這篇文章，主要是想介紹電動(dòng)汽車(chē)的安全方面的內(nèi)容，來(lái)勾勒出各家車(chē)廠和潛在車(chē)廠進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域之內(nèi)可以做的多好。前新能源汽車(chē)，作為各個(gè)車(chē)廠前進(jìn)的方向，安全問(wèn)題是一個(gè)比較敏感又是核心的問(wèn)題。安全涉及的范圍又很廣，這篇文章的目的是梳理出一個(gè)電動(dòng)汽車(chē)安全的基本思路出來(lái)。
第一部分 電動(dòng)汽車(chē)安全的分類(lèi)
敘述電動(dòng)汽車(chē)的安全，可以分幾個(gè)維度考慮問(wèn)題，從車(chē)輛的使用情況分類(lèi)。
1. 車(chē)輛正常使用：車(chē)輛使用過(guò)程中，分為駕駛和充電兩個(gè)方面。
1.1. 駕駛：車(chē)輛駕駛的時(shí)候，在高速、低速和中速各種駕駛條件下，各個(gè)新增加的子系統(tǒng)，如動(dòng)力電池系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、空調(diào)冷卻系統(tǒng)等能符合功能安全的要求，正常工作。符合電氣安全要求，不出出現(xiàn)電氣安全問(wèn)題。這個(gè)狀態(tài)可以更細(xì)致的分為加速、轉(zhuǎn)彎、滑行和剎車(chē)的情況。
1.2. 充電：車(chē)輛充電的過(guò)程中，交流充電時(shí)內(nèi)部充電機(jī)與直流充電時(shí)內(nèi)部充電控制系統(tǒng)都能保證充電的安全。
2. 運(yùn)輸存儲(chǔ)：車(chē)輛在長(zhǎng)期/短期存放和運(yùn)輸過(guò)程中，不會(huì)出現(xiàn)安全的問(wèn)題。
3. 維護(hù)保養(yǎng)：車(chē)輛在出現(xiàn)故障的時(shí)候，在專(zhuān)業(yè)的維護(hù)人員在處理維修過(guò)程，不會(huì)出現(xiàn)安全問(wèn)題。
4. 車(chē)輛事故：車(chē)輛事故中，主要是碰撞和浸水。
4.1. 車(chē)輛碰撞：如前所述，車(chē)輛碰撞之后，根據(jù)碰撞的程度，可能出現(xiàn)的狀況較多。當(dāng)代電動(dòng)汽車(chē)在一定規(guī)模層級(jí)的時(shí)候，電動(dòng)汽車(chē)消防安全與事故救援這樣獨(dú)立問(wèn)題就凸顯出來(lái)了。
4.2. 車(chē)輛浸水：這個(gè)是在中國(guó)城市的排水條件下，極端天氣下發(fā)生的狀況，各地均有發(fā)生。
4.3 車(chē)輛火燒：在連續(xù)道路事故情況下，泄漏的汽油導(dǎo)致的連鎖反應(yīng)。
5.車(chē)輛濫用：某些車(chē)輛在極端的條件下濫用，不會(huì)造成惡劣的安全問(wèn)題。
開(kāi)放給消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)&使用的車(chē)輛，默認(rèn)都要考慮以下各種條件
圖1 安全狀態(tài)分類(lèi)
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，把新能源汽車(chē)和現(xiàn)有車(chē)輛進(jìn)行對(duì)比，能夠把電動(dòng)汽車(chē)面臨的安全問(wèn)題獨(dú)特的部分進(jìn)行分析。
1)電池安全：電動(dòng)汽車(chē)的特殊安全性幾乎全部與動(dòng)力電池有關(guān)，對(duì)動(dòng)力電池單體、模塊以及系統(tǒng)的要求，電動(dòng)汽車(chē)發(fā)生碰撞等意外后可能出現(xiàn)新的安全問(wèn)題，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)提出碰撞后安全要求 。
高能量的動(dòng)力電池起火爆炸的可能
含有化學(xué)液體的動(dòng)力電池對(duì)乘員及第三方的潛在傷害
大質(zhì)量的動(dòng)力電池對(duì)乘員及第三方的潛在傷害
2)電安全
高電壓的動(dòng)力系統(tǒng)直接接觸、間接接觸造成的電擊傷害
充電系統(tǒng)直接接觸、間接接觸造成的電擊傷害
3)功能安全：由電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成的電動(dòng)汽車(chē)有別于傳統(tǒng)汽車(chē)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)提出安全要求。
