模塊三新能源汽車的安全性1學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解動(dòng)力蓄電池的分類。2.掌握各類動(dòng)力蓄電池的結(jié)構(gòu)及安全防護(hù)。3.掌握動(dòng)力蓄電池的安全使用方法。4.能正確識(shí)別新能源汽車高壓部件。2新能源汽車存在高電壓，如果操作不當(dāng)，將對(duì)人體會(huì)產(chǎn)生傷害，無論是研發(fā)、生產(chǎn)，還是售后技術(shù)人員，如果沒有正確認(rèn)識(shí)新能源汽車相關(guān)高壓部件及掌握安全防護(hù)措施，就有可能導(dǎo)致嚴(yán)重的高壓傷害。在新能源汽車中，動(dòng)力蓄電池是整車最主要的動(dòng)力來源，其常見種類主要有鋰電池、鎳氫電池、燃料電池等。3一、鋰電池的安全性二、鎳氫電池的安全性三、燃料電池的安全性四、動(dòng)力蓄電池的安全性五、新能源汽車的高壓防護(hù)技能實(shí)訓(xùn)3

新能源汽車高壓區(qū)域識(shí)別41.鋰電池的安全特性2.鋰電池的化學(xué)傷害3.鋰電池火災(zāi)及防護(hù)一、鋰電池的安全性4.鋰電池對(duì)環(huán)境的危害51.鋰電池的安全特性（1）安全性問題的層次鋰電池系統(tǒng)安全性問題表現(xiàn)為3個(gè)層次，如圖所示。（2）安全性能應(yīng)滿足的條件一、基本絕緣安全用具鋰電池系統(tǒng)安全性問題的層次62.鋰電池的化學(xué)傷害鋰電池的外殼多為鋼或含鎳不銹鋼制成，分為圓柱形和方形兩種。電池內(nèi)部為卷式結(jié)構(gòu)，由正極、負(fù)極和含鋰鹽（LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO3等鋰鹽）的有機(jī)溶液組成。一、基本絕緣安全用具73.鋰電池火災(zāi)及防護(hù)新能源汽車起火常常是由鋰電池引起的，而動(dòng)力蓄電池起火一般是由于電池內(nèi)部高溫積聚，導(dǎo)致電解液分解產(chǎn)生大量有毒氣體，使電池膨脹破裂，含鋰元素的物質(zhì)接觸到空氣后會(huì)發(fā)生燃燒。一、基本絕緣安全用具83.鋰電池火災(zāi)及防護(hù)（1）鋰電池火災(zāi)的主要原因1）異物穿刺（見圖）一、基本絕緣安全用具鋰電池系統(tǒng)安全性問題的層次93.鋰電池火災(zāi)及防護(hù)2）外力撞擊圖3所示為一輛特斯拉電動(dòng)汽車撞上高速公路護(hù)欄引起電池自燃的事例。一、基本絕緣安全用具特斯拉電動(dòng)汽車撞上高速公路護(hù)欄引起電池自燃103.鋰電池火災(zāi)及防護(hù)4）過充過放鋰電池過度充電會(huì)導(dǎo)致電解液發(fā)熱分解產(chǎn)生氣體，氣體在密封的電池內(nèi)部形成壓力，導(dǎo)致鋰電池膨脹。圖所示為深圳五洲龍純電動(dòng)大巴充電時(shí)起火的事例。一、基本絕緣安全用具深圳五洲龍純電動(dòng)大巴充電時(shí)起火113.鋰電池火災(zāi)及防護(hù)5）內(nèi)部進(jìn)水圖所示為大巴涉水行駛使鋰電池內(nèi)部進(jìn)水造成車輛自燃的事例。一、基本絕緣安全用具大巴涉水行駛使鋰電池內(nèi)部進(jìn)水造成車輛自燃123.鋰電池火災(zāi)及防護(hù)（2）鋰電池火災(zāi)的防護(hù)動(dòng)力蓄電池生產(chǎn)過程中，IEC（國際電工委員會(huì)）用指標(biāo)IngressProtection（侵入保護(hù)）來衡量電池防塵防水性能，標(biāo)記為IP××，其中第一個(gè)×代表防塵（固態(tài)）等級(jí)，第二個(gè)×代表防水（液態(tài)）等級(jí)。