论文部分内容阅读
【摘 要】电动汽车由于装配有高压动力蓄电池，在碰撞试验过程中，除了应该关注驾乘人员的损伤安全外，也需要同时关注高压动力蓄电池的安全。本文基于电动汽车的特殊性，结合碰撞试验过程中所用到的特殊设备，对各种防护措施进行了相关研究，为各碰撞试验室提供了理论基础和指导依据。
【关键词】电动汽车;高压;动力蓄电池;安全;防护
前言
随着各地限行措施的常态化实施，新能源电池车辆越来越多地受到消费者的青睐，并逐渐走入各个家庭。为了能够在汽车发展浪潮中占有重要的一席之地，各个车企也不断加大对新能源电池车辆的研发投入，深耕细作研发技术。碰撞安全试验作为车辆碰撞安全性能验证把关的重要环节，有着极其重要的作用。
新能源电池车辆的动力源来自于其匹配的高压动力蓄电池，一般工作时电压输出可达400V。为了验证车辆发生碰撞过程中的高压安全性，要求在开展实车碰撞试验时，必须在保证高压动力蓄电池充满电的前提下，处于完全工作状态下进行[1]。因此，整体试验过程中的人员和设备安全防护措施尤为重要。
1 电动汽车碰撞试验防护措施研究必要性
1.1 电动汽车碰撞后风险形式
电动汽车电控系统主要包括：动力蓄电池、高压电路、以及负载端用电设备，例如电机等，其中动力蓄电池是具有能量密度极高的储能单元，在遭受碰撞后由于车辆金属部件侵入极易造成蓄电池内部短路，同时伴随电解液泄漏，从而造成起火甚至爆炸的风险[2]。由于碰撞事故导致的火灾不胜枚举，2011年5月12日，美国高速公路安全管理局（NHTSA）对雪佛兰沃蓝达（Volt）进行了侧面碰撞测试，停在NHTSA测试中心后起火;2013年10月1日，一辆Tesla Model S轿车在美国西雅图南部的公路上发生车祸起火，事故中的大型金属物体直接冲击了Tesla Model S电池组中的一个模块，导致电池着火。
另外，碰撞事故导致车辆部件挤压高压电路与其连成一体，存在车辆带电引发车上人员或车外人员触电的风险。但目前尚无司乘人员以及试验人员触电报告的案例。
1.2 碰撞试验风险识别
碰撞试验是按照特定的试验方法和程序进行操作，模拟实车碰撞事故，司乘人员用假人替代。因此碰撞事故中发生的危险，也会反映到碰撞试验中。车身带电引发试验人员触电事故、动力电池短路、电解液泄漏引发的火灾导致人员烧伤、中毒等以及试验设备财产损失是两个重要的防范风险点。试验前也需要特别注意试验人员触电的风险。
2 试验实施过程安全防护措施
2.1试验条件
试验场地应包含充足的面积，为碰撞壁障、各种高速摄影设备（或摄像记录设备）、安全的观察区域和试验车辆加速到期望速度等提供场所。靠近碰撞区域前至少5m的区域应水平、无任何的能影响车辆垂直加速或位移的不规则表面。
牵引系统应满足试验车辆加速度要求，具有合适的导向来牵引或者驱动试验车辆加速至碰撞速度。车辆牵引至目标速度过程中，前半程加速、后半程匀速，速度控制精度要控制在±0.2 km/h。
2.2试验车辆检查接收环节
检查车辆仪表显示情况，确认高压电是否能够接通。接下来检查机舱内高压线束安装情况是否可靠，有无破损。检查动力蓄电池安装情况，螺栓紧固情况。将车辆开关置于ready状态，监控了解动力蓄电池的温度。
2.3试验准备阶段