動(dòng)力系統(tǒng)與傳統(tǒng)車(chē)的顯著區(qū)別對(duì)車(chē)輛功能安全提出新要求
第二部分 安全相關(guān)的法規(guī)
目前的標(biāo)準(zhǔn)情況，與電動(dòng)汽車(chē)安全有關(guān)的如下所示。這些法規(guī)，相當(dāng)一大部分已經(jīng)被列入車(chē)輛必須通過(guò)的安全規(guī)范之中。
1)中國(guó)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)：
GB/T18384.1-2015 電動(dòng)汽車(chē)安全要求 — 車(chē)載儲(chǔ)能系統(tǒng) 現(xiàn)行有效
GB/T18384.2-2015 電動(dòng)汽車(chē)安全要求 — 功能安全與故障防護(hù) 現(xiàn)行有效
GB/T18384.3-2015 電動(dòng)汽車(chē)安全要求 — 人員觸電防護(hù) 現(xiàn)行有效
GB/T31467.3-2015 電動(dòng)汽車(chē)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 現(xiàn)行有效
GB/T31484-2015 電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力蓄電池循環(huán)壽命要求及試驗(yàn)方法現(xiàn)行有效
GB/T31485-2015 電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力蓄電池安全要求及試驗(yàn)方法現(xiàn)行有效
GB/T31498-2015 電動(dòng)汽車(chē)碰撞后安全要求現(xiàn)行有效
GB/T19751-2005 混合動(dòng)力汽車(chē)安全要求 現(xiàn)行有效
GB/T24549-2009 燃料電池汽車(chē)安全要求 現(xiàn)行有效
這是幾份標(biāo)準(zhǔn)的大綱：
電動(dòng)汽車(chē)一般安全要求主要包括三個(gè)層次：
動(dòng)力電池系統(tǒng)與整車(chē)的關(guān)系 GB/T 18384.1-2015
標(biāo)記
對(duì)動(dòng)力電池的要求
絕緣電阻 直流母線最小值應(yīng)為100Ω/V；交流母線最小值應(yīng)為500Ω/V
爬電距離
充電及使用過(guò)程有害氣體要求
過(guò)電流保護(hù)
功能安全與故障防護(hù) GB/T 18384.2-2015
操作安全 驅(qū)動(dòng)程序、行駛、倒車(chē)、停車(chē)、主開(kāi)關(guān)要求
故障防護(hù)
用戶(hù)手冊(cè)
人員觸電防護(hù) GB/T 18384.3-2015
防止直接接觸
絕緣電阻要求
耐電壓要求
絕緣防護(hù)
防止間接接觸
電位均衡
車(chē)輛防水要求
模擬暴雨、清洗及涉水要求
整車(chē)碰撞后安全要求 GB/T 31498-2015
防電擊保護(hù)Requirements for Safety Assurance：For each separate circuit, at least one of fouroptions shall be met.Auto-manufacturer have to declare which option touse.
絕緣電阻Isolation resistance =》絕緣電阻+避免直接接觸保護(hù)
Concept:If the body current when a person touches high voltage bus issufficiently low, the circuit is not harmful.
人體保護(hù)Physical protection =》物理保護(hù)(避免直接接觸和間接接觸)
Concept:If direct contact protection and indirect protection is maintainedafter crash, the circuit is no harmful.
安全電壓Low voltage =》降低高電壓直流<=60V 交流<=30V
Concept:If the voltages are sufficiently low, the circuit is not harmful.
