謠言止於智者,深入ARTC破除電動車安全迷思 | U-CAR

翁崇翔

撰文

翁崇翔、ARTC提供

攝影

53,755

2014

8月

23

隨著汽車產業不斷的發展,單純搭載內燃機引擎 (Internal Combustion Engine) 的「傳統」車輛,雖然目前仍屬全球車輛比例中的絕對多數,但不可否認的,油電混合 (Hybrid) 動力車款,甚至是電動車輛 (Electric Vehicle) ,其佔比正在迅速竄升,屬於不可忽視的車壇「新秀」。

若與油電混和動力車款相比,能見度更低的電動車輛,應該屬於消費者更為陌生、不熟悉的領域;而就像火車剛被發明時、被認為是不吉祥的吐火巨獸,照相機甫被人們使用時、被誤解為攝魂機一般,一般民眾對於電動車輛的印象,除了「省油」、「零污染」之外,更多的是對於它安全性上的疑慮,例如電動車輛是否安全無虞?下雨時會被電到嗎?電池會容易過熱起火、甚至爆炸嗎?

相較於傳統引擎車款,電動車對於一般消費者來說應該屬於相當陌生、不熟悉的領域。就像火車剛被發明時、被認為是不吉祥的吐火巨獸,照相機甫被人們使用時、被誤解為攝魂機一般,民眾除了「省油」、「零污染」的印象外,更多的是對於它安全性上的疑慮,例如電動車是否安全無虞?下雨時會被電到嗎?電池會容易過熱起火、甚至爆炸嗎?

為徹底解開民眾的疑惑,國內車輛檢測機構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,一掃大眾對於電動車的迷思。U-CAR編輯團隊這次也應邀參予,並替各位網友帶來報導,一窺電動車安全性的秘辛。

其實若要細細探究電動車輛的各個環節,僅進行一個下午的研討會,在時間上是絕對不夠用的,因為粗略來說,電動車就可以分成性能、動力電池組、動力系統、充電設施、電磁干擾等好幾大類,所以本次研討會的重點,就著眼在電動車輛的「安全」部分,且可細分為:1.電氣安全 2.碰撞安全;而需先說明的是,本篇文章並非要針對理論性的部分探討,而是以輕鬆的方式,帶給讀者相關的民生資訊,也能讓消費者買的安心、用的安心。

為破除民眾的疑惑,國內車輛檢測機構ARTC特別針對「電動車安全議題」舉辦媒體研討會,,而U-CAR編輯團隊這次也應邀參予。本次研討會的重點,著眼在電動車輛的「安全」部分,並分為:1.電氣安全 2.碰撞安全兩大項。

電池組?Battery Pack?其實都是指REESS

實際進入兩項主題之前,讓我們首先具備一些有關電動車輛的基本知識,因為電動車輛和一般車輛最主要的區別,即在於其是完全使用電池組當作車輛的動力來源,而並非以內燃機引擎當作驅動核心。而電動車輛裡一般所謂的電池組,其國際標準用語為:REchargeable Energy Storage System (REESS),依交通部法規,譯為「可充電能量儲存系統」,車廠則俗稱為Battery Pack、ESS。將車輛電動化,是有效達成降低油耗、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中,至關重要的元素。

(圖片來源:ARTC提供)

REESS是一個整合、系統性的統稱,其由一個特殊設計的外殼構成,裡面則有許多控制元件,包括電池管理系統、溫度管理與冷卻系統、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。

REESS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、壽命長等優點,但由於材質本身不耐高溫的特性,容易因為過熱、短路而導致車輛燃燒,所以REESS裡的其他元件就顯得格外重要。舉例來說,為了避免因為路面振動、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慎配置;而若為了讓REESS能適應環境溫度驟變 (極端的高、低溫),溫度管理與冷卻系統也是必不可少的裝置。

為了使車輛在實際上路後、電池組能夠安全無虞的運作,一般來說,出廠後的電動車都會經過一連串REESS的測試,包括了機械類、氣候類以及電氣類三大測試項目。機械類測試,主要透過振動與機械衝擊,考驗REESS的抗震、耐衝擊以及高壓斷路器的斷開能力;氣候類測試,主要考驗REESS在環境溫度驟變、操作溫度連續上升時的處理機制;最後,電氣類測試則是檢視REESS在電池單元發生過度充放時,所會採取的應變措施等等。

為了讓車輛在實際上路後、電池組能夠安全無虞的運作,一般來說,出廠後的電動車都會經過一連串REESS的測試,包括了機械類、氣候類以及電氣類三大測試項目。圖中這輛Chevrolet chevy,就正在執行振動試驗。 (圖片來源:ARTC提供)

