），對鋰離子電池而言將使其正極上的金屬鋰形成易燃易爆物質，進而引發燃燒爆炸。

（3）電解液泄漏

動力電池在過充或過放電的過程中會引起電池熱效應，熱量得不到及時散發導致電池內部和外部結構部件變形，容易引起電解液泄漏。同時，由于過充電時電池溫度上升，內部由于電解液的分解和電解，將產生大量氣體，電池內壓升高，也會引起電池漏液。由于電解液的泄漏，可能會引發電池的短路或失效等故障。

2我國電動汽車安全標準內容

我國現行電動汽車安全相關基礎性國家標準為《電動汽車 安全要求》（GB/T 18384），2021年1月1日將實施《電動汽車安全要求》（GB 18384-2020）和《電動汽車用動力蓄電池安全要求》（GB 38031-2020）。其中《電動汽車安全要求》（GB 18384-2020）定位為我國電動汽車安全性能測試的重要基礎標準和電動汽車新車定型強制性檢驗以及進口機動車檢驗的重要技術依據之一。該標準規定了電動汽車的人員觸電防護要求、功能安全防護要求、動力蓄電池要求、車輛碰撞防護要求、車輛阻燃防護要求 、車輛充電接口要求、車輛報警和提示要求、車輛事件數據記錄要求、電磁兼容要求等內容。人員觸電防護要求規定了高壓標記要求、直接接觸防護要求、間接接觸防護要求和防水要求的內容[1]。功能安全防護要求規定了驅動系統電源接通和斷開程序、功率降低提示、可充電儲能系統低電量提示、可充電儲能系統熱事件報警、制動優先、擋位切換、駐車、車輛與外部傳導連接鎖止等方面的要求。車輛碰撞防護要求規定了電動汽車的正面碰撞防護應符合《汽車正面碰撞的乘員保護》（GB 11551）的要求，側面碰撞防護應符合《汽車側面碰撞的乘員保護》（GB 20071）的要求，前后端保護裝置耐撞性能應符合GB 17354的要求，頂部抗壓強度應符合《乘用車頂部抗壓強度》（GB 26134）的要求，電動汽車碰撞后安全應符合《電動汽車碰撞后安全要求》（GB/T 31498）的要求。

此外，《機動車運行安全技術條件》（GB 7258-2017）規定了純電動汽車、插電式混合動力汽車應具有充電鎖止功能、高壓警告標記、電位均衡、絕緣電阻檢測及自動提示等功能。

3國外新能源汽車安全檢驗情況

從目前了解到的情況，主要國家還未將新能源汽車的安全檢驗納入法規或開展討論。從公開資料來看，歐洲汽車檢測委員會（International Motor Vehicle Inspection Committee，該委員會是歐盟在用機動車檢測的智力支撐機構，為歐盟委員會、歐盟理事會等立法、行政機構提供可供討論的制度建議）2011年委托德國聯邦高速公路研究院（Federal Highway Research Institute）開展了名為“電動汽車安全周期檢驗的必要性分析”的項目，項目的目的主要有三：一方面是針對電動汽車和混合動力汽車，提出國家層面可納入機動車年檢的項目和內容。另一方面是提出電動汽車全生命周期的安全技術標準保持的措施。最后是提出電動汽車非法改裝的檢測辦法。德國聯邦高速公路研究院于2013年5月向歐洲汽車檢測委員會提交了研究內容概要報告。針對電動汽車和混合動力汽車，提出的國家層面需要進一步研究論證的年檢項目和內容主要有[2]：

部分高壓部件的檢測

主要包括動力電池、電機、電壓轉換器、高壓線束和連接器、高壓空氣壓縮機、高壓制熱機等。高壓部件的故障容易導致功能失效、短路、介質泄露、部件過熱等。對于以上內容的檢測，需要研究開發專用的設備，并提出檢驗的方法。德國聯邦高速公路研究院提出的暫時可用的檢測方法為：通過儀表板或外接便攜電腦，檢測車輛電池管理系統的功能；通過儀表板或外接便攜電腦，檢測新能源汽車儀表板是否與高壓部件的連接斷開，導致無法顯示。