试验准备前需断开点火开关、低压蓄电池负极及手动维修开关。车辆高压零部件拆卸使用绝缘工具并佩戴绝缘手套及绝缘鞋。前机舱内配重不能使用可以导电的液体。车身打孔安装设备应尽量远离动力蓄电池。断开动力蓄电池与高压线的连接，佩戴绝缘手套使用绝缘电阻测试仪测量负载端绝缘电阻。对正负极高压线进行破口接线，安装高压测量设备（绝缘测试仪）。同时，试验前要在碰撞区域放置泡沫灭火器、消防安全服等。试验准备过程要时刻备有电压表、红外测温仪、温度监控仪、绝缘手套及绝缘鞋等工具。
2.4碰撞前安全措施实施
首先接通手动维修开关，接通低压蓄电池，并紧固正负极柱，测量低压蓄电池电压。点火开关确认处于ready状态。检查动力蓄电池电量，确认其满足试验要求。设置绝缘测试仪至数据采集状态，读取试验前动力蓄电池绝缘电阻及V1、V2数值并记录[3]。
3碰撞后安全措施探讨研究
由于试验车辆为研发阶段车辆，碰撞试验完成后，是整个碰撞试验电安全测试的关键阶段，所以此阶段对人员和测试的安全防护必须做到精细化，并在实际试验实施前期开展必要的专人演练。我们可以将碰撞后的整个试验车辆状态检查、数据下载等过程分为三个主要阶段：
第一阶段，碰撞后第一时间，首先要安排专人确认并监控动力蓄电池温度，这里考虑使用红外测温仪和温度监控仪双重措施。若无温度升高，专业高压检测试验人员首先进入试验区域，需佩戴绝缘手套，穿绝缘鞋，整套消防服。通过绝缘测试仪数值显示查看试验车辆断电情况，确认车辆已断电后，检查仪表显示状态（ready灯熄灭）;采集绝缘测试仪记录的数据，查看车辆高压断电时间;确认车载各测试设备不带电。
第二阶段，其他进行数据下载的试验人员进入试验车辆区域，并按规范下载数据、车载高速摄像，并拍摄试验后照片。数据下载采集完成，拆除假人、加速度传感器，以及车载相机、数据采集等设备，在这里要强调的是，为了防止异常情况发生，建议将所有车载设备固定装置都设计为“快装快拆”的卡接形式，并在前期进行必要的多人协作演练，保证整个过程时间紧凑。
特殊说明：在前两个阶段工作过程中，要求温度监控人员必须专人实时监控，如有温度异常（温度急剧升高或者温度上升超过10℃）需及时通知测试人员撤离试验区域，另外，在靠近试验区域的周围建议设置降温水池，如温度上升并不急剧，可考虑将试验后车辆推入水池降温。如试验车辆有烟雾冒出，所有人员应远离试验车辆，防止吸入有毒气体。当高压电池着火时，灭火需要使用大量、持续的消防水。灭火人员需佩戴整套消防服及防毒面具，灭火人员不建议进入5m以内的区域作业。如有电解液泄漏，作业人员应佩戴防毒面具，并控制外部火源，避免电解液被引燃。
第三阶段，车辆静置及存放环节。需断开手动维修开关及低压蓄电池负极。试验车辆在试验完成后应放置于试验室外部停车场并远离其他试验车，或者放置于设计有专门静置举升架和降温水池的专门区域。试验车存放需有专门标识，明确人员不得靠近。并且至少连续七天监控试验后车辆动力蓄电池状态（或拆除动力蓄电池）。露天放置如遇雨雪天气需给车辆罩好车衣，消除短路的隐患
4 总结
本文通过细致拆分新能源电池车辆碰撞试验过程中各个重要阶段，总结诠释了一种安全可行的系统防护措施，对各个碰撞试验室开展试验防护提供了理论参考。
参考文献：（References）
[1] C-NCAP 管理规则（2018年版）[S]中国汽车技术研究中心，2018
[2] 李元梅，电动汽车火灾危险性探讨及其對策研究[J].山东工业技术，2016-12：289
[3] 新能源汽车安全指南征求意见稿（2018年版）[S]中国汽车工业协会，2018