目前使用鋰電池的新能源汽車防護(hù)級(jí)別達(dá)到了IP67級(jí)及以上，短時(shí)間涉水行駛不會(huì)引發(fā)電池內(nèi)部進(jìn)水甚至起火。一、基本絕緣安全用具133.鋰電池火災(zāi)及防護(hù)（3）鋰電池火災(zāi)的處理裝有鋰電池的新能源汽車起火后，消防部門一般的處理規(guī)程如下，作為維修人員也應(yīng)有所了解。1）了解和詢問2）防電措施3）高溫及毒氣防護(hù)

4）滅火方法5）冒煙監(jiān)控一、基本絕緣安全用具144.鋰電池對(duì)環(huán)境的危害鋰電池中不含汞、鎘、鉛等毒害大的重金屬元素，因此，常被認(rèn)為是綠色電池，對(duì)環(huán)境的污染程度相對(duì)較小，但實(shí)際上鋰電池的正負(fù)極材料、電解液等對(duì)環(huán)境和人體健康還是有很大影響的。美國交通部已將鋰電池歸類為一種具有包括易燃性、浸出毒性、腐蝕性等有毒有害性的電池，是各類電池中包含有毒有害性物質(zhì)最多的電池。一、基本絕緣安全用具154.鋰電池對(duì)環(huán)境的危害廢舊鋰電池中常用組成材料的潛在污染性見表1、表2和表3。一、基本絕緣安全用具1-鋰電池電極材料的化學(xué)特性與潛在污染性164.鋰電池對(duì)環(huán)境的危害一、基本絕緣安全用具3-鋰電池溶劑的化學(xué)特性與潛在污染性2-鋰電池電解質(zhì)的化學(xué)特性與潛在污染性171.鎳氫電池的安全特性2.鎳氫電池的化學(xué)傷害3.鎳氫電池火災(zāi)及防護(hù)二、鎳氫電池的安全性4.鎳氫電池對(duì)環(huán)境的危害181.鎳氫電池的安全特性鎳氫電池有六個(gè)主要特性：表征工作特性的充電特性與放電特性、表征儲(chǔ)存特性的自放電特性與長期存放特性、表征綜合特性的循環(huán)壽命特性與安全特性。它們都決定于電池結(jié)構(gòu)。二、鎳氫電池的安全性191.鎳氫電池的安全特性（1）充電特性當(dāng)鎳氫電池充電電流增大和（或）充電溫度降低時(shí)會(huì)導(dǎo)致電池充電電壓上升。（2）放電特性鎳氫電池的放電平臺(tái)是1.2V，電流增大，溫度降低，電池放電電壓和放電效率都會(huì)降低，電池的最大連續(xù)放電電流為3C。二、鎳氫電池的安全性201.鎳氫電池的安全特性（3）自放電特性自放電是指電池充滿電開路存放時(shí)容量損失的現(xiàn)象，自放電特性主要受環(huán)境溫度的影響，溫度越高，電池存放后容量損失越大。（4）長期存放特性長期存放特性主要是反映鎳氫電池的電量恢復(fù)能力。二、鎳氫電池的安全性211.鎳氫電池的安全特性（5）循環(huán)壽命特性鎳氫電池的循環(huán)壽命受充放電制度、溫度和使用方法的影響。（6）安全特性鎳氫電池的安全特性是各類電池中較好的。二、鎳氫電池的安全性222.鎳氫電池的化學(xué)傷害鎳氫電池由氫氧化鎳正極、儲(chǔ)氫合金負(fù)極、隔膜紙、電解液、鋼殼、頂蓋、密封圈等組成。在圓柱形電池中，正負(fù)極用隔膜紙分開卷繞在一起，然后密封在鋼殼中，如圖所示。二、鎳氫電池的安全性圓柱形鎳氫電池233.鎳氫電池火災(zāi)及防護(hù)鎳氫電池與鋰電池有一定區(qū)別，鎳氫電池存在爆炸風(fēng)險(xiǎn)，若無專業(yè)消防安全知識(shí)不建議盲目進(jìn)行滅火。鎳氫電池起火后，處理方法如下：（1）關(guān)閉車輛電源開關(guān)，觀察起火點(diǎn)判斷火勢(shì)情況。