低電能Low energy =》低能量<= 2.0J
Concept:Even if the voltages are higher than 60VDC or 30VAC, the circuit is notharmful when the stored energy is sufficiently low.
電解液的泄漏要求
無(wú)可見(jiàn)電解液進(jìn)入乘客艙
乘客艙之外的泄漏電解液<=7%和<=5L
電池要求
車(chē)載能源應(yīng)保持在安裝位置
車(chē)載能源任何部件應(yīng)保持在邊界內(nèi)
碰撞中和碰撞后不能有車(chē)載能源的任何部件進(jìn)入乘客艙
REESS系統(tǒng)在一定時(shí)間內(nèi)不得起火、爆炸
2)國(guó)外現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)
ISO6469-1:2009 Electrically propelled road vehicles -- Safety specifications-- Part 1: On-board rechargeable energy storage system (RESS)
ISO6469-2:2009 Electrically propelled road vehicles -- Safety specifications-- Part 2: Vehicle operational safety means and protection againstfailures
ISO6469-3:2011 Electric road vehicles -- Safety specifications-- Part 3:Protection of persons against electric hazards
ISO6469-4 Proposal：Electrically propelled road vehicles — Safety specifications—Part 4: Post crash requirements
EN1987-1-2-3Same as ISO6469-1-2-3
ECE R100Uniform provisions concerning the approval of vehicles with regard tospecific requirements for the electric power train
ECER12/94/95 傳統(tǒng)汽車(chē)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、前碰、后碰法規(guī)補(bǔ)充了電動(dòng)汽車(chē)的相關(guān)內(nèi)容
Attachments111 Technical standard for protection of occupants against high voltageafter collision in electric vehicles and hybrid electric vehicles
FMVSS 305Electric Powered Vehicles, Electrolyte Spillage and Electrical ShockProtection
SAE J1766Recommended practice for electric and hybrid electric vehicle batterysystems crash integrity testing
SAE J2344 Guidelines for Electric Vehicle Safety
這些法規(guī)，都是通過(guò)行業(yè)協(xié)會(huì)的方式，收集各個(gè)車(chē)廠在前期開(kāi)發(fā)過(guò)程中的數(shù)據(jù)，匯總而成對(duì)整個(gè)行業(yè)基礎(chǔ)的要求。