作者简介：
师玉涛，长城汽车股份有限公司，学士学位，工程师，碰撞安全与测试。
（作者单位：长城汽车股份有限公司技术中心河北省汽车工程技术研究中心）
【关键词】电动汽车;高压;动力蓄电池;安全;防护
前言
随着各地限行措施的常态化实施，新能源电池车辆越来越多地受到消费者的青睐，并逐渐走入各个家庭。为了能够在汽车发展浪潮中占有重要的一席之地，各个车企也不断加大对新能源电池车辆的研发投入，深耕细作研发技术。碰撞安全试验作为车辆碰撞安全性能验证把关的重要环节，有着极其重要的作用。
新能源电池车辆的动力源来自于其匹配的高压动力蓄电池，一般工作时电压输出可达400V。为了验证车辆发生碰撞过程中的高压安全性，要求在开展实车碰撞试验时，必须在保证高压动力蓄电池充满电的前提下，处于完全工作状态下进行[1]。因此，整体试验过程中的人员和设备安全防护措施尤为重要。
1 电动汽车碰撞试验防护措施研究必要性
1.1 电动汽车碰撞后风险形式
电动汽车电控系统主要包括：动力蓄电池、高压电路、以及负载端用电设备，例如电机等，其中动力蓄电池是具有能量密度极高的储能单元，在遭受碰撞后由于车辆金属部件侵入极易造成蓄电池内部短路，同时伴随电解液泄漏，从而造成起火甚至爆炸的风险[2]。由于碰撞事故导致的火灾不胜枚举，2011年5月12日，美国高速公路安全管理局（NHTSA）对雪佛兰沃蓝达（Volt）进行了侧面碰撞测试，停在NHTSA测试中心后起火;2013年10月1日，一辆Tesla Model S轿车在美国西雅图南部的公路上发生车祸起火，事故中的大型金属物体直接冲击了Tesla Model S电池组中的一个模块，导致电池着火。
另外，碰撞事故导致车辆部件挤压高压电路与其连成一体，存在车辆带电引发车上人员或车外人员触电的风险。但目前尚无司乘人员以及试验人员触电报告的案例。
1.2 碰撞试验风险识别
碰撞试验是按照特定的试验方法和程序进行操作，模拟实车碰撞事故，司乘人员用假人替代。因此碰撞事故中发生的危险，也会反映到碰撞试验中。车身带电引发试验人员触电事故、动力电池短路、电解液泄漏引发的火灾导致人员烧伤、中毒等以及试验设备财产损失是两个重要的防范风险点。试验前也需要特别注意试验人员触电的风险。
2 试验实施过程安全防护措施
2.1试验条件
试验场地应包含充足的面积，为碰撞壁障、各种高速摄影设备（或摄像记录设备）、安全的观察区域和试验车辆加速到期望速度等提供场所。靠近碰撞区域前至少5m的区域应水平、无任何的能影响车辆垂直加速或位移的不规则表面。
牵引系统应满足试验车辆加速度要求，具有合适的导向来牵引或者驱动试验车辆加速至碰撞速度。车辆牵引至目标速度过程中，前半程加速、后半程匀速，速度控制精度要控制在±0.2 km/h。
2.2试验车辆检查接收环节
检查车辆仪表显示情况，确认高压电是否能够接通。接下来检查机舱内高压线束安装情况是否可靠，有无破损。检查动力蓄电池安装情况，螺栓紧固情况。将车辆开关置于ready状态，监控了解动力蓄电池的温度。
2.3试验准备阶段
试验准备前需断开点火开关、低压蓄电池负极及手动维修开关。车辆高压零部件拆卸使用绝缘工具并佩戴绝缘手套及绝缘鞋。前机舱内配重不能使用可以导电的液体。车身打孔安装设备应尽量远离动力蓄电池。断开动力蓄电池与高压线的连接，佩戴绝缘手套使用绝缘电阻测试仪测量负载端绝缘电阻。对正负极高压线进行破口接线，安装高压测量设备（绝缘测试仪）。同时，试验前要在碰撞区域放置泡沫灭火器、消防安全服等。试验准备过程要时刻备有电压表、红外测温仪、温度监控仪、绝缘手套及绝缘鞋等工具。
