混合动力及电动汽车维修安全(中)

◆文/河北 马金刚

三、高压安全与健康

1.高压电带来的危险

常规车辆上车载电源的电压一般都是12V或24V，当前电动汽车辆上的电压通常高达300V，而电压超过50V就会对人体造成伤害，被视为危险电压。为此，我们必须高度重视电动汽车上的高压电操作安全，充分认识电动汽车上高压系统可能存在的危险。这些危险包括：电击、电弧或闪络、与高压蓄电池有关的危险、二次事故。

2.电击

有些人可能有过触电的经历，电流在某一时刻流经身体，感到刺痛。如果电压很高或电流很大，遭遇电击往往会导致致命后果。电击对人体伤害的程度受电压、电流、时长以及流经路径等因素的影响。实验表明：30mA的电流就足以造成心室纤维性颤动。

另外，对触电的敏感性也因人而异，有些人对触电的感觉有更高的临界值，因为每个人对流经身体的电流有不同的电阻。在电压相同的情况下，电流与电阻成反比。同一个人，不同部位的电阻值不同。图11为人体电阻模型，该模型给出了普通人的不同部位的电阻值。由于电流流经人体需要一个进入点和一个退出点，且通常会流过至少两个电阻器(执行工作的人员的两只手)，电阻将超过1 000Ω。这个电阻值通常被用来衡量电动汽车安全系统的有效性。当然，也可以采取安全预防措施以增大电阻，如使用绝缘手套；相反，如果皮肤受伤或湿润人体电阻将会减小。

图11 人体电阻模型

人体中有一个以极小的电脉冲运行的复杂神经系统，我们的大脑正是借助这些电脉冲来控制身体的所有机能。实际上，电击对人体伤害的程度主要取决于电流，而不是电压，因此电流是评估潜在风险时的主要考虑因素。另外，电击所导致的后果，还与电流的类型、频率和电流流经人体的路径有关。假设电动汽车输出的电压为280V，电路中的电阻为1 000Ω，则电流是280mV，足以让人致命。不同大小的直流(DC)或交流(AC)电流对人体的影响如图12所示。

图12 电流对人体的影响

3.电流类型对人体的影响

电流类型包括直流(DC)与交流(AC)。

直流(DC)电压从身体的某点导入或导出很可能引发热损伤，不仅会烧坏表面，而且有可能烧坏皮肤正下方的组织或内脏器官。显然，电流越大，或接触时间越长，导致的损伤就越大。触电对用于身体控制的电脉冲有冻结作用，导致异常的肌肉收缩，这就是有些人触电后无法“松手”的原因。如果电流从两手之间流过，则电流将会流过胸部，从而将心脏和呼吸系统置于僵直风险之下，这可能会导致器官停止活动并造成心搏停止。移除电流后，在恢复受影响部位的全部功能之前，人体将会花费一小段时间重新调整其电脉冲。

交流(AC) 电压进入人体后会产生与直流(DC) 电压相似的结果，不过更大的风险在于施加的电流的频率。例如，低频电击将会对受影响部位的肌肉产生“僵直”效应。尽管直流(DC) 或交流(AC) 电压造成的电击都可能是有害甚至致命的，但是皮肤对于前者的抵抗力更强，电流较小的交流(AC) 电压对人体造成的伤害可能超过相同电流的直流(DC) 电压造成的伤害。

无论在任情况下，当人体遭受电击，应都尽快就医，因为电击的症状可能在24h内突然出现。

4.电弧

电弧是一种气体放电现象，电流通过某些绝缘介质(例如空气)所产生的瞬间火花。电弧能够产生高达20 000℃的高温。导致电弧产生的因素有：连接不良或连接松脱、绝缘故障、湿度、异物与电路的导体接触。

电弧的危害有：巨响引发的听觉创伤、强光导致视觉的暂时失明(俗称“电弧眼”)或因为熔化金属飞溅而导致受伤、高温可能对人体造成严重的烧伤或引发火灾、产生的臭氧或周边材料分解出有毒气体引起的人体中毒。

5.与高压蓄电池有关的危险

不同汽车上高压蓄电池的容量存在很大差异，主要取决于蓄电池组的尺寸及能量密度，例如HEV、PHEV 或BEV 的蓄电池容量有着很大差异。线路短路时将释放极高的能量，可能造成热失控及内部火灾。与高压蓄电池有关的危险主要有：电击和烧伤、化学烧伤、腐蚀、短路。

电动汽车上使用的高压蓄电池属于锂离子蓄电池。锂是极轻的金属，并且具有较高的电化学电势，这些性质使得每个蓄电池单元都能够获得高能量和功率容量，同时体积小，重量轻。锂离子蓄电池的缺点是：热冲击(外部加热)、机械损伤(凹陷、跌落)电气滥用(过度充电、外部短路、过度放电)等条件下，锂的化学反应将会加剧。