（2）必須做好個(gè)人安全防護(hù)。二、鎳氫電池的安全性243.鎳氫電池火災(zāi)及防護(hù)（3）按照B類火災(zāi)（即液體或可熔化的固體物質(zhì)火災(zāi)）撲救方法，使用干粉、二氧化碳、泡沫等滅火劑滅火。（4）待明火熄滅后，繼續(xù)利用水槍對(duì)火場進(jìn)行1h以上持續(xù)冷卻，并使用測溫儀進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。二、鎳氫電池的安全性254.鎳氫電池對(duì)環(huán)境的危害鎳氫電池如處理不當(dāng)將導(dǎo)致重金屬鎳、鈷等元素污染大氣與土壤，進(jìn)而影響農(nóng)作物生長，危害整個(gè)食物鏈體系?！豆I(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GBZ1—2010）規(guī)定車間空氣中羰基鎳的最高容許濃度為0.001mg/m3，地面水中鎳的最高容許濃度為0.5mg/L。美國規(guī)定農(nóng)業(yè)灌溉用水的鎳含量標(biāo)準(zhǔn)是：連續(xù)灌溉為0.05mg/L，短期灌溉為2mg/L。二、鎳氫電池的安全性26氫燃料電池汽車的核心組成部分為動(dòng)力系統(tǒng)，采用“燃料電池+電動(dòng)機(jī)”代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃油汽車“發(fā)動(dòng)機(jī)和燃油系統(tǒng)”。燃料電池系統(tǒng)、儲(chǔ)氫罐、電動(dòng)機(jī)、升壓轉(zhuǎn)換器、峰值電源（蓄電池、超級(jí)電容）、各動(dòng)力控制單元組成了氫燃料電池汽車的動(dòng)力系統(tǒng)，如圖所示。三、燃料電池的安全性氫燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)271.燃料電池的安全特性2.燃料電池火災(zāi)及防護(hù)3.燃料電池對(duì)環(huán)境的影響三、燃料電池的安全性281.燃料電池的安全特性相對(duì)于鋰電池，燃料電池系統(tǒng)的安全性評(píng)價(jià)因素有很大不同，主要是針對(duì)燃料電池電堆和儲(chǔ)氫系統(tǒng)兩個(gè)部分，而且都與氫氣直接相關(guān)。（1）燃料電池電堆的安全性（2）儲(chǔ)氫系統(tǒng)的安全性三、燃料電池的安全性292.燃料電池火災(zāi)及防護(hù)燃料電池汽車發(fā)生火災(zāi)時(shí)，駕駛員應(yīng)根據(jù)聞到異味、車輛冒出煙霧、車輛已經(jīng)起火三種不同情況，對(duì)車輛做出不同的防護(hù)措施。（1）聞到異味（2）車輛冒出煙霧（3）車輛已經(jīng)起火三、燃料電池的安全性303.燃料電池對(duì)環(huán)境的影響氫燃料電池反應(yīng)的產(chǎn)物為水，對(duì)環(huán)境是無污染的。但在制備燃料電池使用的氫時(shí)，仍然需要利用一次能源，如石油、天然氣、煤等。通常將它們化合、分解而產(chǎn)生氫，在這一過程中，仍存在產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì)，如重金屬、CO2、SO2、NO等。三、燃料電池的安全性311.動(dòng)力蓄電池的儲(chǔ)存條件2.動(dòng)力蓄電池的使用安全四、動(dòng)力蓄電池的安全性321.