3月24日下午专题培训1-整车及系统测试评价

整车及系统测试评价（第一组）
主持人：中国汽车技术研究中心汽车试验研究所新项目推进部部长秦
孔建
秦孔建：这里是2016国际电动汽车测试开发人员高级培训班。

众所周知，电动汽车的系统测试评价，首先要关注的是整车安全。

电动汽车的安全，比如动力电池的安全性和碰撞的安全性等，都受到了公众和各地政府的高度关注，国家主管部门也正在逐步完善电动汽车整车安全的相关法律体系。

这正是电动汽车行业的技术人员非常关注的一个热点问题。

下面有请中国汽车技术研究中心、汽车标准化研究所、教授级高级工程师刘佳彬先生，他的演讲题目是《电动汽车整车安全性评价》。

刘佳彬：我国的新能源汽车，从十几年前的863计划开始，每年只有几十辆的销售额，发展到现在大规模的生产，每年拥有高达三十几万辆的销售额。

在如今新能源汽车高速发展的背景下，很有必要讨论电动汽车的安全问题。

十多年前，讨论电动汽车的安全问题只是一个小众的话题。

而现在，电动汽气的保有量每年都迅速增长，在这样的情况下，电动汽车的安全问题显得尤为重要。

关于电动汽车安全问题，一旦出现新闻就是负面问题。

只有解决好安全问题，电动汽车才可以健康的发展。

电动汽车的安全和传统汽车的安全是不一样的。

电动汽车的安全，主要是电动汽车所加载的电池和高压系统部分的安全。

今天的汇报分为三个部分，第一部分是电动汽车安全问题，第二部分是电动汽车安全标准，第三部分是电动汽车整车安全性的评价。

电动汽车的安全问题，主要是关于电池、电机、电控以及高压线缆部分的安全性，因为这四部分与传统的汽车不一样，是整车的核心零部件，拥有特殊性，容易发生安全问题。

与电动汽车相比，传统汽车只有12V的电，因此在电方面是安全的。

而电动汽车的动力系统包括了电池、电机、电控装置等，这些都与传统汽车不一样。

在电动汽车里，红色部分是高压危险的，需要做绝缘系统将其防护起来，实现乘客与红色危险部分的隔离，这就是俗称的安全理念。

但是在实行上述隔离之后，车辆并没有达到完整的结构隔离。

车上的蓝色部分，一般都是金属壳体，金属具有良好的延展性，在受到冲击的时候，可以通过变形来保护乘客。

这些金属壳体存在一个问题，就是可以导电，是一个可导电的部件，因此存在一定的安全风险。

为安全考虑，除了要将红色部分绝缘外，车里的其他部分（包括金属壳体）一定要和电阻连接起来，使其电压保持在一个较低的电位。

这是电动汽车设计时的最重要安全理念，只有在这个理念下，设计出的车辆才有可能不出事故。

所有关于电安全的问题都是围绕这个地方展开的，红色的部分是正负极，其他的部分就是几个大的用电器和储能装置，蓝色的部分是金属壳体。

我们要在电动汽车的安全上统一思想，由于电动汽车行业的从业者大部分是搞机械工程的，对电的概念并不是很熟悉，因此更需重视安全理念。

以上所讲的都是电动汽车的结构安全，下面重点说一下功能安全。

电动汽车面临动力电池的安全问题，高能量的动力电池存在起火爆炸的可能性。

因此，为避免高电压的动力系统对乘客造成电击伤害，一定要避免乘客直接的或间接的接触到动力电池。

安装在车辆上、特别是乘用车上的大质量动力电池，在碰撞事故当中有可能会对人体产生的伤害，这种伤害是不同于传统汽车的。

传统的汽车电池比较小，而电动汽车电池的质量都非常大，因此电池的固定对乘客来说非常重要，另外电解液也有可能对乘客产生化学伤害。

电动汽车的动力系统与传统汽车有显著的区别，电控系统的变化会对使用者产生一些影响，这些变化也可能会带来安全性的影响，这一类称之为功能安全的影响。

这些安全问题，归纳起来在整车上应该分为两个部分。

一部分是一般安全要求，一部分是碰撞后的安全要求。

对于一般安全，当驾驶员紧急制动时，比如说1G的加速度，这是在正常使用状态下，电动汽车可能会出现的安全事故，这个称之为一般安全要求。

而碰撞后安全要求，就是在一级气囊有可能要打开的情况下，气囊一旦打开，车辆启动的所有状态是不可逆的。

汽车设计者在设计这种不可逆状态的时候，要以保护乘客为主，而这可能要损害一些零部件。

比如传统汽车上的发动机，在汽车发生碰撞时，发动机第一步就要下落，否则的话，吸能就可能打不开，而这将会对乘客产生很大的冲击。

一旦碰撞梁被撞坏，其他蜂窝状的东西就会被破坏掉，这种不可逆的状态一旦启动，前盖内所有的高压线路一定会毁坏。

