必读科普文,电动汽车浸水后安全有保障吗?

129Lab

车辆都需要经过严苛的环境测试来验证车辆及其零部件是否能够承受各种滥用情况。有些测试是强制性测试,有些是推荐性测试。例如,美国国家公路交通安全管理局NHTSA的FMVSS标准就属于强制性的。在电动汽车的安全方面,车辆泡水(或浸水)情况对于车辆本身及其零部件、特别是高压的安全是一个不小的考验。

必读科普文,电动汽车浸水后安全有保障吗?

针对浸水的安全要求,目前国际上已经有了一些标准可供参考(表1),这几个标准主要是用来评估电池包的。

1 浸水相关标准

SAE J2464

EV and HEV RESS safety and abuse testing

SAE J2929

Safety standard for EV and HEV propulsion battery systems utilizing lithium-based rechargeable cells

SANDIA 2005 3123

FreedomCAR electrical energy storage system abuse test manual for electric and hybrid electric vehicle applications

UL 2580

Batteries for use in electric vehicles

UL 2271

Batteries for use in LEVs (Light electric vehicle applications)

KMVSS 48

Traction battery

GB/T 31467.3-2015

电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统 3部分 安全性要求与测试方法

TUV SUD曾经开展过一项关于电动汽车浸水的研究,在测试条件的设定中借鉴了一些上述标准中的要求,测试过程除了监控高压电池包的电压之外,12V电池的电压被监测了,具体设定的测试条件和参数见表2。

2 车辆浸水测试条件

水溶液

平均盐浓度3.5%965克水中含有35克盐),最大盐浓度为4.5%

浸水深度

采用IP67要求的深度:1

测试时间

2小时

测试停止条件

为了采集更多的数据,连续监测电压、温度、绝缘,然后再评估何时停止

电池荷电状态

HEV-80%SOCPHEVBEV -100%SOC,或者厂商推荐的最高SOC

电连接状态

车辆高压、低压系统都处于工作状态

样品摆放方向

与实际使用条件下的方向一致

样品

车辆,电池包及其控制电路、热管理系统也包括在内

测试后观察时间

28

测试车辆的选择见表3,这里面主要考虑了车辆的新旧状态(或者有没有做过碰撞测试),车辆所处的温度环境,车辆的种类等。 

3 测试车辆和环境温度

车辆编号

环境温度

车辆新/

PHEV 1-1

冬天 <0摄氏度

PHEV 1-2

夏天>20摄氏度

BEV 3-1

冬天 <0摄氏度

BEV 3-2

冬天 <0摄氏度

做过侧面碰撞测试

BEV 3-3

夏天>20摄氏度

做过侧面碰撞测试

HEV 2-1

冬天 <0摄氏度

做过侧面碰撞测试

PHEV 2-2

冬天 <0摄氏度

做过侧面碰撞测试

PHEV 2-3

冬天 <0摄氏度

做过侧面碰撞测试

BEV 2-4u/4l

夏天>20摄氏度

做过正面碰撞测试

HEV 4-1

夏天>20摄氏度

做过正面碰撞测试

BEV 5-1

夏天>20摄氏度

做过侧面碰撞测试

在水里浸泡的2小时内,有些车辆显示了一些意外的现象。比如,车灯、雨刮器、喇叭会意外的开启,这可能是由于盐水溶液具有电传导性,造成车辆内部的用电器开关闭合了。在28天的观察期内,有一辆PHEV着火了,有一辆BEV的电池包温度上升了。着火的PHEV火烧持续了7小时,车辆完全烧毁,测试人员初步估计是电池包发生热失控,但是由于电池包完全烧毁,所以触发热失控的根本原因并不明了。另外有些测试车辆还发生了一些其他有趣的现象:高压继电器自己闭合了6分钟左右;25分钟后,高压绝缘电阻下降到0欧姆;被监控点的温度在着火时达到了850摄氏度;着火的PHEV的电池包内部烧毁了,但是电池箱外部完好无损,仅仅是烧黑了,等等。表4总结了一些测试结果。 

4 测试结果

车辆编号

环境温度

高压降低50%的时间(分钟)

低压降低50%的时间(分钟)

绝缘降低到<500欧姆/伏的时间(分钟)

失效模式

PHEV 1-1

冬天 <0摄氏度

430

25

22

着火

PHEV 1-2

夏天>20摄氏度

没发生

46

没发生

没发生

BEV 3-1

冬天 <0摄氏度

228

36

21

失去绝缘

BEV 3-2

冬天 <0摄氏度

没发生

无数据

没发生

没发生

BEV 3-3

夏天>20摄氏度

103

7

没发生

失去高压

HEV 2-1

冬天 <0摄氏度

9

15

10

无问题

PHEV 2-2

冬天 <0摄氏度

19

20

19

无问题

PHEV 2-3

冬天 <0摄氏度

25

25

26

无问题

BEV 2-4u/4l

夏天>20摄氏度

65

20

18

温度升到99摄氏度后无问题

HEV 4-1

夏天>20摄氏度

20

17

7

无问题

BEV 5-1

夏天>20摄氏度

22

38

21

失去绝缘

在上述的测试车辆中,电池包涵盖了全密封和非密封两种类型的电池包,测试结果发现:所有在1小时之内观察到高压和绝缘都下降的电池包都是采用的非全密封设计,但是绝缘电阻下降的程度各不相同,有些虽然下降了,单是还不至于产生触电的危险。而密封设计的电池包在浸泡过程中可以防止内部高压部件及其电路被具有导电性的盐水溶液侵入。另外,12V电池在浸泡过程中都发生的电压下降现象可以在一定程度上防止高压继电器的意外吸合,因为高压继电器通常由低压电路来供电。从上述的测试现象来看,在应对电动汽车的浸水情况时,密封性高的电池结构设计似乎是一种不错的选择,而对于低压电路上的12V电池,希望它能在浸水时能尽快地放电降压。由于电池包在车上的排布不尽相同,在具体开发过程中还需要综合考虑安装位置、涉水深度、环境温度、密封性、电气绝缘等各方面因素。

国外在电动汽车发展过程中,同时也建立了电动汽车发生故障时的高压安全问题处理机制,厂商一般都会建立first responder(第一出动人员,发生危险品事故时首先到达现场的人员)的高压安全处理流程,保证first responder在实施救援、故障排除时可以有效地保护自身安全,防止触电。貌似这一方面的工作在我国开展的还不是很多,或者公开报道出来的不多。随着我国电动汽车市场的快速增长,越来越多的人在使用、接触电动汽车,尽快建立电动汽车高压安全事故处理的响应机制和规范、培养一批专业的电动汽车高压安全救援人才也需要得到越来越多的厂商、相关政府组织机构的重视。

作者:129Lab

来源:第一电动网

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