動(dòng)力蓄電池的儲(chǔ)存條件（1）動(dòng)力蓄電池長時(shí)間存放不用，應(yīng)保持50%至60%荷電狀態(tài)，每3個(gè)月應(yīng)進(jìn)行一次補(bǔ)充電，每半年應(yīng)進(jìn)行一次充放電。（2）在運(yùn)輸過程中，應(yīng)注意防潮、防濕，避免擠壓、碰撞等，以免動(dòng)力蓄電池?fù)p壞。（3）禁止在高溫下（炙熱的陽光下或很熱的汽車中）使用或放置動(dòng)力蓄電池，否則可能會(huì)引起動(dòng)力蓄電池過熱、起火或功能失效、使用壽命縮短。四、動(dòng)力蓄電池的安全性331.動(dòng)力蓄電池的儲(chǔ)存條件（4）禁止將動(dòng)力蓄電池存放在有強(qiáng)靜電和強(qiáng)磁場的地方，否則易破壞動(dòng)力蓄電池安全保護(hù)裝置，帶來安全隱患。（5）如果動(dòng)力蓄電池出現(xiàn)發(fā)出異味、發(fā)熱、變色、變形等情況，或在使用、儲(chǔ)存、充電過程中出現(xiàn)任何異常，應(yīng)立即將充電槍從車上拔下并停用。（6）廢棄的動(dòng)力蓄電池應(yīng)用絕緣紙包住電極，以防起火和爆炸。四、動(dòng)力蓄電池的安全性342.動(dòng)力蓄電池的使用安全（1）一般鋰電池包出廠前，廠家會(huì)進(jìn)行激活處理，并進(jìn)行預(yù)充電，因此電池均有余電。鋰電池包沒有記憶效應(yīng)，卻有很強(qiáng)的惰性，被充分激活后，才能保證以后的使用性能達(dá)到最佳。如果新買的新能源汽車安裝的是鋰電池，那么前3～5次充電稱為調(diào)整期，應(yīng)充14h以上，保證充分激活鋰離子的活性。四、動(dòng)力蓄電池的安全性352.動(dòng)力蓄電池的使用安全（2）當(dāng)充電器上的指示燈轉(zhuǎn)變時(shí)，實(shí)際上只充滿了90%電量。充電器會(huì)自動(dòng)改用慢速充電將電池充滿，此時(shí)不要切斷充電器的電源，給電池一段補(bǔ)電的時(shí)間，將電池充滿后再使用，否則會(huì)縮短電池使用時(shí)間。（3）充電時(shí)盡量以慢充方式充電，減少快充方式的使用。無論慢充還是快充，時(shí)間都不要超過24h，否則電池很可能會(huì)因?yàn)殚L時(shí)間供電產(chǎn)生巨大的電子流而燒壞電芯。（4）采用鋰電池的新能源汽車應(yīng)盡量避免在低溫或高溫下長時(shí)間停放。四、動(dòng)力蓄電池的安全性361.新能源汽車高壓區(qū)域的識(shí)別2.高壓絕緣的檢測五、新能源汽車的高壓防護(hù)3.高壓防護(hù)措施371.新能源汽車高壓區(qū)域的識(shí)別新能源汽車帶有高壓電的零部件主要有動(dòng)力蓄電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、高壓控制盒（PDU）、空調(diào)壓縮機(jī)、DC/DC變換器、車載充電機(jī)、PTC加熱器、高壓電纜、充電口等，其中動(dòng)力蓄電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、高壓控制系統(tǒng)為純電動(dòng)汽車上的三大核心部件。新能源汽車高壓系統(tǒng)如圖所示。五、新能源汽車的高壓防護(hù)新能源汽車高壓系統(tǒng)381.新能源汽車高壓區(qū)域的識(shí)別（1）分體式分體式指新能源汽車高壓系統(tǒng)主要部件DC/DC變換器、高壓控制盒、車載充電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器等在前機(jī)艙內(nèi)單獨(dú)布置。