從各個(gè)車(chē)廠開(kāi)發(fā)而言，所有的對(duì)車(chē)輛的安全法規(guī)，都是從上層一級(jí)級(jí)進(jìn)行轉(zhuǎn)化的，將整車(chē)所面臨的安全問(wèn)題，使用系統(tǒng)工程的方法，將其對(duì)安全性的要求和設(shè)計(jì)，進(jìn)行分解和梳理，落實(shí)在每個(gè)層級(jí)里面。然后用各個(gè)設(shè)計(jì)的層面，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和診斷，開(kāi)發(fā)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)車(chē)輛的安全要求。如圖2所示，在各個(gè)車(chē)廠對(duì)于電池?cái)D壓試驗(yàn)中，戴姆勒花了不少的車(chē)輛進(jìn)行碰撞獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
圖2 UNECER100 背后的數(shù)據(jù)支撐
如圖3所示，所以最終為了滿足要求，會(huì)有以下的內(nèi)容：
1. 整車(chē)技術(shù)規(guī)范：從整車(chē)層面定義安全性要求。由于各國(guó)的法律層面，有強(qiáng)制性的安全要求，這一層級(jí)的內(nèi)容，主要定義車(chē)輛如何去滿足法規(guī)(SAEJ1766及FMVSS 305)和企業(yè)自身的要求。
2. 推進(jìn)子系統(tǒng)規(guī)范：一般是電機(jī)、逆變器和電池系統(tǒng)，整個(gè)新加入的動(dòng)力系統(tǒng)的子系統(tǒng)規(guī)范，將上一層級(jí)整車(chē)的內(nèi)容繼承下來(lái)。
3. 電池組規(guī)范：對(duì)電池系統(tǒng)進(jìn)行界定，往下細(xì)分有電池單體的要求甚至是內(nèi)部隔膜的要求。
4. 部件規(guī)范：對(duì)電池單體、BMS等部件單元進(jìn)行安全功能的定義要求。
到了這樣的劃分，可以把安全的要求一級(jí)級(jí)分配下去，也可以按照要求一級(jí)級(jí)進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，以確認(rèn)整個(gè)系統(tǒng)是安全的。
圖3 車(chē)輛的安全要求的分級(jí)
第三部分 電氣安全的措施概覽
這里將電氣安全單獨(dú)拉出來(lái)做一個(gè)例子，各個(gè)車(chē)廠而言對(duì)電氣安全的要求比較普遍和統(tǒng)一，可以從ISO 6469-3:2011和ISO 6469-4 這兩個(gè)規(guī)范來(lái)梳理線索，這里分別是對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的正常條件下的一般要求和碰撞后電氣安全要求。未來(lái)這方面有可能在聯(lián)合國(guó)層面進(jìn)行統(tǒng)一和協(xié)調(diào)，可以跟蹤UNECE No.100 ，人員觸電防護(hù)：電氣安全的定義是直流電壓大于60V，交流電壓大于30V。
1. 防止直接接觸：如圖4所示，高壓部件首先需要防止人員有可能
1.1. 絕緣電阻要求：觸電的危險(xiǎn)的大小評(píng)估是取決于通過(guò)人體的電流值和持續(xù)發(fā)熱時(shí)間。這些無(wú)害的身體電流對(duì)應(yīng)的最低絕緣電阻要求100或500歐/V。
1.2. 耐電壓要求：高電壓系統(tǒng)具有足夠的電介質(zhì)強(qiáng)度，在施加電壓以后不會(huì)產(chǎn)生絕緣擊穿，跳火等現(xiàn)象發(fā)生。主要對(duì)象是線束，總線和連接器。
1.3. 絕緣防護(hù)
2. 防止間接接觸
2.1. 電位均衡：在電動(dòng)汽車(chē)上，需要把高壓部件的金屬外殼，與車(chē)身接地進(jìn)行良好的導(dǎo)電性連接, 以保證電位均衡。
3. 對(duì)應(yīng)的措施：
3.1分析所有帶有符合高壓定義的部件，這些部件所屬部分都要滿足絕緣要求。
3.2. 高壓部件，要設(shè)計(jì)有遮擋或外殼，防止人員接近帶電部分。對(duì)于外殼，設(shè)計(jì)開(kāi)蓋檢測(cè)電路。
3.3. 所有高壓部件均粘貼標(biāo)簽，所有高壓線纜均為橙色，作為示警作用。
3.4. 所有高壓線纜均予以屏蔽，屏蔽層進(jìn)行良好接地，所有線纜的高壓接頭均采用防止直接接觸的措施。
整車(chē)碰撞后安全要求
4. 防電擊保護(hù)，從防止人員點(diǎn)擊的層面，可以有以下的辦法來(lái)解決，整車(chē)企業(yè)可以選擇并標(biāo)明用了哪些方法。
