隨著汽車產(chǎn)業(yè)不斷的發(fā)展,單純搭載內(nèi)燃機(jī)引擎 (Internal Combustion Engine) 的「傳統(tǒng)」車輛,雖然目前仍屬全球車輛比例中的絕對多數(shù),但不可否認(rèn)的,油電混合 (Hybrid) 動力車款,甚至是電動車輛 (Electric Vehicle) ,其占比正在迅速竄升,屬于不可忽視的車壇「新秀」。
一般民眾對于電動車輛的印象,除了「省油」、「零污染」之外,更多的是對于它安全性上的疑慮,例如電動車輛是否安全無虞?下雨時(shí)會被電到嗎?電池會容易過熱起火、甚至爆炸嗎?
為徹底解開民眾的疑惑,位于臺灣的檢測機(jī)構(gòu)ARTC (Automotive Research & Testing Center,車輛研究測試中心),特別針對「電動車安全議題」舉辦媒體研討會,盼能以其站在檢測第一線的角度,一掃大眾對于電動車的迷思。
其實(shí)若要細(xì)細(xì)探究電動車輛的各個(gè)環(huán)節(jié),僅進(jìn)行一個(gè)下午的研討會,在時(shí)間上是絕對不夠用的,因?yàn)榇致詠碚f,電動車就可以分成性能、動力電池組、動力系統(tǒng)、充電設(shè)施、電磁干擾等好幾大類,所以本次研討會的重點(diǎn),就著眼在電動車輛的「安全」部分,且可細(xì)分為:電氣安全和碰撞安全;而需先說明的是,本篇文章并非要針對理論性的部分探討,而是以輕松的方式,帶給大家相關(guān)的正確資訊。
電池組?Battery Pack?其實(shí)都是指REESS
實(shí)際進(jìn)入兩項(xiàng)主題之前,讓我們首先具備一些有關(guān)電動車輛的基本知識,因?yàn)殡妱榆囕v和一般車輛最主要的區(qū)別,即在于其是完全使用電池組當(dāng)作車輛的動力來源,而并非以內(nèi)燃機(jī)引擎當(dāng)作驅(qū)動核心。而電動車輛里一般所謂的電池組,其國際標(biāo)準(zhǔn)用語為:REchargeable Energy Storage System (REESS),可譯為「可充電能量儲存系統(tǒng)」,車廠則俗稱為Battery Pack、ESS。將車輛電動化,是有效達(dá)成降低油耗、減少二氧化碳排放的手段之一,而REESS則是車輛電動化的過程當(dāng)中,至關(guān)重要的元素。
(圖片來源:臺灣ARTC提供)
REESS是一個(gè)整合、系統(tǒng)性的統(tǒng)稱,其由一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的外殼構(gòu)成,里面則有許多控制元件,包括電池管理系統(tǒng)、溫度管理與冷卻系統(tǒng)、高壓斷路器、鋰電池單元等等;而其中的鋰電池單元,精確的來說,就是由一顆顆和家用3號電池差不多大小、18650圓柱鋰電池芯組成。
鋰電池擁有高能量密度、高功率、壽命長等優(yōu)點(diǎn),但由于材質(zhì)本身不耐高溫的特性,容易因?yàn)檫^熱、短路而導(dǎo)致車輛燃燒,所以REESS里的其他元件就顯得格外重要。舉例來說,為了避免因?yàn)槁访嬲駝?、車輛遇到坑洞,而造成擠壓、外部短路等情形,外殼和電池管理、高壓斷路器就需要謹(jǐn)慎配置;而若為了讓REESS能適應(yīng)環(huán)境溫度驟變 (極端的高、低溫),溫度管理與冷卻系統(tǒng)也是必不可少的裝置。