了解電動車的「REESS」是要經過如此縝密的檢測程序後,相信我們一定知道,REESS本身並不會造成電動車的安全風險升高,最危險的事情,莫過於廠商「不成熟」的設計布局,而這才是電動車會發生意外安全事件的主因。而值得一提的是,現行國內法規並無針對電動「車」的「電池模組本身」之檢測做出強制規定,電動車上路前,僅需較一般車輛多完成「電氣安全」的檢測項目;至於電動「機車」的電池模組,目前則需要經過檢測單位受測。對此ARTC也表示,未來將逐步和國外法規調和,自民國106年開始,電動車也必須檢測電池模組的個別安全檢測,讓電動車輛能夠更加令人放心。

現行國內法規並無針對電動「車」的「電池模組本身」之檢測做出強制規定,電動車上路前,僅需較一般車輛多完成「電氣安全」的檢測項目;至於電動「機車」的電池模組,目前則需要經過檢測單位受測。ARTC表示,未來將逐步和國外法規調和,自民國106年開始,電動車也必須檢測電池模組的個別安全檢測。 (圖為現行電動車在受測前應檢附之文件,ARTC提供)

接下來就讓我們去親身接觸ARTC對電動車的相關安全檢測吧!

凹凸不平的路面,電池組會震壞?小朋友的手伸到車內細縫會觸電?

第一站,我們首先來到電池組 (REESS) 環境測試實驗室的機械衝擊區;在這個階段,機器會在6ms的極短時間內,對電池組造成50G左右的衝擊,相當於車輛在路上遭遇小坑洞時的衝擊,用以檢驗電池組的設計,是否可以承受一般行路狀況。

機器會在6ms的極短時間內,對電池組造成50G左右的衝擊,相當於車輛在路上遭遇小坑洞時的衝擊,用以檢驗電池組的設計,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」的實驗室。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於電動車最感疑惑的部份。試驗包含幾個部份,包含車輛處於靜止狀態和啟動狀態的觸電檢測,甚至在發動狀態時、還得將引擎蓋 (雖然電動車沒有內燃機引擎,但為講解方便,此處仍以「引擎蓋」表示) 掀開,以清水直接噴灑內部元件,確保乘客區、貨物區和驅動機構區之可打開部件在這樣嚴苛的檢測條件下,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行如此詳細的檢測,在於一般條件之下,電壓超過60伏特的直流電即會被認定是高壓電,而電動車上的REESS,其電壓都遠遠超過這個數值。舉例來說,Nissan Leaf配備的REESS,電壓就高達403伏特;千萬別小看這個數值,若此時身體潮濕且打著赤腳,直接碰觸到403伏特的帶電體時,身上通過的電流將達到268毫安培 (人體電阻假設是1,500歐姆),可是會造成呼吸麻痺、肌肉收縮,3秒鐘後心臟甚至會麻痺,而有生命上的危險!由此我們可以知道,為什麼電氣安全如此重要了。

一般條件之下,電壓超過60伏特的直流電即會被認定是高壓電,而電動車上的REESS,其電壓都遠遠超過這個數值。舉例來說,Nissan Leaf配備的REESS,電壓就高達403伏特;若此時身體潮濕且打著赤腳 (假設此時人體電阻是1,500歐姆),直接碰觸到403伏特的帶電體時,身上通過的電流將達到268毫安培,可是會造成呼吸麻痺、肌肉收縮,3秒鐘後心臟甚至會麻痺,而有生命上的危險! (圖片來源:ARTC提供)

電氣安全主要是依照ECE R100標準來檢測,而ARTC用來測試「直接接觸試驗」的電氣安全設備儀器有2種等級,分別是細長、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、人體可能直接接觸到的車輛部位,細長的儀器可以模擬小孩拿髮夾等細長物亂戳到更小孔內、而接觸到帶電體的狀況;至於IPXXB等級,則是以較粗的手指頭造型、檢測乘客室或載貨區以外的區域,判斷元件帶電狀況是否符合規定。

細長、棒狀的IPXXD等級,是用來檢測乘客室或是載貨區、人體可能直接接觸到的車輛部位;細長的儀器可以模擬小孩拿髮夾等細長物亂戳到更小孔內、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以外的區域,判斷元件帶電狀況是否符合規定。
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在靜態的檢測完畢之後,接下來則進入更嚴苛的灑水測試。灑水測試同樣分為兩種。

開蓋檢查車輛、突然下雨怎麼辦?洗車會不會漏電?