4.1. 絕緣電阻：如上所述，如果碰撞后部件的絕緣電阻足夠大，能夠使得人員避免直接接觸。
4.2. 人體保護(hù)：從部件的物理設(shè)計(jì)上進(jìn)行保護(hù)，能夠在碰撞后避免直接接觸和間接接觸。
4.3. 安全電壓：當(dāng)發(fā)生碰撞的時(shí)候，降低總線電壓，使得部件的電壓滿足直流電壓小于60V&交流小于30V。想要滿足這種做法，第一是在電池系統(tǒng)層級(jí)，在碰撞檢測(cè)到以后，自動(dòng)斷開(kāi)繼電器。
4.4. 低電能：即使處在高電壓的情況，電路回路的能量處于低能量的狀態(tài)下，電路也是安全的。這個(gè)閾值為2.0J 。自動(dòng)斷開(kāi)并進(jìn)行能量瀉放。
5. 對(duì)應(yīng)的措施
5.1 自動(dòng)斷開(kāi)：在危險(xiǎn)情況發(fā)生的時(shí)候發(fā)生的時(shí)候，電動(dòng)汽車(chē)控制系統(tǒng)將電池系統(tǒng)繼電器進(jìn)行斷開(kāi)。典型的危險(xiǎn)情況為，汽車(chē)遭受的碰撞時(shí)，汽車(chē)安全氣囊模塊檢測(cè)到的碰撞傳感器動(dòng)作；絕緣故障，主要控制模塊檢測(cè)高電壓絕緣電阻過(guò)?。回?fù)載短路，電池管理系統(tǒng)檢測(cè)到電池系統(tǒng)輸出過(guò)流；高壓回路檢測(cè)危險(xiǎn)的時(shí)候，高壓回路斷路的時(shí)候。
5.2. 高壓回路檢測(cè)(HVIL)：使用低壓的電氣信號(hào)，來(lái)檢查整個(gè)模塊、導(dǎo)線和連接器的電氣完整性情況。當(dāng)某處連接斷開(kāi)的時(shí)候，控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)斷開(kāi)的。
第四部分 系統(tǒng)魯棒性
在ZERI的網(wǎng)站上，有個(gè)參考圖，是解釋車(chē)輛魯棒性的。從汽車(chē)電子模塊，到各個(gè)不同類(lèi)型的系統(tǒng)工作，再到車(chē)。有時(shí)候安全問(wèn)題，就隱藏在這些我們認(rèn)為尋常不會(huì)出問(wèn)題的地方。我們需要從EMC、電氣試驗(yàn)、接地&屏蔽、環(huán)境試驗(yàn)和維護(hù)等方面去考慮系統(tǒng)的魯棒性和安全性。
圖4 ZERI的魯棒性試驗(yàn)
我曾經(jīng)準(zhǔn)備了一篇文章，正趕上點(diǎn)火門(mén)，不敢寫(xiě)下去了。拿一些當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明，后面點(diǎn)火門(mén)繼續(xù)出來(lái)，整個(gè)數(shù)據(jù)全部崩壞了。這是當(dāng)時(shí)整理的：2014年剛開(kāi)始，汽車(chē)行業(yè)就安全&召回的事情，就出現(xiàn)了軒然大波。這件事情，其實(shí)是偶然也是必然的。在這里首先回顧一下2014年各家整車(chē)企業(yè)召回此起彼伏的整個(gè)過(guò)程。
4月11日，寶馬宣布召回全球總計(jì)約489,000輛汽車(chē)，以修復(fù)潛在的發(fā)動(dòng)機(jī)可變氣門(mén)正時(shí)機(jī)構(gòu)(VANOS)外殼上的固定螺栓缺陷。
4月07日，福特汽車(chē)周一宣布發(fā)起兩項(xiàng)召回活動(dòng)，將召回近43.5萬(wàn)輛轎車(chē)和SUV(多功能運(yùn)動(dòng)型車(chē))，以修復(fù)副車(chē)架生銹和座椅故障問(wèn)題。
4月02日，克萊斯勒集團(tuán)宣布將在全球范圍召回近87萬(wàn)輛汽車(chē)，相關(guān)車(chē)輛的制動(dòng)助力器存在生銹隱患，可能導(dǎo)致事故發(fā)生。
4月09日，大眾汽車(chē)官方宣布，召回其在美國(guó)及加拿大生產(chǎn)的160,351輛帕薩特轎車(chē)，召回原因是前大燈中的近光燈可能在特殊情況下失靈。
3月31日，通用汽車(chē)宣布在全球范圍內(nèi)召回151萬(wàn)輛汽車(chē)，原因是車(chē)輛的電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS存在缺陷，可能造成動(dòng)力損失。