制動系統的檢測

由于新能源汽車頻繁使用制動能量回收系統，容易導致制動系統受力不均或制動鼓/盤使用較少而銹蝕等情況，建議在年檢中特別關注制動系統的檢測。

能量回收系統的檢測

在滑行或制動時，新能源汽車會回收能量，容易導致制動系統受力不均或制動鼓/盤使用較少而銹蝕等情況，建議在額定電壓下，檢測能量回收系統的功能。

動力電池冷卻系統的檢測

為防止動力電池過熱，建議檢測動力電池冷卻系統（主要是風扇）的有效性，包括功能和旋轉速度是否合規有效。

充電系統檢測

目視檢測充電接頭等是否損壞。測試在充電接頭與充電樁連接時，車輛是否無法啟動（前進或倒退）。

4國內電動汽車日常檢測內容

國內對電動汽車年檢的日常檢測主要有以下幾個方面：

動力電池檢測

主要有兩個檢測指標：一個是動力電池SOC（State of Charge ，荷電狀態）評估，可采用測量電池箱內部單體電壓的方式評估。另一個是動力電池SOH（State of Health，健康程度）評價，可采用測量電池的內阻和電池單體電壓的方式評價。

電動汽車絕緣檢測

新能源汽車運行期間，酸堿氣體腐蝕、溫濕度的變化等會導致電池組和車輛底盤間絕緣物質的破損與老化。除了目視檢驗車輛底部的破損和老化情形外，其他的主要檢測方法及指標是：用兆歐表測量電力系統與車輛底盤之間的絕緣電阻值。測量電壓應是不小于電力系統的最大工作電壓的直流電壓，并施加足夠長的時間以獲得穩定的讀數，測量時，動力蓄電池和輔助蓄電池應斷開，輔助電路的兩端搭鐵部分應與車輛底盤相連。在最大工作電壓下，直流電路絕緣電阻的最小值應至少大于100Ω/V，交流電路應至少大于500Ω/V。

電動汽車電磁輻射檢測

車內電磁環境的檢驗點應在駕駛位座椅前端中部、副駕駛位兩腳中部、靠近后軸的座椅排中部、最后排座椅中部和車廂內最靠近電機控制器位置的5點中選擇3點來進行檢驗。檢測程序為：第一步，車輛未啟動前，打開電磁輻射測量儀，測量并記錄車內給定位置所測得的電場強度和磁感應強度；第二步，進行底盤測功機加載和被檢車輛檢驗車速的設定與控制，待速度穩定后，打開電磁輻射測量儀，測量并記錄車內給定位置所測得的電場強度和磁感應強度。

防水要求檢測

對車輛進行模擬涉水、模擬清洗試驗，并在試驗后進行絕緣電阻測試以考核車輛是否存在觸電風險。

5今后工作建議

首先，建議加強新能源汽車安全檢驗的研究論證。國外側重于整車功能和使用方面的檢測，主要通過人工或借助簡單的儀器進行檢測，從檢測的必要性和可行性來看，國內的意見建議研究還不足。目前可研究納入的項目主要有：高壓部件的檢測（通過儀表板或外接便攜電腦檢測）、能量回收系統的檢測、動力電池冷卻系統（電扇）的有效性檢測、充電接頭和充電自動鎖止功能的檢測、電動汽車軟硬件改裝項目的檢測、車輛底部損壞和車身線束裸露情況的目視檢驗。

其次，建議增加維修保養環節的檢驗檢測。目前新能源汽車的檢驗主要集中在生產和出廠環節，由于新能源汽車產品和技術路線多樣，檢驗時需要借助專業的設備、儀器、場地和人員，建議側重廠家的維修保養和“汽車檢測與維護（I/M）制度”的保障作用，該制度是世界上發達工業國家和地區對在用車進行強制性定期檢測，并對出現故障的車輛進行強制修理的制度。

參考文獻

[1] 國家市場監督管理總局，國家標準化管理委員會. GB 18384-2020，電動汽車安全要求[S]. 北京：中國標準出版社，2020.

[2] Rainer Krautscheid. New inspection methods for electric and hybrid vehicles. Federal Highway Research Institute（BASt）Germany， Conference and 16th General Assembly.