為了使車輛在實(shí)際上路后、電池組能夠安全無虞的運(yùn)作,一般來說,出廠后的電動車都會經(jīng)過一連串REESS的測試,包括了機(jī)械類、氣候類以及電氣類三大測試項(xiàng)目。機(jī)械類測試,主要透過振動與機(jī)械沖擊,考驗(yàn)REESS的抗震、耐沖擊以及高壓斷路器的斷開能力;氣候類測試,主要考驗(yàn)REESS在環(huán)境溫度驟變、操作溫度連續(xù)上升時(shí)的處理機(jī)制;最后,電氣類測試則是檢視REESS在電池單元發(fā)生過度充放時(shí),所會采取的應(yīng)變措施等等。
為了讓車輛在實(shí)際上路后、電池組能夠安全無虞的運(yùn)作,一般來說,出廠后的電動車都會經(jīng)過一連串REESS的測試,包括了機(jī)械類、氣候類以及電氣類三大測試項(xiàng)目。圖中這輛雪佛蘭chevy,就正在執(zhí)行振動試驗(yàn)。 (圖片來源:ARTC提供)
了解電動車的「REESS」是要經(jīng)過如此縝密的檢測程序后,相信我們一定知道,REESS本身并不會造成電動車的安全風(fēng)險(xiǎn)升高,最危險(xiǎn)的事情,莫過于廠商「不成熟」的設(shè)計(jì)布局,而這才是電動車會發(fā)生意外安全事件的主因。
臺灣法規(guī)并無針對電動「車」的「電池模組本身」之檢測做出強(qiáng)制規(guī)定,電動車上路前,僅需較一般車輛多完成「電氣安全」的檢測項(xiàng)目;至于電動「摩托車」的電池模組,目前則需要經(jīng)過檢測單位受測。ARTC表示,自2017年開始,電動車也必須檢測電池模組的個(gè)別安全檢測。 (圖為現(xiàn)行電動車在受測前應(yīng)檢附之文件)
凹凸不平的路面,電池組會震壞?小朋友的手伸到車內(nèi)細(xì)縫會觸電?
第一站,我們首先來到電池組 (REESS) 環(huán)境測試實(shí)驗(yàn)室的機(jī)械沖擊區(qū);在這個(gè)階段,機(jī)器會在6ms的極短時(shí)間內(nèi),對電池組造成50G左右的沖擊,相當(dāng)于車輛在路上遭遇小坑洞時(shí)的沖擊,用以檢驗(yàn)電池組的設(shè)計(jì),是否可以承受一般行路狀況。
機(jī)器會在6ms的極短時(shí)間內(nèi),對電池組造成50G左右的沖擊,相當(dāng)于車輛在路上遭遇小坑洞時(shí)的沖擊,用以檢驗(yàn)電池組的設(shè)計(jì),是否可以承受一般行路狀況。
第二站,則是參訪檢測電動車「電氣安全」的實(shí)驗(yàn)室。簡單來說,電氣安全主要是測試電動車輛會不會「漏電」,而這也是一般民眾對于電動車最感疑惑的部份。試驗(yàn)包含幾個(gè)部分,包含車輛處于靜止?fàn)顟B(tài)和啟動狀態(tài)的觸電檢測,甚至在發(fā)動狀態(tài)時(shí)、還得將引擎蓋 (雖然電動車沒有內(nèi)燃機(jī)引擎,但為講解方便,此處仍以「引擎蓋」表示) 掀開,以清水直接噴灑內(nèi)部元件,確保乘客區(qū)、貨物區(qū)和驅(qū)動機(jī)構(gòu)區(qū)之可打開部件在這樣嚴(yán)苛的檢測條件下,使用電動車輛的任何成員皆無觸電之虞。