圖所示為典型新能源汽車分體式高壓系統(tǒng)分布圖。五、新能源汽車的高壓防護(hù)典型新能源汽車分體式高壓系統(tǒng)分布圖391.新能源汽車高壓區(qū)域的識(shí)別1）高壓電纜高壓電纜將新能源汽車高壓系統(tǒng)上各高壓零部件相連，作為高壓電源傳輸?shù)拿浇椤Ｈ鐖D所示。五、新能源汽車的高壓防護(hù)高壓電纜401.新能源汽車高壓區(qū)域的識(shí)別3）高壓控制盒盒蓋上安裝有高壓互鎖機(jī)構(gòu)，在打開高壓控制盒蓋后切斷高壓電路，防止觸電意外發(fā)生。高壓控制盒內(nèi)部有CAN線與其他部件通信。高壓控制盒外形如圖

所示。五、新能源汽車的高壓防護(hù)高壓控制盒外形411.新能源汽車高壓區(qū)域的識(shí)別4）DC/DC變換器DC/DC變換器的功能是將動(dòng)力蓄電池的高壓直流電轉(zhuǎn)換為整車低壓14V直流電，給整車低壓用電系統(tǒng)供電并為低壓蓄電池充電。DC/DC變換器外形及端口如圖所示。五、新能源汽車的高壓防護(hù)DC/DC變換器外形及端口421.新能源汽車高壓區(qū)域的識(shí)別5）車載充電機(jī)車載充電機(jī)一般安裝在車輛的前機(jī)艙內(nèi)，帶有散熱片和散熱風(fēng)扇，有三個(gè)接口，即交流輸入端、直流輸出端和低壓通信控制端。車載充電機(jī)外形及端口如圖所示。五、新能源汽車的高壓防護(hù)車載充電機(jī)外形及端口431.新能源汽車高壓區(qū)域的識(shí)別6）動(dòng)力蓄電池動(dòng)力蓄電池由電池箱體、電池模組、電池管理系統(tǒng)、電池控制器以及其他輔助元器件等組成，如圖所示。五、新能源汽車的高壓防護(hù)動(dòng)力蓄電池的組成441.新能源汽車高壓區(qū)域的識(shí)別7）電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)外形如圖所示。五、新能源汽車的高壓防護(hù)電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)外形451.新能源汽車高壓區(qū)域的識(shí)別8）PTC加熱器傳統(tǒng)燃油汽車上空調(diào)暖風(fēng)系統(tǒng)利用的是發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系中冷卻液的熱量，而新能源汽車暖風(fēng)系統(tǒng)則采用專門的制熱裝置，即PTC加熱器進(jìn)行加熱。PTC加熱器外形如圖所示。五、新能源汽車的高壓防護(hù)PTC加熱器外形461.新能源汽車高壓區(qū)域的識(shí)別（2）整體式三合一高壓電控總成（見圖1）或四合一高壓電控總成（見圖2）。五、新能源汽車的高壓防護(hù)2-四合一高壓電控總成（比亞迪e5）1-三合一高壓電控總成（北汽EV160）472.高壓絕緣的檢測電氣絕緣是新能源汽車高壓安全的重要檢測項(xiàng)目。新能源汽車與傳統(tǒng)燃油汽車相比，電子電氣系統(tǒng)的比例大大增加，并且其動(dòng)力系統(tǒng)是以往不曾在汽車上使用過的高壓系統(tǒng)。《電動(dòng)汽車安全要求》（GB/T18384—2015）中規(guī)定，絕緣電阻的最低要求為直流100Ω/V、交流500Ω/V。電氣系統(tǒng)如果出現(xiàn)絕緣失效，視程度不同，會(huì)造成不同的累積后果。五、新能源汽車的高壓防護(hù)482.高壓絕緣的檢測在絕緣監(jiān)測系統(tǒng)中，電動(dòng)汽車上的電氣系統(tǒng)按照電源和負(fù)載劃分為兩部分，絕緣電阻分別測量計(jì)算。