車輛都需要經(jīng)過嚴(yán)苛的環(huán)境測(cè)試來驗(yàn)證車輛及其零部件是否能夠承受各種濫用情況。有些測(cè)試是強(qiáng)制性測(cè)試,有些是推薦性測(cè)試。例如,美國國家公路交通安全管理局NHTSA的FMVSS標(biāo)準(zhǔn)就屬于強(qiáng)制性的。在電動(dòng)汽車的安全方面,車輛泡水(或浸水)情況對(duì)于車輛本身及其零部件、特別是高壓的安全是一個(gè)不小的考驗(yàn)。
針對(duì)浸水的安全要求,目前國際上已經(jīng)有了一些標(biāo)準(zhǔn)可供參考(表1),這幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)主要是用來評(píng)估電池包的。
表1 浸水相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) |
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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 |
電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力蓄電池包和系統(tǒng) 第3部分 安全性要求與測(cè)試方法 |
TUV SUD曾經(jīng)開展過一項(xiàng)關(guān)于電動(dòng)汽車浸水的研究,在測(cè)試條件的設(shè)定中借鑒了一些上述標(biāo)準(zhǔn)中的要求,測(cè)試過程除了監(jiān)控高壓電池包的電壓之外,12V電池的電壓被監(jiān)測(cè)了,具體設(shè)定的測(cè)試條件和參數(shù)見表2。
表2 車輛浸水測(cè)試條件 |
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水溶液 |
平均鹽濃度3.5%(965克水中含有35克鹽),最大鹽濃度為4.5% |
浸水深度 |
采用IP67要求的深度:1米 |
測(cè)試時(shí)間 |
2小時(shí) |
測(cè)試停止條件 |
為了采集更多的數(shù)據(jù),連續(xù)監(jiān)測(cè)電壓、溫度、絕緣,然后再評(píng)估何時(shí)停止 |
電池荷電狀態(tài) |
HEV-80%SOC,PHEV和BEV -100%SOC,或者廠商推薦的最高SOC |
電連接狀態(tài) |
車輛高壓、低壓系統(tǒng)都處于工作狀態(tài) |
樣品擺放方向 |
與實(shí)際使用條件下的方向一致 |
樣品 |
車輛,電池包及其控制電路、熱管理系統(tǒng)也包括在內(nèi) |
測(cè)試后觀察時(shí)間 |
28天 |
表3 測(cè)試車輛和環(huán)境溫度 |
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車輛編號(hào) |
環(huán)境溫度 |
車輛新/舊 |
PHEV 1-1 |
冬天 <0攝氏度 |
新 |
PHEV 1-2 |
夏天>20攝氏度 |
新 |
BEV 3-1 |
冬天 <0攝氏度 |
新 |
BEV 3-2 |
冬天 <0攝氏度 |
做過側(cè)面碰撞測(cè)試 |
BEV 3-3 |
夏天>20攝氏度 |
做過側(cè)面碰撞測(cè)試 |
HEV 2-1 |
冬天 <0攝氏度 |
做過側(cè)面碰撞測(cè)試 |
PHEV 2-2 |
冬天 <0攝氏度 |
做過側(cè)面碰撞測(cè)試 |
PHEV 2-3 |
冬天 <0攝氏度 |
做過側(cè)面碰撞測(cè)試 |
BEV 2-4u/4l |
夏天>20攝氏度 |
做過正面碰撞測(cè)試 |
HEV 4-1 |
夏天>20攝氏度 |
做過正面碰撞測(cè)試 |
BEV 5-1 |
夏天>20攝氏度 |
做過側(cè)面碰撞測(cè)試 |
在水里浸泡的2小時(shí)內(nèi),有些車輛顯示了一些意外的現(xiàn)象。比如,車燈、雨刮器、喇叭會(huì)意外的開啟,這可能是由于鹽水溶液具有電傳導(dǎo)性,造成車輛內(nèi)部的用電器開關(guān)閉合了。在28天的觀察期內(nèi),有一輛PHEV著火了,有一輛BEV的電池包溫度上升了。著火的PHEV火燒持續(xù)了7小時(shí),車輛完全燒毀,測(cè)試人員初步估計(jì)是電池包發(fā)生熱失控,但是由于電池包完全燒毀,所以觸發(fā)熱失控的根本原因并不明了。另外有些測(cè)試車輛還發(fā)生了一些其他有趣的現(xiàn)象:高壓繼電器自己閉合了6分鐘左右;25分鐘后,高壓絕緣電阻下降到0歐姆;被監(jiān)控點(diǎn)的溫度在著火時(shí)達(dá)到了850攝氏度;著火的PHEV的電池包內(nèi)部燒毀了,但是電池箱外部完好無損,僅僅是燒黑了,等等。表4總結(jié)了一些測(cè)試結(jié)果。