2.4碰撞前安全措施实施
首先接通手动维修开关，接通低压蓄电池，并紧固正负极柱，测量低压蓄电池电压。点火开关确认处于ready状态。检查动力蓄电池电量，确认其满足试验要求。设置绝缘测试仪至数据采集状态，读取试验前动力蓄电池绝缘电阻及V1、V2数值并记录[3]。
3碰撞后安全措施探讨研究
由于试验车辆为研发阶段车辆，碰撞试验完成后，是整个碰撞试验电安全测试的关键阶段，所以此阶段对人员和测试的安全防护必须做到精细化，并在实际试验实施前期开展必要的专人演练。我们可以将碰撞后的整个试验车辆状态检查、数据下载等过程分为三个主要阶段：
第一阶段，碰撞后第一时间，首先要安排专人确认并监控动力蓄电池温度，这里考虑使用红外测温仪和温度监控仪双重措施。若无温度升高，专业高压检测试验人员首先进入试验区域，需佩戴绝缘手套，穿绝缘鞋，整套消防服。通过绝缘测试仪数值显示查看试验车辆断电情况，确认车辆已断电后，检查仪表显示状态（ready灯熄灭）;采集绝缘测试仪记录的数据，查看车辆高压断电时间;确认车载各测试设备不带电。
第二阶段，其他进行数据下载的试验人员进入试验车辆区域，并按规范下载数据、车载高速摄像，并拍摄试验后照片。数据下载采集完成，拆除假人、加速度传感器，以及车载相机、数据采集等设备，在这里要强调的是，为了防止异常情况发生，建议将所有车载设备固定装置都设计为“快装快拆”的卡接形式，并在前期进行必要的多人协作演练，保证整个过程时间紧凑。
特殊说明：在前两个阶段工作过程中，要求温度监控人员必须专人实时监控，如有温度异常（温度急剧升高或者温度上升超过10℃）需及时通知测试人员撤离试验区域，另外，在靠近试验区域的周围建议设置降温水池，如温度上升并不急剧，可考虑将试验后车辆推入水池降温。如试验车辆有烟雾冒出，所有人员应远离试验车辆，防止吸入有毒气体。当高压电池着火时，灭火需要使用大量、持续的消防水。灭火人员需佩戴整套消防服及防毒面具，灭火人员不建议进入5m以内的区域作业。如有电解液泄漏，作业人员应佩戴防毒面具，并控制外部火源，避免电解液被引燃。
第三阶段，车辆静置及存放环节。需断开手动维修开关及低压蓄电池负极。试验车辆在试验完成后应放置于试验室外部停车场并远离其他试验车，或者放置于设计有专门静置举升架和降温水池的专门区域。试验车存放需有专门标识，明确人员不得靠近。并且至少连续七天监控试验后车辆动力蓄电池状态（或拆除动力蓄电池）。露天放置如遇雨雪天气需给车辆罩好车衣，消除短路的隐患
4 总结
本文通过细致拆分新能源电池车辆碰撞试验过程中各个重要阶段，总结诠释了一种安全可行的系统防护措施，对各个碰撞试验室开展试验防护提供了理论参考。
参考文献：（References）
[1] C-NCAP 管理规则（2018年版）[S]中国汽车技术研究中心，2018
[2] 李元梅，电动汽车火灾危险性探讨及其對策研究[J].山东工业技术，2016-12：289
[3] 新能源汽车安全指南征求意见稿（2018年版）[S]中国汽车工业协会，2018
作者简介：
师玉涛，长城汽车股份有限公司，学士学位，工程师，碰撞安全与测试。
（作者单位：长城汽车股份有限公司技术中心河北省汽车工程技术研究中心）