之所以要對電氣安全進(jìn)行如此詳細(xì)的檢測,在于一般條件之下,電壓超過60伏特的直流電即會被認(rèn)定是高壓電,而電動車上的REESS,其電壓都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這個(gè)數(shù)值。舉例來說,日產(chǎn)聆風(fēng)配備的REESS,電壓就高達(dá)403伏特;千萬別小看這個(gè)數(shù)值,若此時(shí)身體潮濕且打著赤腳,直接碰觸到403伏特的帶電體時(shí),身上通過的電流將達(dá)到268毫安培 (人體電阻假設(shè)是1,500歐姆),可是會造成呼吸麻痹、肌肉收縮,3秒鐘后心臟甚至?xí)楸?,而有生命上的危險(xiǎn)!由此我們可以知道,為什么電氣安全如此重要了。
電氣安全主要是依照ECE R100標(biāo)準(zhǔn)來檢測,而ARTC用來測試「直接接觸試驗(yàn)」的電氣安全設(shè)備儀器有2種等級,分別是細(xì)長、棒狀的IPXXD等級,以及外表看起來像手指頭的IPXXB等級。IPXXD等級,是用來檢測乘客室或是載貨區(qū)、人體可能直接接觸到的車輛部位,細(xì)長的儀器可以模擬小孩拿發(fā)夾等細(xì)長物亂戳到更小孔內(nèi)、而接觸到帶電體的狀況;至于IPXXB等級,則是以較粗的手指頭造型、檢測乘客室或載貨區(qū)以外的區(qū)域,判斷元件帶電狀況是否符合規(guī)定。
細(xì)長、棒狀的IPXXD等級,是用來檢測乘客室或是載貨區(qū)、人體可能直接接觸到的車輛部位;細(xì)長的儀器可以模擬小孩拿發(fā)夾等細(xì)長物亂戳到更小孔內(nèi)、而接觸到帶電體的狀況。
IPXXB等級,則是以較粗的手指頭造型、檢測乘客室或載貨區(qū)以外的區(qū)域,判斷元件帶電狀況是否符合規(guī)定。
開蓋檢查車輛、突然下雨怎么辦?洗車會不會漏電?
在靜態(tài)的檢測完畢之后,接下來則進(jìn)入更嚴(yán)苛的灑水測試。灑水測試同樣分為兩種。
第一種為暴雨試驗(yàn),此試驗(yàn)旨在模擬「若駕駛?cè)舜蜷_相關(guān)部件、如:乘客區(qū)、貨物區(qū)和驅(qū)動機(jī)構(gòu)區(qū)檢查車輛時(shí),卻突遇下雨的情形」。測試人員會以流量每分鐘10公升的水管,朝著車輛所有打開之部件持續(xù)噴灑5分鐘 (包含引擎室內(nèi)部),同時(shí)盡可能規(guī)律的移動蓮蓬噴頭,將極端情況都列入考慮。
第二種則為清洗試驗(yàn),此試驗(yàn)旨在模擬「駕駛?cè)似綍r(shí)洗車的情形」。試驗(yàn)人員同樣會以水柱進(jìn)行噴灑,只不過清水流量改以每分鐘12.5公升的流速,噴灑部位則是車輛所有接縫處,包含膠條、玻璃封條或是車燈封條等處。
經(jīng)過灑水測試之后,最后一項(xiàng)則為涉水試驗(yàn),不過受限于時(shí)間,當(dāng)日ARTC行程并無安排實(shí)地參訪,僅能使用文字簡單介紹。涉水試驗(yàn)是模擬「電動車輛在潮濕、有水坑路面上行駛的情形」,受測車輛需以時(shí)速20公里的速度、在水深10公分的水坑涉水行駛500公尺以上。
日規(guī)、歐規(guī)、美規(guī),ARTC充電站差異?
