● 中国汽车技术研究中心 张英男

《电动汽车 安全要求》系列国家标准解读

● 中国汽车技术研究中心 张英男

张英男

张英男，中国汽车技术研究中心标准化研究所工程师，从事电动汽车整车和安全领域标准研究和制修订工作，GB/T18384-2015《电动汽车 安全要求》系列标准第一起草人。2013年获中国汽车工业科学技术奖二等奖。

作为缓解能源压力和减少温室气体排放的重要手段，电动汽车被视为汽车产业发展重要技术方向，近年来得到全球各国的重视并得到快速发展，中国在产业政策、科研支撑、财税补贴和公安及交通管理方面均给予了电动汽车持续的较大力度的鼓励和支持，中国电动汽车产品的使用和推广正在快速的扩大。电动汽车区别于传统汽车的主要特点就是在高电压的环境下运行，因此高压系统的安全性一直是行业研究和消费者关注的重中之重。

标准概况

作为电动车最为基础和重要的标准之一，我国早在2005年就发布了GB/T 18384《电动汽车 安全要求》系列标准，主要参考了国际标准ISO 6469。该系列标准的出台对于规范行业发展、保证产品质量、促进技术提升起到了非常重要的作用。随着技术的不断发展以及在产品应用和检测方面越来越多的积累，我国在2010年启动了对GB/T 18384系列标准的修订工作，2013年提交全国汽车标准化技术委员会电动车辆分委会审查并通过，于2015年5月15日发布，并于2015年10月1日正式实施。

新修订的GB/T 18384包括3个部分，分别是GB/T 18384.1—2015《电动汽车 安全要求 第1部分：车载可充电储能系统》（以下简称第1部分）、GB/T 18384.2—2015《电动汽车 安全要求 第2部分：操作安全和故障防护》（以下简称第2部分）和GB/T 18384.3—2015《电动汽车 安全要求 第3部分：人员触电防护》（以下简称第3部分）。该系列标准的适用范围是车载驱动系统最大工作电压是B级电压的电动汽车。该范围有两个限定条件：电动汽车和B级电压，也就是说，只要是电动汽车，并且其车载驱动系统的最大工作电压在B级电压的范围内，则应满足《电动汽车 安全要求》系列标准的要求。其中B级电压是指交流大于30 V a.c.（rms）且小于等于1 000 V a.c.（rms），直流大于60 V d.c.且小于等于1 500V d.c.的电压范围。

标准解读

1. 车载可充电储能系统

第一部分的对象是车载可充电储能系统（REESS，rechargeable energy storage system），REESS就相当于传统汽车的油箱，是车辆驱动能源的来源，最典型的代表便是动力电池。超级电容器也属于REESS，但燃料电池堆并不属于REESS，因为它是电能的发生装置，并不存储电能。第一部分主要规定了REESS绝缘电阻、电气间隙和爬电距离、有害气体和有害物质排放、危害人员的热量以及过电流断开几方面的要求，其中绝缘电阻测量和计算方法是修订的重点。绝缘电阻测量前，应将REESS的高压部分和低压部分断开，将低压部分与车辆电平台相连接，目的是不仅测量REESS与电平台之间的绝缘电阻，还包括了与其低压部分的绝缘电阻。REESS应先在的环境下准备8 h，而后在温度，相对湿度，气压86kPa～106kPa的条件下进行测量。规定该试验环境的目的是为了使被测设备达到露点，所以如果厂家和检测机构有其他的准备和试验条件可以使得被测设备很快的达到露点，则可以使用其他试验条件。标准中规定测量阶段是一个8 h的测量过程过程，并不是指测量一定要持续8 h，只要露点出现，并且捕捉到绝缘电阻可能的最小值，测量便可以结束。实验过程如图1所示。

REESS绝缘电阻的计算公式中，R0是已知电阻，正负极两端有各自的绝缘电阻，标准将较小的一端定义为R2，既R1＞R2，U1＞U2。如图2。

2005版标准中REESS绝缘电阻的计算公式是：

…………（1）

新修订版本中的 REESS绝缘电阻计算公式是：

…………（2）

将U1、U2、U1'分别用Ub来表示，并带入公式（1）和公式（2）可以得出，2005版的公式Ri相当于R1和R2并联的阻值，新修订版本中的公式Ri相当于R1和R2的较小值。在实际情况中，REESS正负极绝缘电阻并联起作用的情况是不存在的，无故障的情况下两侧绝缘电阻串联起作用，单点故障情况下绝缘电阻单侧起作用。所以修订后的计算公式更符合实际。