这一块必须要吸收能量，如果说不吸能，乘客可能会受到机械伤害。

这种不可
逆的状态也要有一定的策略去应对。

在设计车的时候，一部分是要为了其正常使用状态下去做的，另一方面，一旦在比较大的加速度等级状态下发生不可逆状态，汽车的高压系统必须要断掉，高压线路被损坏，甚至绝缘电阻也有可能丧失功能。

因为这样的话会最大限度保护人不受巨大机械伤害的冲击。

下面将会讲一般安全和碰撞安全的防护。

除了整车的两部分安全，还有一部分是电池安全。

这里简单介绍一下，因为电池和整车密切相关。

德国的G-das组织，是德国交通数据统计的机构。

图中外侧红色的部分指的是整车，包括前部和后部，凡是红色的部分就是指极易发生碰撞的部分，也就是乘客最危险的区域。

其次黄色的部分是相对危险的区域，有可能发生变化或变形，中间部分是推荐电动汽车电池安装的部分，这样才可以使得整车相对安全。

电池的安全，无论是单体、模块、系统都是如此。

这种大的电池，在车辆上、系统上的安装就应该以图中的方式进行。

电动汽车的安全问题，就是三个部分。

一是电池的安全，二是整车的安全，三是电动汽车发生意外时的安全要求。

电动汽车的安全标准体系也应围绕这三个部分展开。

今天主要讲后两部分，因为电池的部分在其他的会场有专题讨论。

说到整车的安全标准，我国电动汽车的整车标准相对来讲比较简单，就是18384的三个标准，有混合动力的标准（马上废止），还有燃料电池的标准。

我国整车的安全标准就是前三个标准。

这个是按照ISO6469的标准去制定的。

另外还有一个是31498标准，这个在碰撞安全的时候会提到，这是电动汽车碰撞安全的要求标准。

电动汽车的
整车安全标准，国际上有几个体系，一个是体系是法规体系，我国并没有按照国际讨论区进行标准法规的设置。

实际上这样的体系在国际上是法规，比如在美国、日本、欧洲都有电动汽车的法规。

欧洲的法规把传统车和电动汽车放在了一起，比如ECE949512讲的都是正面碰撞、侧面碰撞以及转向管柱对人体侵害的补充安全。

另外一个就是ECEi100，专门对电动汽车的整车和电池有要求。

美、日、欧的体系都是以法规的形式出现的。

国际上也有ISO的标准，、被我们国家作为法规引用了。

关于下一步的法规，各个主要的汽车发达国家，包括中国在内，已经组成了另外一个组织，即联合国的GTR组织。

众所周知，ECE组织有58缔约国，凡是签约58协定的都是用ECE体系，比如欧洲和日本。

而美国则有自己独立的体系。

现在国际上要把这些组织融合在一起，因此成立了98组织，所以现在有一个GTR组织、美国、日本、欧洲、中国都签约了。

现在正在进行法规的制定，目前已经进行了4年，在制定过程中已经几易其稿，这个法规估计在2017年底批准，一旦批准，中国的电动汽车安全法规可能要纳入到它的体系当中。

我国在国际上作为标准的研究部门，一直对电动汽车的标准法规进行研究。

这个组织美国是主席国，日本是秘书处，欧盟和中国是副主席国，其他都是98缔约国的参加国来参与电动汽车安全法规的编写。

中国作为这个组织的一员，我国把一些电动汽车安全的法规放入到了国际法规当中，比如说电动汽车的防水到2017年或者是以后这个法规推行时，将会对中国的标准产生影响。

突破传统汽车以前很难做的一些成绩，在电
动汽车国际法规的舞台上，我国在国家的层面上对国际法规做了一些贡献，这就是电动汽车的标准。

关于电动汽车的整车安全性评价，整车安全评价分两个部分。

一个是一般安全要求，一个是碰撞安全要求。

一般安全要求，就是驾驶员的正常使用状态，在我们的法规标准当中分三个层次，第一个层次是车载充电储能装置，第二个是操作安全和故障防护，第三个是人员触电防护。

而正碰、侧碰则是被动安全要求。

保证电动汽车不伤害到乘客，是一般使用安全当中核心的理念。

对于一般的安全要求，原理非常简单，标准也好、法规和设计理念起初看似比较复杂，实际上操作非常简单。

第一，避免人员直接接触到两极，在汽车设计的时候，正负两极是不能显露出来的，连插座都应该看不到两极。

直接接触是避免碰到两极，比如房间的电线布置非常简单，即便有些插孔可以隐隐约约的被看到铜片也没有问题，因为人的手是进不去的，是安全的，所以这样的插座不会对人产生伤害。