由于全球目前的充電界面尚未統(tǒng)一,所以在ARTC所建置的電動車充電站里,我們可以看到各式各樣的國際主流充電界面規(guī)格,粗略來說,充電界面可以分為交流電 (AC) 慢速充電座和直流電 (DC) 快速充電座。
AC慢速充電座方面,包含有臺灣地區(qū)CNS交流2A型式、CNS交流2B型式,以及美國SAE、大陸GB格式;至于DC快速充電座的部份,則是配有日本CHAdeMO規(guī)格充電座。不過除了上述這些規(guī)格之外,SAE所推出的快、慢充整合式充電座 (Combo Connector) 也漸漸成為市場主流,后續(xù)發(fā)展值得觀察。
由于全球目前的充電界面尚未統(tǒng)一,所以在ARTC所建置的電動車充電站里,我們可以看到各式各樣的國際主流充電界面規(guī)格,而粗略來說,充電界面可以分為交流電 (AC) 慢速充電座和直流電 (DC) 快速充電座。左下為日規(guī)CHAdeMO DC快充座,右下則為CNC 15511-2 2B規(guī)格的AC慢速充電座。
從字面上看,慢速和快速充電的主要差別,就在于充電時(shí)間的長短。AC充電座可提供220伏特電壓、32~80安培電流、最大輸出功率7.04~17.6kW的方式充電,將電池充滿的時(shí)間多為8小時(shí)以上;DC充電座則可用最大500伏特電壓、最大125安培電流、最大輸出功率50kW進(jìn)行充電,最快在1小時(shí)內(nèi)、即可將車輛電池組的電力補(bǔ)充完畢。以本次ARTC示范充電的聆風(fēng)為例,原廠在左邊為其配置了CHAdeMO DC快充座、右邊則是SAE AC慢充座,而若用左側(cè)的DC快充座充電的話,從螢?zāi)簧系娘@示可看到,車輛將在50分鐘后充電完畢。
以本次ARTC示范充電的聆風(fēng)為例,原廠在左邊為其配置了CHAdeMO DC快充座、右邊則是SAE AC慢充座;而若用左側(cè)的DC快充座充電的話,從螢?zāi)簧系娘@示可看到,車輛將在50分鐘后充電完畢。
ARTC的充電站除了可提供充電的基本功能外,也具備了后臺監(jiān)控系統(tǒng),充電設(shè)備則采用RFID感應(yīng)并記錄;RFID卡片可記載充電車輛與操作人員的資料,使用者透過網(wǎng)路系統(tǒng)登入主機(jī)后,即可隨時(shí)隨地輕松掌握車輛充電狀況。而ARTC也補(bǔ)充,在電動車輛與充電設(shè)備連接之后,其會透過充電口的訊號線彼此溝通,若有過熱、充電槍未鎖定完全、漏電等異常狀況,充電座會自動切斷電源供應(yīng),使用者在安全方面毋須顧慮。另外ARTC充電站內(nèi)額外設(shè)置溫度感測裝置,也可提供未量產(chǎn)車試作階段車輛之溫度監(jiān)控,加強(qiáng)充電安全。
使用者透過網(wǎng)路系統(tǒng)登入主機(jī)后,即可隨時(shí)隨地輕松掌握車輛充電狀況。而ARTC也補(bǔ)充,在電動車輛與充電設(shè)備連接之后,其會透過充電口的訊號線彼此溝通,若有過熱、充電槍未鎖定完全、漏電等異常狀況,充電座會自動切斷電源供應(yīng),使用者在安全方面毋須顧慮。
最后,則來到今天行程的最后一個(gè)研討項(xiàng)目,同時(shí)也是筆者認(rèn)為最重要的部份:碰撞后的處置方法。
碰撞后怎么辦?切記橘色電線不要碰,并確實(shí)將車輛斷電
開車上路難免碰上意外,若不幸發(fā)生顧路、甚至是碰撞的狀況時(shí),除了和一般車款相同、需要實(shí)行一些基本的救護(hù)行為外,電動車輛最需要注意的,就在于「電池組與電路系統(tǒng)」之問題。而電動車在碰撞之后,救護(hù)人員需先執(zhí)行4大步驟:1.現(xiàn)場評估。2.車輛識別。3.固定車輛。4.切斷電源,之后才可將車體零件切除、移出受傷之乘員;而需先執(zhí)行這些步驟原因,就在于避免現(xiàn)場發(fā)生二次傷害,同時(shí)也為施救者與待救者的安全提供更進(jìn)一步之保障。