3月26日，日產(chǎn)汽車(chē)將在全球召回1,053,479輛車(chē)，處理可能造成前排乘客座位安全氣囊失效的軟件問(wèn)題。
3月13日，本田將在美國(guó)市場(chǎng)召回近90萬(wàn)輛奧德賽MPV，原因是這些車(chē)輛的油箱存在漏油隱患，可能導(dǎo)致起火事故。
召回原因的分析：召回的緣由是多種多樣的，根據(jù)近期的統(tǒng)計(jì)，對(duì)召回原因做一個(gè)簡(jiǎn)單的分類(lèi)，主要是集中在動(dòng)力總成和安全系統(tǒng)方面的。
動(dòng)力總成：引擎起火(Engine Fires) 通用汽車(chē)2010年和福特2013；點(diǎn)火開(kāi)關(guān) (Ignition Switch) 通用汽車(chē) 2014 ；失去動(dòng)力(Sudden Loss of Power)；巡航控制Sticky Cruise Control；螺栓(VANOS)寶馬2014
底盤(pán)：后懸掛(Rear Suspension Issues)；動(dòng)力轉(zhuǎn)向(PowerSteering Failure&,Faulty Steering,Steering Defect,Faulty PowerSteering)；輪胎(Faulty Tires) 。
電氣：電氣開(kāi)關(guān)(Electric Switch Fires)；頭等故障(Headlight Failure)。
安全系統(tǒng)：安全氣囊(Airbags Randomly Deploy,Air BagIssues)
由于汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展，在NHTSH的《The safety Promise andchallenge of Automotive electronics》中指出，由電子控制系統(tǒng)引起的安全問(wèn)題是相對(duì)很突出的。有一個(gè)很有趣的現(xiàn)象，所羅列的領(lǐng)域，大多數(shù)是中國(guó)國(guó)內(nèi)汽車(chē)零配件企業(yè)沒(méi)辦法進(jìn)入的。接下來(lái)，我想談?wù)勀壳暗挠绊?。?duì)個(gè)人客戶(hù)來(lái)說(shuō)，買(mǎi)到安全可靠的車(chē)型才是關(guān)鍵。召回的過(guò)程，也會(huì)帶動(dòng)整個(gè)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)往更高的質(zhì)量和安全性發(fā)展。對(duì)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的影響，整個(gè)召回影響是很大的。
首先，召回直接帶來(lái)的影響是成本的上升，公司的利潤(rùn)和品牌的影響力的下降，最典型的莫過(guò)于2009年對(duì)于豐田，今年通用汽車(chē)的報(bào)表也會(huì)受到很大的影響。
其次，目前的召回狀況，對(duì)每一個(gè)廠家都是一種考驗(yàn)。越來(lái)越多的安全功能和越來(lái)越復(fù)雜的系統(tǒng)，在激烈的競(jìng)爭(zhēng)條件下，改款和新款車(chē)型的開(kāi)發(fā)速度，都給汽車(chē)廠商帶來(lái)很大的壓力。
最后，短期來(lái)看召回和保修的成本，將成為汽車(chē)OEM企業(yè)的一項(xiàng)重要支出；長(zhǎng)期來(lái)看，引起的訴訟費(fèi)用，也是很大一筆開(kāi)支。
本文小結(jié)：
1)新能源汽車(chē)的系統(tǒng)復(fù)雜度其實(shí)不低的，本身各家在這塊領(lǐng)域投入的時(shí)間也不長(zhǎng)，有許多內(nèi)容值得我們?nèi)ヅΑ?
2)汽車(chē)安全這個(gè)事情，更多的還是社會(huì)責(zé)任感的問(wèn)題，當(dāng)時(shí)點(diǎn)火門(mén)一出來(lái)，以為會(huì)怎么樣，后面企業(yè)該召回召回，該償付就償付，汽車(chē)企業(yè)的責(zé)任和產(chǎn)品是聯(lián)系在一起的。
3)雖然在傳統(tǒng)汽車(chē)行業(yè)的我們做事情很慢，但很多事情快起來(lái)沒(méi)有意義。