2. 车辆操作方面的安全要求以及进行故障防护的思路

第二部分主要规定了车辆操作方面的安全要求以及进行故障防护的思路。在操作安全方面，车辆的电源接通断开程序中定义了车辆个的两个状态，分别是“驱动系统电源切断状态”和“可行驶模式状态”，其中可行驶模式是指“当踩下加速踏板（或激活某种控制设备）或松开制动系统，车辆的驱动系统就可以移动车辆的模式”，这描述的是车辆驱动系统高压电已经接通并且车辆已经挂入前进档或倒车档时的状态。车辆各个状态、驱动系统高压电接通状态和标准中规定的两个状态之间的对应见图3。

图1 REESS绝缘电阻测量过程

图2 REESS绝缘电阻测量示意图

图3 接通断开程序示意图

图4 电源接通程序中对2个不同动作的认定

图5 单点失效防护举例

图6 触电防护方法

标准中规定车辆从驱动系统电源切断状态到可行驶模式需要经过两个不同的有意识的动作，对于这两个动作的认定见图4。

标准中对于功率降低显示的规定目的是避免在车辆功率不足的情况下驾驶员对车辆有过多的动力要求而导致的潜在危险。举例来说，如果驱动电机过热，车辆便可能会限制驱动功率，此时驾驶员若想加速超车，则动力需求便得不到满足，超车的持续时间会超过驾驶员的预期，这是一种非常危险的行车情况。如果有低功率提示的功能，驾驶员便可以知道车辆目前“心有余力不足”，便不会进行超车。此外，标准中规定“驱动功率的限制和降低影响到了车辆的行驶，该状态应向驾驶员指示。”因此如果驱动功率的限制和降低不会影响车辆的行驶，则不必向驾驶员指示，例如混合动力电动汽车，驱动电机功率的限制可以通过内燃机来弥补，因此就不必设置低功率显示这一功能。

在故障防护思路方面，标准引入了单点失效这一概念。单点失效是功能安全中的一项重要概念，源自国际标准ISO 26262。单点失效简单来讲就是系统中的一个点、一个部分、一个组件发生故障而导致的失效，在功能安全的设计理念中，是要通过多重或冗余的保护来保证单点失效不会影响系统的正常运作。具体到电动汽车，以车辆的绝缘系统为例，如图5所示，由于另一侧绝缘电阻的存在，高压系统单侧的绝缘失效并不会导致人员触电。这便是一种对于单点失效的防护。

3. 人员触电防护的要求

第三部分规定了人员触电防护的要求。标准章节的设置分为：触电防护的方法（6.1条-6.4条），对于以上方法的要求（6.5条-6.10条），对于以上要求的试验验证（第7章）。其中触电防护的方法分为基本防护和单点失效情况下的防护，基本防护包括基本绝缘、遮挡或外壳，单点失效情况下的防护包括绝缘电阻、电位均衡、电容耦合、断电以及其他电机防护方法。其逻辑见图6所示。

电位均衡的目的是当基本防护方法失效的情况下，保证电流流过电位均衡通路，而不流过人体。电位均衡的通路可通过焊接或金属紧固件等方式实现。

对于绝缘电阻的要求，标准将电路分为“非传导连接到电网的B级电压电路”和“传导连接到电网的B级电压电路”，因为二者可能有不同的工作电压和工作环境，因此绝缘电阻的要求亦不同。举例来说如何区分两种电路。交流充电采用隔离式车载充电机的情况，车载充电机隔离线圈后部的整个电路（图中红色部分）均是非传导连接到电网的B级电压电路，车载充电机隔离线圈前部到接口的电路是传导连接到电网的B级电压电路（图中蓝色部分）。如图7所示。

交流充电采用非隔离式车载充电机的情况，整个车载高压系统均是传导连接到电网的B级电压电路。如图8所示。

直流充电的情况，由于采用的是非车载充电机，因此整个车载高压系统均是非传导连接到电网的B级电压电路。如图9所示。

此外，感应充电自然也是整个车载高压系统均为非传导连接到电网的B级电压电路。

标准中还提出了对电容耦合的要求。绝缘电阻可以限制从电池流过人体的电流，但无法限制从Y电容流过人体的电流，详见图10。电容耦合保证了从Y电容流过人体的电流在安全电流的范围内。

除了以上触电防护方法，如果车辆B级电压电路出现问题，车辆还可以采用自动断电的方式对人员触电进行防护。但考虑到车辆复杂的运行情况，自动断电的方法并不推荐。例如车辆在高速行驶，如果在驾驶员毫无防备的情况下车辆突然断电，很可能酿成较严重的交通事故。因此，自动断电的方案是由厂家根据自身的控制策略选择性的提供。

《电动汽车 安全要求》系列标准的修订对于提高我国电动汽车产品质量，改善试验能力和试验水平，促进电动汽车技术进步具有十分积极的作用。相信在国家进一步推动电动汽车产业化，扩大市场化规模，以及在保证人民和财产安全方面均会发挥重要的作用。■

图7 交流充电采用隔离充电机

图8 交流充电采用非隔离充电机

图9 直流充电

图10 电容耦合的目的