第一步:現(xiàn)場評估。首先判斷現(xiàn)場有無任何危險(xiǎn)物品,例如裸露的電線、不明的外泄液體、懸崖等等,防止車輛移動后、造成更進(jìn)一步的風(fēng)險(xiǎn);而此階段的處理方式和傳統(tǒng)引擎車款大致上相同,在此就不在贅述。
第二步:車輛識別,而這也是4個(gè)步驟中最重要的一步。由于電動車和Hybrid油電車都具有高電壓裝置 (先前已提到,超過60伏特的直流電被認(rèn)為是高電壓),在車輛發(fā)生碰撞之后,許多平時(shí)隱藏的部件將裸露在外,若誤觸則可能發(fā)生危險(xiǎn),所以在進(jìn)行救援之前,需先判斷車輛是否屬于電動車輛。
我們可以從車身外觀的蛛絲馬跡進(jìn)行判斷,例如廠徽、車身銘牌、內(nèi)飾標(biāo)志等等;而引擎室內(nèi)也可供參考,若有以橘色外皮包覆的電線,則代表這是帶有高電壓的電路系統(tǒng) (黃藍(lán)色代表中間電壓),人員不能直接以手觸摸,以免發(fā)生觸電風(fēng)險(xiǎn)。若真的找不到車身任何可以判斷的依據(jù),我們就必須將它預(yù)設(shè)為電動車款處理。
第三步:車輛固定。由于電動車和Hybrid車款不像傳統(tǒng)引擎車型,即便在行進(jìn)之中,也會讓人誤以為車輛是熄火狀態(tài),所以當(dāng)要接近受損車輛時(shí),要確保不是從正前或正后方靠近,而是從車側(cè)部份接近、避免因車輛移動而造成傷害;而最好的作法,就是在輪子前后擺設(shè)輪擋。
第四步:切斷電源。如前所述,電動和Hybrid油電車難以從外觀判定是否熄火,所以一定要再次確認(rèn)已經(jīng)關(guān)掉車輛紅火 (電門、ACC),最好能將鑰匙直接拔出 (若是采用感應(yīng)式鑰匙啟動之車款,則將鑰匙拿的越遠(yuǎn)越好);而若仍無法確定車輛是否熄火,則此時(shí)應(yīng)將車輛的12V電源直接切斷。最后,則是 (通常車內(nèi)會有明顯標(biāo)識) 找出電動車輛的緊急斷電開關(guān),將高電壓驅(qū)動電力輸出完全截?cái)唷?/span>
切斷電源的最后一步,則是找出電動車輛的緊急斷電開關(guān),將高電壓驅(qū)動電力輸出完全截?cái)?。以聆風(fēng)為例,將后座的踏墊掀開、再將蓋子打開,即可發(fā)現(xiàn)緊急斷電開關(guān)。
將四個(gè)步驟確實(shí)執(zhí)行之后,接下來的救援工作則類似于傳統(tǒng)汽油車輛,例如需小心拆解車輛結(jié)構(gòu)、閃避車內(nèi)乘客保護(hù)系統(tǒng) (如SRS安全氣囊,曾發(fā)生救援時(shí)無意間觸發(fā)氣囊作動,造成傷者二度傷害的慘劇) 等等。值得注意的是,救援人員必須要配戴完整的個(gè)人防護(hù)配備 (Personal Protective Equipment),包含高電壓絕緣防護(hù)配備,以避免觸電、高熱或毒氣等風(fēng)險(xiǎn);先前提到橘色外皮包覆的高電壓線路和電池組,也應(yīng)該避免切割破壞,同樣也為防范觸電之風(fēng)險(xiǎn)。
而ARTC也提到,若是電動車輛發(fā)生火災(zāi) (通常是電池組過熱產(chǎn)生高溫,導(dǎo)致周邊部件燃燒而引發(fā)火勢),建議使用大量的水來抑制火勢,雖然電池組因?yàn)楸Wo(hù)裝置的緣故,難以撲滅深處REESS內(nèi)部的火源,但水足以使整體降溫、方便后續(xù)救助工作的進(jìn)行。