其实这就是典型的避免直接接触。

而汽车是运动的物体，尘土、振动等可能会造成整个体系变形，在这样的情况下，初期的时候可以避免直接接触，等到开了一段时间后情况就会相对复杂。

第二个是间接接触。

在汽车上，整个车身和底盘都是金属材料，这个是客观存在的，除非以后所用的材料出现大规模的革新，整个车上见不到金属材料，就不会再出现间接接触的问题。

现在整个车身是金属的，行李舱、前舱盖都是金属的，一定要保证在一个点位上，避免间接接触。

因此避免直接接触和避免间接接触，这是电动汽车安全的核心。

现在有三种情况可能是人体产生电流。

第一个是直接接触两极。

第二个是没摸到两极，摸到了其中一极，但是另外一极是接触了地，但是这个地和第二级的绝缘电阻不够，就会出现问题。

除非绝缘电阻够，不然就会形成回路。

第三个是两手分别接触到带电的不同壳体或者底盘。

因此在这样的情况下，我们的防护要做到以下几点。

第一是避免摸到两极，可以在车上加装一个特别好的防护壳体，把壳体直接防护上，这是直接性保护。

第二种防护是间接防护。

第三种是即便摸到一极也有绝缘电阻的保证。

总结一下就是，第一是用间接接触保护的方式，第二是间接接触保护，第三种是绝缘电阻的保护。

在这三种情况下，每个都不能完全保证安全。

那么在这样的情况下，必须要做三种方式组合，才可以保证电动汽车防触电的安全。

关于绝缘电阻，世界上任何两个金属之间都有绝缘电阻，只是阻值的大小不同。

虽然没有一个现实的连接，但是这个绝缘电阻是存在的。

汽车上绝缘层和防护层的绝缘电阻非常大。

对于阻值的测量，可以用电压笔的方式把绝缘电阻测量出来。

电源一侧的绝缘电阻可以用这样的方式去研究，这是18384法规当中最重要的要求。

汽车的正负极对底盘都有绝缘电阻，在这样的情况下，以阻值小的电阻为准。

这是一个重要的理念，在电动汽车的安全设计当中，要保证绝缘电阻的最大化。

第二，测量的时候，一定要找绝缘电阻的最小值，这是电动汽车安全绝缘电阻的测量哲学。

设计的时候当然是绝缘电阻越大越好，绝缘电阻大并不能保证一定会安全，这中间还有其他的问题，但是阻
值大了至少没有坏处，所以绝缘电阻一定要选择尽可能大些。

但是测量时，一定要找到阻值最小的电阻。

因此阻值最小的绝缘电阻是车辆的代表，就是所谓的木桶效应，这是设计和测试上的理念。

关于防护，触电防护是两种。

第一种防护是基本防护，类似于建筑物的插座。

首先需要有绝缘，电线的外皮就是绝缘，第二需要有遮挡和外壳，可以承担足够的触电防护。

对汽车而言，要承受振动、冲击、进水、粉尘，还可能有盐雾。

在有故障的情况下，更需要做防护。

电池可能泄漏的概率是千分之一的，但是需要做的是单一故障下的防护。

这一部分就是汽车的基础防护。

万一驾驶员有过错了，绝缘电阻就应该起作用，要允许汽车在出了一个过错的时候还可以保证乘客安全。

第二，要保证电力均衡。

第三，我们的外电容设计的值要比较小，这样才在万一泄漏了的情况下才可以保证安全。

也就是说乘客出错了，汽车要有纠错的功能。

这是汽车和民用防护不一样的地方，汽车一定要有补救的措施。

上面所讲都是一般使用时的安全，即便是一般使用时也要有一定的容错，就是当单一失效的时候可以成立。

关于汽车的基本防护，比如遮挡、外壳、基本绝缘等都属于基本防护。