由于上述缺点的存在，我们必须落实安全系统，以便将蓄电池单元保持在正常工作参数范围内。这就要求在蓄电池系统中具有各种保护措施。蓄电池的温度必须维持在-30～45℃，超出这个参数范围，蓄电池性能将受损。如果蓄电池单元残余电压低于2V，其性能将加速衰退。蓄电池无法耐受过度充电，否则容易发生热“失控”，从而可能导致蓄电池燃烧。充电时，采用恒定电压和电流的充电方式是首选。为了避免锂离子蓄电池的上述任何缺点变成问题，采用正确的蓄电池保养和维护至关重要。“热失控”是温度上升时，改变化学反应的特性，从而导致温度进一步上升的情况，然后自行驱动循环，直至出现燃烧。如果发生会导致热失控的过热事件，则可能同时发生：排气、破裂、火灾，甚至爆炸。

导致蓄电池故障的可能原因有：外部短路、内部短路、过度充电、过度放电、外部加热、自行加热等。

6.事故应急措施

如果发生涉及高压用电的事故，则每一秒钟都很重要！最先考虑的是使受害者脱离危险，同时确保自身或同事的安全，并保持冷静。建议采取以下措施：

(1)在做出营救尝试之前，如果可能，要立即中断或隔离电能来源；

(2)利用非导电物体将受害者从电源上推开/拉开(认可的安全救援挂钩)；

(3)请勿擅自移动受害者，除非环境对受害者或你自身仍然存在危险；

(4)一旦受害者与危险隔离，应确保其他所有的直接威胁都已被消除，例如火灾或其他危险；

(5)尽快联系紧急服务中心或急救人员；

(6)如果存在任何二次伤害，则可能需要提供一份有关电击类型的简要描述；

(7)评估受害者；

(8)将其置于施救体位或必要时进行急救

(9)不得让受害者处于无人看管的状态，施救者应与受害者待在一起，直至紧急服务人员到达。

注意：即使受害者没有任何触电症状，仍应由专业医护人员对其进行检查，因为有些症状可能会在24 小时内突然出现。

四、安全维修制度与流程

1.人员培训

电动汽车在车辆上市前，车企会对经销商的技术人员进行相关培训。这些技术人员参加厂家的培训前，一般要求取得我国的低压电工操作证，获得一般性电工知识。车企培训课程设有不同的等级以适应不同的人员。以下是某国际知名车企，对于电动汽车辆维修技术人员培训及分类：电动汽车初级技师(EVIP)-EV 知识网上在线学习课程、电动汽车称职技师(EVCP) -基于课堂/车间的培训、电动汽车授权技师(EVAP)-基于课堂/车间的培训、电动汽车高级授权技师(EVSAP)-支持未来的电动汽车策略。

(1)电动汽车初级技师(EVIP)的操作任务是非高压部件(要求远离高压部件)，通过网上学习和考试，电动汽车初级技师(EVIP) 就可以在电动汽车上执行非高压部件的工作。

