新能源汽车在传统汽油车身上进行了变革,引入了发电跟放电技术,让汽车变得不再是发动机的天下,电池包也占据了一大半江山。如果作为一台普通的汽车,安全性能自然会联想到碰撞,车辆发生碰撞后,驾驶及乘用人员是否人身安全,是车辆安全性能衡量的一个指标。而新能源汽车,特别是纯电动汽车,使用电池放电,车辆始终处于一个高压电系统,用电安全与否,显得更为重要。这里的提问,想必也是各偏向后者,也就是说,新能源汽车,特别是纯电动汽车,安全性能主要是由车辆的高压安全、电池安全来决定。
1、碰撞安全
先说回汽车的基本碰撞安全。这是一台汽车应有的基础安全,无论汽油车还是新能源。作为新能源车辆的碰撞安全,除了被动的安全外,主动安全更为重要。而关于电动汽车的碰撞表现,人们一直关注的是车辆的充电便捷性、续航里程、驾驶体验等问题,碰撞安全方面设计的感知与认识,相对来说稍微滞后些。也就是说,电动汽车的车身的结构设计、车身强度、溃缩表现等,都较少的被关注。值得一提的是,在2019年的C-NCAP碰撞中,当中的新势力电动车有着不俗的表现,像小鹏汽车G3,蔚来ES8等,都取得了5星的成绩,跟其他品牌主机厂可以进行PK,看到新势力造车的强劲之处。
2、电池安全
由碰撞引申出来的另一重要安全性能指标,即电池安全,不仅表现在碰撞时刻,还表现在如充电、放电等各类使用场景中,整体的来说,就是电池的使用安全技术。电池的安全技术,体现在软硬件层面。
硬件层面:电池包系统主要由电芯、电气元件、结构件等组成,电池包的系统性安全,需要由电芯、模组、Pack之间进行协同,进行安全设计。
1)电芯要求:电芯现状是向高能量密度、高功率发展,这对电芯的电极材料、制造工艺都提出了更高的要求。锂离子的活跃特性如何控制,电芯的密封、绝缘、热失控、防爆、电芯一致性等等,都是当前的技术难题。
2)模组要求:模组之间的连接方式、装配要求、焊接工艺、绝缘保护、爬电距离,都是安全设计要点;
3)Pack要求:Pack作为一个完整体,对整体的外壳结构设计要求更为严格,可以抵抗振动、冲击、甚至碰撞;Pack设有安全阀及保险丝等安全设计,满足短路断开、高压泄压等功能,并且能够有较高的防护等级,比如IP67等。
软件层面:BMS的管理系统起着安全控制功能。能够监控电芯的电压、充放电电流大小、电芯温度、电池的绝缘、电芯的健康情况等等,有着一套有序的监控控制管理系统。如果一旦出现失控的可能,比如热失控、绝缘故障,碰撞等,能及时切断电池的主继电器,实现高压保护,预防电池包出现着火等危险情况。
3、高压安全
高压安全范围较广,涉及到整个电动系统。电动汽车由电池包提供能源,工作电压主要在300~450V范围内,供各类高压器件使用。高压系统的安全保障的要求,是要确保车辆在静止,行驶,充电等场景下,车辆功能的正常使用的同时,确保操作人的高压用电安全。这也就提出了车辆必须具备功能安全,高压检测,高压防护,故障保护,触电防护等一系列安全功能。
一般,这一类高压安全的防护,主要有以下这些内容:
1)过载/过流防护:车上有高压配电盒(PDU),如果出现过压过流,可熔断保险丝,实现过载过流或是短路保护。
2)触电防护:这一类主要靠高压互锁,绝缘检测来监控保证。高压互锁主要是利用低压回路检测高压连接器的连接紧固程度,保护的是器件与线束之间的紧密性,预防漏电;绝缘检测主要是对部件的绝缘情况进行监测,预防部件进水,漏电等情况。车上需确保绝缘电阻能够满足人身安全需求,保证绝缘电阻值大于 100 Ω/V。
3)高压泄放:主动泄放功能,系统出现异常断电,能快速把高压泄放到安全电压60V以下。
4)电磁兼容:常年的背锅侠,所以更应该保证高压器件具有优秀的抗干扰能力,保证系统控制准确输入与输出,交互信号正常。
5)故障监控:车辆如果出现严重故障需要立即下电,比如碰撞,电池严重故障等,应具备立刻切断电池主继电器能力。
总的来说,电动汽车的安全性能会比汽油车要求更高,方方面面的开发设计都离不开电池安全跟高压安全,唯有这2部分的功能安全足够满足车辆的日常使用场景,才能更好的保障电动汽车的使用安全。