表4 測(cè)試結(jié)果 |
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車輛編號(hào) |
環(huán)境溫度 |
高壓降低50%的時(shí)間(分鐘) |
低壓降低50%的時(shí)間(分鐘) |
絕緣降低到<500歐姆/伏的時(shí)間(分鐘) |
失效模式 |
PHEV 1-1 |
冬天 <0攝氏度 |
430 |
25 |
22 |
著火 |
PHEV 1-2 |
夏天>20攝氏度 |
沒發(fā)生 |
46 |
沒發(fā)生 |
沒發(fā)生 |
BEV 3-1 |
冬天 <0攝氏度 |
228 |
36 |
21 |
失去絕緣 |
BEV 3-2 |
冬天 <0攝氏度 |
沒發(fā)生 |
無數(shù)據(jù) |
沒發(fā)生 |
沒發(fā)生 |
BEV 3-3 |
夏天>20攝氏度 |
103 |
7 |
沒發(fā)生 |
失去高壓 |
HEV 2-1 |
冬天 <0攝氏度 |
9 |
15 |
10 |
無問題 |
PHEV 2-2 |
冬天 <0攝氏度 |
19 |
20 |
19 |
無問題 |
PHEV 2-3 |
冬天 <0攝氏度 |
25 |
25 |
26 |
無問題 |
BEV 2-4u/4l |
夏天>20攝氏度 |
65 |
20 |
18 |
溫度升到99攝氏度后無問題 |
HEV 4-1 |
夏天>20攝氏度 |
20 |
17 |
7 |
無問題 |
BEV 5-1 |
夏天>20攝氏度 |
22 |
38 |
21 |
失去絕緣 |
在上述的測(cè)試車輛中,電池包涵蓋了全密封和非密封兩種類型的電池包,測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn):所有在1小時(shí)之內(nèi)觀察到高壓和絕緣都下降的電池包都是采用的非全密封設(shè)計(jì),但是絕緣電阻下降的程度各不相同,有些雖然下降了,單是還不至于產(chǎn)生觸電的危險(xiǎn)。而密封設(shè)計(jì)的電池包在浸泡過程中可以防止內(nèi)部高壓部件及其電路被具有導(dǎo)電性的鹽水溶液侵入。另外,12V電池在浸泡過程中都發(fā)生的電壓下降現(xiàn)象可以在一定程度上防止高壓繼電器的意外吸合,因?yàn)楦邏豪^電器通常由低壓電路來供電。從上述的測(cè)試現(xiàn)象來看,在應(yīng)對(duì)電動(dòng)汽車的浸水情況時(shí),密封性高的電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)似乎是一種不錯(cuò)的選擇,而對(duì)于低壓電路上的12V電池,希望它能在浸水時(shí)能盡快地放電降壓。由于電池包在車上的排布不盡相同,在具體開發(fā)過程中還需要綜合考慮安裝位置、涉水深度、環(huán)境溫度、密封性、電氣絕緣等各方面因素。
國外在電動(dòng)汽車發(fā)展過程中,同時(shí)也建立了電動(dòng)汽車發(fā)生故障時(shí)的高壓安全問題處理機(jī)制,廠商一般都會(huì)建立first responder(第一出動(dòng)人員,發(fā)生危險(xiǎn)品事故時(shí)首先到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的人員)的高壓安全處理流程,保證first responder在實(shí)施救援、故障排除時(shí)可以有效地保護(hù)自身安全,防止觸電。貌似這一方面的工作在我國開展的還不是很多,或者公開報(bào)道出來的不多。隨著我國電動(dòng)汽車市場(chǎng)的快速增長(zhǎng),越來越多的人在使用、接觸電動(dòng)汽車,盡快建立電動(dòng)汽車高壓安全事故處理的響應(yīng)機(jī)制和規(guī)范、培養(yǎng)一批專業(yè)的電動(dòng)汽車高壓安全救援人才也需要得到越來越多的廠商、相關(guān)政府組織機(jī)構(gòu)的重視。
來源:第一電動(dòng)網(wǎng)
作者:129Lab
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