新能源汽車碰撞后電氣安全性分析

張曉旭

摘要：隨著我國新能源汽車產業不斷發展，新能源汽車的安全性問題日益顯露出來，新能源汽車碰撞后的電安全研究也受到重視。然而新能源汽車的電安全研究，首先要熟悉高壓電氣系統的結構特點，然后才能對高壓電氣系統的安全性和動力電池進行分析研究，隨后制訂新能源汽車的安全防護策略，以保障新能源汽車行車的可靠性及人員的安全性。本文以新能源汽車為研究對象，針對其高壓電安全性進行分析研究，為新能源汽車的安全防護設計和新能源汽車碰撞后電氣安全性能的評價提供一定的指導價值。

關鍵詞：電動汽車;電氣安全;碰撞

0? 引言

新能源汽車在結構上與傳統燃油汽車存在很大差異，這就使新能源汽車在安全性的設計研究方面與傳統燃油汽車的不同，但是傳統燃油汽車設計理念是可以借鑒的，再充分考慮新能源汽車的結構上的特殊性能，二者結合分析研究才能解決新能源汽車的安全性問題。

新能源汽車（以純電動汽車為例）在結構上與傳統燃油汽車的異同如表1。

由上可知，新能源汽車在結構上與傳統燃油汽車的不同，主要在于新能源汽車的動力源的不同，新能源汽車行駛需要足夠的電能，而消耗的全部電能需要通過蓄電池來輸送，根據蓄電池技術目前的發展程度，純電動汽車需要體積龐大、重量達幾百斤重的蓄電池才足以支撐。

另外一方面差異表現在驅動方式上的不同，電力驅動及控制系統是新能源汽車（電動汽車）的核心，通過柔性的高壓電線傳輸動力電源的能量。這兩方面的不同，使功能強大、技術復雜的新能源汽車的剛度下降，這就意味著傳統燃油汽車的整體式結構的優勢就此被打破，隨著新能源汽車不斷被推進，新能源汽車的碰撞安全性的研究就很重要很急迫。

1? 電動汽車安全分析

電動汽車的電力系統是由電力驅動系統、儲能系統和輔助控制系統組成的（如圖1）。

由于電力系統的存在，新能源汽車就會存在“短路”的風險，又由于此系統中存在高能載體，使新能源汽車就可能在能量釋放的瞬間出現起火和爆炸的危險，電動汽車的安全性可以總結為以下幾個方面。

1.1 高壓電安全方面

高壓電的存在使人員存在潛在的接觸觸電傷害。電力系統負載和動力電池可能在碰撞過程中，造成外殼破裂，或者絕緣保護破損，從而使人員直接與高壓帶電部件接觸，或者因為漏電，致使原本不帶電的可導電外殼帶電，而導致人員間接接觸產生觸電風險。

任何與電有關的風險，比如短路防護、電位均衡、絕緣電阻、絕緣狀態監控、高低壓隔離和故障自診斷等都必須是分析研究的重點。也就是說高壓電的安全，不僅要考慮被動防護，還要考慮如何進行主動防護和故障的自診斷，將一切風險扼殺在萌芽中，將風險降到最低。

1.2 化學安全

在碰撞發生時，高能量的動力蓄電池可能會因為擠壓力的作用而產生容積減小、內壓增大的現象，引起蓄電池短路起火甚至爆炸的風險。由于動力蓄電池內含有電解液，其具有腐蝕性，在碰撞發生的一瞬間，壓力突然增大，引起動力蓄電池外殼破裂，造成電解液飛濺、泄露、起火、爆炸等，如果電解液進入到乘客室，就極可能對乘員造成電化學腐蝕或者被電解液灼傷皮膚的風險。除此之外，也有可能由于動力蓄電池長時間的存儲、長距離運輸、電芯過充電、電芯過放電等情況的存在使動力蓄電池存在安全隱患。確保在碰撞發生時動力電池不產生安全風險，這是必須要研究解決的問題。

