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電動車觸電防護
  • 發布年度:2011
  • 主要類別:安全防護
  • 次要類別:電子報
  • 車輛研究測試中心  整車安全部  周世崙


    發展電動車除了性能表現外,如何兼顧使用者的安全為車輛技術發展的重要課題;因電動車之動力系統有別於一般傳統內燃機車輛,因此電動車除一般安全性要求外,對其電氣安全防護另有特別規範,在車輛設計過程必須符合規範要求,硏擬各種電動車安全設計的手法,以避免電動車潛在風險並確保使用之安全性。

    相較於傳統內燃機車輛,電動車安全性的關注焦點也有所不同,首先是電動車的動力來源-高容量及高電壓之電源是否造成人員觸電的風險,以及充放電時電池是否產生高溫或易燃氣體引發爆炸風險,最後則是使用者介面保護,避免錯誤操作造成車輛或人員傷害。前述種種潛在危害,皆與傳統引擎車輛完全不同。

    歐盟法規ECE R100即為針對電動車電氣安全要求所訂定之法規,其內容包含:觸電防護、電池、功能性安全及氫氣排放等。其中觸電防護共有三項措施
    1.直接接觸保護(Protection against electric shock):電動車內電池或高壓導線等帶電元件,皆需具備保護裝置(固體絕緣、屏障及封閉外殼等)避免人員直接觸及,同時這些保護裝置不得在未使用工具之情形下被打開、拆開或移除。而確認是否符合直接接觸防護的做法,是由IPXXB規範之測試關節指(圖1)及IPXXD規範之測試探針(圖2)進行;在乘客室或載物空間以外,IPXXB測試關節指應不可觸及帶電體,而乘客室及載物空間內,則應確定IPXXD測試探針不可觸及帶電體。

    2.間接接觸保護(Protection against indirect contact):電池、高壓電源線之保護外殻,若為金屬或其他可導電材料時,應與車殼(電路系統參考電位)搭接,避免所保護的帶電體漏電時,會與車殻間產生危險之電位差。為確保間接接觸保護性能,所有外露可導電部件與車殻間之電阻值,當電流大於0.2 A時須低於0.1 Ω。

    3.絕緣阻抗(Isolation resistance):電動車內之高壓電系統,由於動量轉換裝置或其他電器裝置的影響,使高壓電路與車殻(電路系統參考電位)間無法完全斷開,為確保其間通過之電流不致於造成人員傷害,需確保高壓電系統及車殻間之絕緣阻抗大於規範值。對於直流電匯流排處於工作電壓時應至少為100 Ω/V,而交流電匯流排處於工作電壓時則至少為500 Ω/V。

    圖1 IPXXB測試關節指

    圖2 IPXXD測試探針

     電池部分則需具備保險絲或斷路器等保護機制,避免發生短路過熱現象,如圖3即典型電動車電路之範例。若電池屬於開放性電池,必須具備通風裝置防止電池排放之氫氣累積,同時充電狀態5小時內氫氣排放不可超過125 g。當電動車處於可行駛狀態時,須有訊號顯示使駕駛人察覺;當車載電池正與外部電源連接時,車輛不可啟動行駛,此為功能性安全之範疇。

    圖 3 電動車電路範例

    另國際標準ISO 6469則分為電池、功能性安全及觸電防護等三個部份建立整車電氣安全的基準,其中電池以絕緣、沿面距離(Creepage distance)及因應氫氣排放之通風等項目敘述;功能性安全之敘述則相當多元及完整,包含啟動程序、低動力/電量警示、放開加速踏板須減速、倒車、停車、主開關及電磁相容性等,並規範功能失效後須有安全設計因應。觸電防護中除要求需要直接接觸保護、間接接觸保護、絕緣阻抗及介電強度等試驗外,另有電動車之防水性規範,包含洗車、暴雨及涉水等三項試驗,其主要是規範沒有搭載監控電阻系統之電動車,避免使用者於操作過程,可能遭遇到絕緣阻抗變化而發生短路情形。相關試驗內容說明如下
    1.洗車試驗:主要使用IPX5的軟管噴嘴(如圖4)來模擬使用者一般清洗電動車輛之情況,但不包括如高壓噴水或清洗車底下方等特殊清洗。試驗之關鍵性區域在於各個接縫 (兩部件之封條,如膠條、玻璃封條、開口部件之外廓、前方護罩之外廓及車燈封條等)。
    2.暴雨試驗:主要使用IPX3的蓮蓬噴頭(如圖5)來模擬使用者將乘客室、行李箱和引擎蓋開啟時,突然下起大暴雨(如雷雨)時的情況。
    3.涉水試驗:此試驗主要是模擬電動車輛在水坑路面上行駛之情形(如圖6)。

    圖 4 洗車試驗用之噴嘴

    圖 5 蓮蓬噴頭
    圖6 電動車涉水測試

    電動車是集合多種技術於一體之產品,牽涉技術層面極廣、發展變化快速,然而,在追求性能與可靠度的發展過程中,更關鍵的是目前還未成為主流的電動車,其安全性能否為社會大眾所採信,因此車輛產業應持續致力提升電動車安全,相關配合之法規標準及硬體設施亦應周延規劃,始能順利推動電動車的普及。
     

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