比如蓝的变成红的，说明失效了。

汽车上的金属非常多，万一有一根线露出来了，接触到外壳上，即便是周边有绝缘，这也是一种单点失效。

或者，由于反复的扭曲、变化，这一点变形露了出来。

这几种情况都有可能变成单点失效。

在汽车上看，单点失效有可能在正常使用当中出现。

因此电动汽车必须要有容错的机制。

容错第一个重要的机制就是电位均衡。

即便是漏了一个点，因为这些壳体在一个电位上，也可以保证乘客摸到壳体也没有问题。

对于电位均衡的测量非常复杂，但是实际上也非常的简单，应用专门的测量仪，在测量的时候，比如壳体上有油漆，油漆一定要去掉，否则测量的结果是不准的。

不能用普通的万用表去测量，因为普通万用表是两个点一连一响就接通了，这种情况下电阻值可能比较大，不能用普通万用表去做这种电位均衡。

容错第二个重要的机制是绝缘电阻。

在单点失效的情况下，绝缘电阻就会发挥作用。

在整个乘客开门、关门的过程中，乘客一直在摸车体，如果乘客不小心摸到车上的漏点。

这个绝缘电阻都是非常大的，都是几十K甚至是上兆的状态，即便有大的电压等级也没有问题。

人体非常复杂，人体耐的电流非常复杂。

这个绝缘电阻达到人体摸一年都没有问题的时候，那就没有问题了。

如果出现两点全漏，在这样的情况下，绝缘电阻就变成了失效状况，有绝缘电阻也没有用。

因此绝缘电阻在电动汽车当中不是万能的。

即便很好也可能出现电人的情况，因为这种情况下是两点全漏的。

因为在设计时预防的是单点失效，而不是两点失效，如果按两点失效设计的话，汽车成本会相当高。

容错第三个重要的机制是电容耦合。

对于电动汽车，电的两极中间，包括电机的正负极和壳体之间都有电容，这个电容一般称之为Y 电容，这个Y电容有一定的值，储存有能量，当这个能量达到一定的量时，乘客正好一面摸的是Y电容的那个点，另一面摸的壳，人体就可能被电着。

在设计的时候，Y电容要有一定值的要求，要保证Y电
容器中的能量小于0.2J。

当车辆漏了一个点的时候有绝缘电阻、电位均衡以及电容耦合，在车辆出现问题的时候可以保证乘客的安全。

电动汽车对绝缘电阻值有较高的要求。

这是国际电动组织的值，已经被引用到电动汽车安全法规当中。

直流电路要求的是100Ω/V，交流电路则是500Ω/V，直、交流混合，如果有交流部分保护按照直流走，如果没直流保护就按照交流的走。

这张图片，横轴是电流，纵轴是持续时间，图中蓝色以及蓝色左侧部分绝对安全，红色右边部分是安全的，这就是对绝缘电阻的要求。

图中一部分直接引用了国际电工组织的数据。

所有的限值都从这里来，绝缘电阻100Ω/V和500Ω/V值的设定原理也源于此。

对绝缘电阻的客观要求是，电池的DC部分达到100ohms/V，全部交流的部分达到500ohms/V。

直流交流混合的则是有保护的100ohms/V，没有保护的则是500ohms/V。

对于绝缘电阻的测量，一般在车辆当中分为两类绝缘电阻，第一类是电源类，测量电源类绝缘电阻的阻值时，可以先测电压的状态，V1、V2、V0，然后选择一个标准绝缘电阻算出来。

电源部分是用有源的方式，用V1、V2比值法计算出来。

负载绝缘电阻的测量，当乘客把开关打开的时候，因为电路已经没有了电源，这个时候要用Meter表去测，这个测量操作比较简单，一头是线，一头是地，这样就可以测绝缘电阻值。