电动汽车初级技师(EVIP) 的责任有：

●识别电动汽车状态和高压系统部件；

●接收工作说明并在电动汽车上执行工作，不包括对电动汽车上安装的高压系统部件和能够连接至高压电源的部件执行工作；

●依照厂家认可的车间维修程序，按照工作说明中的规定执行工作；

●如果工作存在与高压系统有关的潜在危险，则停止工作并咨询电动汽车授权技师(EVAP)。

(2)电动汽车称职技师(EVCP)是级别最低的有权按照工作许可证(PTW) 执行高压系统维修工作的人员，此类人员不能执行高压“断电”程序。

电动汽车称职技师(EVCP) 的责任有：

●接收电动汽车工作许可证(PTW)；

●确认其已理解PTW；

●如果适用，向工作小组介绍情况；

●按照PTW中详述的内容，执行指定工作；

●确保遵守文档上的程序要求；

●协调工作小组；

●完成工作后，在PTW清场部分上签名；

●在车辆断电流程中，扮演安全陪同人员的角色；

●EVCP将会获得授权执行规定任务，具体取决于其个人能力，该任务包括对高压系统及其相关部件执行工作。

(3)电动汽车授权技师(EVAP)可以执行“断电”程序，以便让高压系统的安全程度适合工作，但是不能执行任何“带电作业”程序。

电动汽车授权技师(EVAP) 的责任有：

●前面所述的有关EVCP 的所有责任；

●执行车辆断电程序，以便让高压系统的安全程度适合工作或测试；

●确认安全措施已就位；

●准备好PTW，以便对高压系统或需要执行车辆断电程序的其他电动汽车系统执行工作；

●向EVCP发放PTW；

●必要时监督工作；

●完成工作后取消PTW；

●执行车辆通电程序，以便恢复高压系统的操作。

(4)电动汽车高级授权技师(EVSAP)负有前面所述的有关EVAP 的责任，同时支持未来的EV 工作策略。

2.个人防护设备(PPE)及专用工具

在高压系统上执行特定任务时，必须使用正确的个人防护设备(PPE)。在隔离高压系统进行电压检查时，某企业推荐的被归类为Cat 0 级别的个人防护设备PPE(图13)包括：橡胶手套(0级，1kV)、面罩、不熔化不易燃的服装；其他通用安全设备包括：安全防护柱和链条(用于在需要时设立指定安全工作区域)、非导电安全救援挂钩(额定电压为1kV)。

图13 个人防护设备

3.认可的诊断工具和应用程序

不同的厂家会推出基于其特定车型的专用工具，下面介绍一些其中较为通用的工具。执行断电流程时，需要从高压蓄电池上断开高压系统，必须使用认可的专用测试设备证实高压系统已不带电，并且其安全程度适合工作。要隔离待执行工作的高压系统电源，并安装认可的隔离装置，如断接盒和安全检查接头VM8105/VM8109、测量设备VS8973、隔离锁定工具、标识标签。

(1)断接盒和安全检查接头VM8105/VM8109如图14所示，该测试设备需要与诊断设备(即俗称的该车型诊断电脑)上的断电应用程序配合使用。打开应用程序后，软件将会自动启动，并利用图形显示引导用户完成测试流程。第一个屏幕将会显示一列安全警告和预防措施，用户需要确认其已阅读并理解这些内容。然后将会显示一个验证报告，用户只有在承认该警告，并表示同意后才能继续使用测量应用程序。系统将会在测试设备上执行验证测试，仅在获得有效读数后才允许用户继续。用户需要执行分步流程，在应用程序允许下一步开始前，必须验证每个部分。在成功获得所有有效读数后，认可的诊断设备屏幕将会自动显示一个表示高压系统已断电的画面。然后，系统将会生成一个报告，用于确认测试表明高压系统中已不存在电压，已被视为处于安全状态。用户应该打印该报告并将其附在车辆文件/维修单上。测试必须由具备资质的人员(EVAP 或EVSAP)执行。

(2)测量设备VS8973如图15所示，是用来进行等电位连接系统测试的。等电位连接是一种连接高压系统所有裸露金属表面的做法，其设计并非用于承载电流，而是作为一项防电击的保护措施。所有高压系统部件均有一根通过螺栓与车辆底盘相连的带状搭铁线，这些带状搭铁线通过底盘将所有部件有效地连接到一起，最终形成了一个等电位区域。如果发生故障，例如发生高压正极接地故障(导体接触到金属壳体)，则等电位连接系统将会确保所有部件均保持相同的电位(等电位)或电压。如果在维修中松开或拆卸任何等电位连接电缆固定件，则必须对等电位区域执行等电位连接测试。该测试设备需要与认可的诊断设备上的电路等电位连接测试应用程序配合使用。打开应用程序后，软件将会自动启动，并利用图形显示引导用户完成测试流程。在记录所有有效的测量值后，即表示该测试已完成，然后系统会生成一份可以打印的报告。用户应该打印该报告并将其附在车辆文件或维修单上。对已断电并隔离的系统执行的测试必须由具备资质的人员(EVAP 或EVSAP)执行。

图15 等电位连接系统测试工具

(3)隔离锁定工具如图16所示。断电程序的后一个阶段需要隔离和锁定高压系统，使其与所有可能的高压电源分开，如高压蓄电池端口。这种安全预防措施是用于防止在对高压系统执行维修时意外地重新连接该系统。图16中显示了放在高压蓄电池接头的锁定工具，除此之外，还需要一些其它部位的专用锁定工具，如蓄电池端子锁定工具等。

图16 高压蓄电池接头隔离锁定工具

(4)车辆标识标签。车辆进入车间时，必须在驾驶员侧的车窗上放置合适的警示信息，如图17所示，不同颜色的警示标志表示不同的警示信息。红色表示：车辆处于激活状态，而蓄电池接触器出现故障。不能将高压蓄电池与混合动力系统隔离。不允许HEV授权人员或专业技术人员对带电车辆执行操作，应联系HEV高级授权人员。绿色表示：成功停用混合动力系统，且高压蓄电池已隔离并“锁闭”。黄色表示：混合动力系统完整且正常操作，可隔离(停用)高压蓄电池，但尚未执行。

图17 车辆标识标签