1.3 機械沖擊安全

乘員除了受導高壓電氣的傷害，汽車上的乘員也存在的機械傷害的風險，主要表現在大質量的動力蓄電池系統對新能源汽車車身的結構的影響，新能源汽車上安裝的動力蓄電池質量大約為300kg，在碰撞發生時會產生很大的慣性力，這些可能會導致乘員造成機械沖擊傷害。所以還要對新能源汽車進行機械防護，研究分析在碰撞發生時，任何可能引起安全風險的因素，確保在碰撞發生時人員的安全。

2? 新能源汽車碰撞后電氣安全及防護策略

新能源汽車電氣安全方面的評價只有安全和不安全之分，這將是新能源汽車的發展面臨的巨大考驗，是對新能源汽車的整體安全性的設計以及子系統之間的控制提出的全新要求。如果防護不到，勢必會使新能源汽車存在安全隱患阻礙其市場推廣，但是如果防護過多，也會增加成本，增加新能源汽車的質量，同樣阻礙其發展。

2.1 防觸電保護

防觸電保護包括：低壓電保護、低電能保護、物理防護、絕緣電阻防護等四個方面。只要能夠保證其中一項滿足要求，就可以保證在新能源汽車發生碰撞后車輛的安全性能，防止人員發生觸電的風險。

2.2 電解液泄露要求

一般要求在發生碰撞時直至碰撞結束的30min內，REESS中不得有電解液溢出到乘客室，并且溢出的電解液量不能超過5.0L。

因為其他類型的蓄電池很難達到5.0L的溢出量，所以電解液溢出不能超出5.0L，這實際是對鉛酸蓄電池進行的約束。采取的措施是盡量選用不易揮發、耐高溫、熱穩定性好的溶劑，以降低碰撞中電解液泄露的風險。

2.3 REESS安全要求

防止REESS的移動量過大而對人員造成傷害，對REESS的要求為：在碰撞后位于乘客艙室的REESS要保持在安裝位置，其內部部件應保持在外殼內。采取的策略是，在電動汽車的生產制造過程中，將電池集成在汽車的底盤上，也可以分裝在汽車底盤、后排座椅下方和前機蓋等處。

2.4 動力電池安裝位置

由于動力蓄電池是危險的主要源是能量的集聚體，因此在碰撞過程中，要求動力電池不能被損壞，其安裝位置是分析研究的重點。采取的策落是，將新能源汽車的動力蓄電池，安裝在車輛變形侵入量相對較小的位置，例如可以安裝在汽車底盤下以及后備箱下方的后橋上或者安裝在汽車右前方的拱罩內，以提高新能源汽車的碰撞電氣安全性能。

2.5 動力蓄電池機械防護優化

盡管將蓄電池安裝在了安全區域，但是也不能保證絕對的安全，所以還要對動力蓄電池進行更多的防護。如果動力蓄電池分裝在后排座椅下方和后排座椅后橋上的電池包，可以采用梯形支撐來增加防撞性。如果電池安裝在車身左右門檻之間時，可以將地板橫梁和車身門檻分開，這樣可以阻礙從車身門檻傳遞到地板橫梁上的力。

3? 總結

由于人們對新能源汽車的認知還沒有完全信任與接受，還存在懷疑的態度，所以新能源汽車一旦發生碰撞造成安全事故，將會導致人們對新能源汽車的安全性的不信任進一步加深，這將影響新能源汽車的市場推廣。而對新能源汽車的碰撞后安全性分析是一個全面系統的工作，除了在結構上對新能源汽車進行規范和考察，還要考慮電氣系統的安全性進行考慮。本文就是為了保證新能源汽車的安全性，對汽車的機械以及防觸電、電解液泄露、REESS安全、動力電池安裝位置進行了分析并給出了具體的防護策略，對新能源汽車的設計研究有一定的參考價值。

參考文獻：

[1]李頂根，陳軍，等.純電動汽車電氣與安全檢測系統[J].汽車技術，2007.

[2]裴春松.純電動汽車電安全性分析與設計[J].客車技術與研究，2012.

[3]劉毅坤.汽車安全性研究[J].汽車實用技術，2018（15）：160-161.

[4]王相勤.當前我國電動汽車發展的瓶頸問題及對策[J].能源技術經濟，2011.

[5]朱永揚.電動汽車碰撞后電氣安全研究[D].河北：河北工業大學，2017.