新能源汽車高壓絕緣監(jiān)測原理如圖所示。五、新能源汽車的高壓防護(hù)新能源汽車高壓絕緣監(jiān)測原理圖492.高壓絕緣的檢測為了避免不相干因素的影響，測量時(shí)需要遵守以下原則：（1）確保與動(dòng)力蓄電池電源處于斷開狀態(tài)。（2）斷開電路中所有電源、輔助電源。（3）測量點(diǎn)應(yīng)全面覆蓋所有外殼、框架。（4）確保全部待測高壓負(fù)載導(dǎo)電件完整連接。五、新能源汽車的高壓防護(hù)503.高壓防護(hù)措施在新能源汽車使用或維修中為了防止高壓觸電事故的發(fā)生，整車均設(shè)計(jì)了高壓電氣系統(tǒng)防護(hù)措施。其主要措施分為基本保護(hù)措施和預(yù)防式保護(hù)措施兩大類。這兩種獨(dú)立的保護(hù)措施以適當(dāng)?shù)慕M合形式存在，起到觸電保護(hù)效果。（1）基本保護(hù)措施五、新能源汽車的高壓防護(hù)513.高壓防護(hù)措施1）絕緣保護(hù)新能源汽車高壓線束的絕緣保護(hù)如圖所示。五、新能源汽車的高壓防護(hù)高壓線束的絕緣保護(hù)523.高壓防護(hù)措施2）接觸保護(hù)接觸保護(hù)主要是指高壓插頭的接觸保護(hù)，用于防止導(dǎo)體與屏蔽層直接接觸，避免高壓電路發(fā)生絕緣、短路、漏電等情況危及駕乘人員的生命安全。高壓插頭的接觸保護(hù)如圖所示。五、新能源汽車的高壓防護(hù)高壓插頭的接觸保護(hù)533.高壓防護(hù)措施3）高壓標(biāo)識(shí)新能源汽車對(duì)高壓電纜的防護(hù)及高壓器件的標(biāo)識(shí)應(yīng)滿足以下要求：①高壓器件外部的高壓電纜必須含有屏蔽層或外部罩有屏蔽罩等，以屏蔽電磁輻射。五、新能源汽車的高壓防護(hù)543.高壓防護(hù)措施②高壓器件外部的高壓電纜結(jié)構(gòu)如圖所示。③高壓零部件外面的高壓電纜應(yīng)以橙色作為標(biāo)識(shí)，如圖所示。五、新能源汽車的高壓防護(hù)1-高壓電纜的結(jié)構(gòu)2-高壓電纜以橙色作為標(biāo)識(shí)553.高壓防護(hù)措施④高壓器件均貼有安全標(biāo)識(shí)，以便告知車主或維修人員此處有高壓電，注意高壓安全防護(hù)，如圖所示。五、新能源汽車的高壓防護(hù)高壓器件上的安全標(biāo)識(shí)563.高壓防護(hù)措施4）防護(hù)等級(jí)為防止新能源汽車的動(dòng)力蓄電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等高電壓工作部分遭遇水淹時(shí)發(fā)生漏電短路，目前新能源汽車主要部件及接插件的防護(hù)級(jí)別基本達(dá)到IP67級(jí)及以上，這個(gè)級(jí)別的防護(hù)能做到完全防止外物及灰塵侵入，且在深達(dá)1m的水中浸泡30min不出問題。五、新能源汽車的高壓防護(hù)573.高壓防護(hù)措施（2）預(yù)防式保護(hù)措施新能源汽車上針對(duì)功能失效、高壓安全等方面所做的預(yù)防式保護(hù)措施主要有高壓互鎖、開蓋檢測、主動(dòng)泄放、被動(dòng)泄放、碰撞保護(hù)、功能互鎖、使用漏電傳感器、設(shè)置維修開關(guān)等。五、新能源汽車的高壓防護(hù)583.高壓防護(hù)措施1）高壓互鎖原理如圖所示五、新能源汽車的高壓防護(hù)新能源汽車高壓互鎖回路原理圖593.高壓防護(hù)措施2）開蓋檢測開蓋檢測（見圖）五、新能源