目前负载部分是电桥电路，这个电路中正极走过的方向负极是走不回来的。

所以正极走的绝缘电阻和负极走的绝缘电阻是不一样的。

这样的情况下，一定要测量两次，然后找到最小值作为依据。

因此，对于绝缘电阻的测
量方法，有源的部分用福特表，而负载部分则是用Meter表。

电动汽车的防水也是非常重要的。

国际上不对汽车的防水有要求，因为电动汽车有绝缘监控系统，水对车辆的侵蚀有可能降低绝缘电阻的阻值。

水不一定会造成汽车绝缘的下降，但是存在这种可能性。

因此，中国在国际上坚持把防水作为电动汽车安全的重要部分，把防水作为法规的一部分。

防水主要模拟清洗、暴雨和涉水，也就是洗车的时候，暴雨突然来的时候，还有一个是涉水，因为城市在下雨时，经常水位会达到20厘米。

传统汽车都会出事，更何况是电动汽车。

针对这种情况，我国有一个提案，国际上也基本接受了，将会在新版的EVSGTR当中体现出来。

刚刚主要介绍了一般安全的要求。

接下来介绍碰撞后的安全要求。

当车辆以很大的速度冲出去不回来，车辆有一个非常大的逆向加速度，这个时候要求汽车该开启的都要打开。

这种情况对车有四个要求：一、防止B级电路的点击伤害；二、防止电解液泄露的化学伤害；三、防止动力电池起火爆炸伤害；四、防止动力电池移动造成的成员伤害。

这就是碰撞安全的一个理念。

总结一下，在碰撞时有这样一张图，这个理念是国际上通用的一种理念，黄色之外的部分，是传统车碰撞时的状态。

而黄色的部分，是电动汽车做碰撞部分时要加入进去进行考评的内容，包括电解液的泄露、电池移动、不要起火爆炸，这些都是宏观的要求。

最麻烦的就是防触电要求。

针对这一点，第一个是低电压的要求，只要保证电压低，直流
60，直流30，这样的情况下，无论漏多少点，人都是安全的。

对于低电压的设计，在碰撞的时候，两个大线一定要断开，就是电路和负载要断开。

还有，电路内部电池串联的连接线要尽量的断开，把高压电彻底切断。

另外一部分，蓝色的部分是有电容的，要求电容特别小或者可以自放电。

通过不可逆的开关之后，要保证电容可以打开，让它把电放出去。

这是低电压的测量。

汽车对低电压有要求，低电压不能在碰撞完两小时之后达到低电压，而是在60秒之内就达到低电压。

但是电压时间长了之后，特别是电容自己就放掉了，但是电到人后放掉也为时已晚，因此需要有一个50-60秒去测量的概念。

第二个是低电容的要求。

电容一定要及时放电。

第三个是物理保护的要求，就是直接接触和间接接触的混合。

日本人最倾向于在车辆碰撞时用这样的方式来保证乘客的安全。

当一个车辆碰撞之后，首要的工作是找漏点。

第二，查看金属壳体是不是电位均衡，如果达到电位均衡就是安全的，这个称之为物理保护。

这就是所谓的找漏点，找电位均衡，和传统的般安全要求是不一样的。

第四个是绝缘电阻的要求，可以用绝缘电阻的方式去做。

如果找到一个漏点，汽车上的绝缘电阻是可以用的，但是一旦找到两个漏点的话，电位均衡和绝缘电阻就不用测了，只能靠低电压、低电能进行保护。

如果达不到要求的话，那你这辆车就不能满足碰撞要求。

绝缘电阻的要求和一般安全是一样的。

这是碰撞之后的四个选项。

当四个选项的选择结束了，驾驶舱里没有电解液泄露，也没有起火爆炸，乘员舱外面的任何REESS部分都没有进入乘员舱，就可以认为这辆车是符合要求的。

在设计车辆碰撞的时候，要保住哪
部分，要丢失哪部分，这是一个重要的理念。

由于在前舱当中有很多东西，比如控制盒、、高压线等，实际上在设计的时候，不一定在碰撞之后还要绝对的保护绝缘电阻，有时不需要保它，而是把其他的东西保住。

比如电池的部分一定是在车辆的蓝色的部分里，电池是要保的，但是有一部分装置是要损坏的，这个时候就是用物理保护或者是低电压保护的方式来进行安全保护。

虽然法规看似简单，但是要把法规解读好。

虽然简单，驾驶员没有看懂，不知道法规的要求是不行的。

其次，要把法规贯彻到设计当中。

法规的背后有大量的东西要去解读，哪一个在先，哪一个在后，才是设计上最节约成本，最符合车辆设计的。

无论是一般安全要求，还是碰撞安全要求，都存在这样的问题。

一般安全是对单点失效的要求，需要检测电位均衡。

电动汽车的电池有很多种的布置形式，比如T形设置，还有的是电池是车身一部分的，还有的是电池是分散布置的，所以电池可以拆分成很多种的方式。

每一种不同的方式也有不同的应对策略。

电动汽车的开发设计和法律看似没有关系，实际上都有千丝万缕的联系。

把电池部分设计好了，才可以保证所有的设计都符合法规的要求。

举个例子说明一下法规的重要性。

电动汽车上的48V系统，一般被作为一个节能产品看待，看起来和电动汽车的安全没有任何关系。

但是有一些公司担心，这48V交流是低压，在变直流的时候电压达到了33V，这样就超过了30V的要求。

因此，在设计时，一般把48V是划为B级电路。