第一種為暴雨試驗,此試驗旨在模擬「若駕駛人打開相關部件、如:乘客區、貨物區和驅動機構區檢查車輛時,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噴灑5分鐘 (包含引擎室內部),同時盡可能規律的移動蓮蓬噴頭,務求將極端情況都列入考慮。

暴雨試驗,用以模擬「若駕駛人打開相關部件、如:乘客區、貨物區和驅動機構區檢查車輛時,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噴灑5分鐘 (包含引擎室內部),同時盡可能規律的移動蓮蓬噴頭,務求將極端情況都列入考慮。

第二種則為清洗試驗,此試驗旨在模擬「駕駛人平時洗車的情形」。試驗人員同樣會以水柱進行噴灑,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。

就像平常洗車一樣,試驗人員同樣會以水柱進行噴灑,只不過清水改以每分鐘12.5公升的流速,噴灑部位則著重在車輛所有接縫處,包含膠條、玻璃封條或是車燈封條等處。

經過灑水測試之後,最後一項則為涉水試驗,不過受限於時間,當日ARTC行程並無安排實地參訪,僅能使用文字簡單介紹。涉水試驗是模擬「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。

涉水試驗是模擬「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。 (圖片來源:ARTC提供)

行前的安全測試都確實做到穩妥之後,現在就讓車輛駛去ARTC充電站、充滿電力後準備上路囉!

日規、歐規、美規,ARTC充電站全都有

由於全球目前的充電界面尚未統一,所以在ARTC所建置的電動車充電站裡,我們可以看到各式各樣的國際主流充電界面規格,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CNS交流2A型式、CNS交流2B型式,以及美國SAE、大陸GB格式;至於DC快速充電座的部份,則是配有日本CHAdeMO規格充電座。不過除了上述這些規格之外,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,後續發展值得觀察。而ARTC也表示,目前臺灣的充電規格並未統一,未來仍要持續觀察市場運作情形,再將法規逐漸修改到位、正式確立一致的充電界面。

由於全球目前的充電界面尚未統一,所以在ARTC所建置的電動車充電站裡,我們可以看到各式各樣的國際主流充電界面規格,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CHAdeMO DC快充座,右下則為CNC 15511-2 2B規格的AC慢速充電座。

從字面上看,慢速和快速充電的主要差別,就在於充電時間的長短。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,將電池充滿的時間多為8小時以上;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進行充電,最快在1小時內、即可將車輛電池組的電力補充完畢。以本次ARTC示範充電的Nissan Leaf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,而若用左側的DC快充座充電的話,從螢幕上的顯示可看到,車輛將在50分鐘後充電完畢。

以本次ARTC示範充電的Nissan Leaf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;而若用左側的DC快充座充電的話,從螢幕上的顯示可看到,車輛將在50分鐘後充電完畢。

ARTC的充電站除了可提供充電的基本功能外,也具備了後台監控系統,充電設備則採用RFID感應並記錄;RFID卡片可記載充電車輛與操作人員的資料,使用者透過網路系統登入主機後,即可隨時隨地輕鬆掌握車輛充電狀況。而ARTC也補充,在電動車輛與充電設備連接之後,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,使用者在安全方面毋須顧慮。另外ARTC充電站內額外設置溫度感測裝置,也可提供未量產車試作階段車輛之溫度監控,加強充電安全。

充電設備提供RFID讀卡介面,供使用者進行身分認證,使用者必須使用受全過的感應卡,才能使用充電設備。 (圖片來源:ARTC提供)
使用者透過網路系統登入主機後,即可隨時隨地輕鬆掌握車輛充電狀況。而ARTC也補充,在電動車輛與充電設備連接之後,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,使用者在安全方面毋須顧慮。

最後,則來到今天行程的最後一個研討項目,同時也是筆者認為最重要的部份:碰撞後的處置方法。

碰撞後怎麼辦?切記橘色電線不要碰,並確實將車輛斷電

開車上路難免碰上意外,若不幸發生顧路、甚至是碰撞的狀況時,除了和一般車款相同、需要實行一些基本的救護行為外,電動車輛最需要注意的,就在於「電池組與電路系統」之問題。而電動車在碰撞之後,救護人員需先執行4大步驟:1.現場評估。2.車輛識別。3.固定車輛。4.切斷電源,之後才可將車體零件切除、移出受傷之乘員;而需先執行這些步驟原因,就在於避免現場發生二次傷害,同時也為施救者與待救者的安全提供更進一步之保障。

電動車在碰撞之後,救護人員需先執行4大步驟:1.現場評估。2.車輛識別。3.固定車輛。4.切斷電源,之後才可將車體零件切除、移出受傷之乘員;而需先執行這些步驟原因,就在於避免現場發生二次傷害,同時也為施救者與待救者的安全提供更進一步之保障。 (圖片來源:ARTC提供)

第一步:現場評估。首先判斷現場有無任何危險物品,例如裸露的電線、不明的外洩液體、懸崖等等,防止車輛移動後、造成更進一步的風險;而此階段的處理方式和傳統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個步驟中最重要的一步。由於電動車和Hybrid油電車都具有高電壓裝置 (先前已提到,超過60伏特的直流電被認為是高電壓),在車輛發生碰撞之後,許多平時隱藏的部件將裸露在外,若誤觸則可能發生危險,所以在進行救援之前,需先判斷車輛是否屬於電動車輛。

由於電動車和Hybrid油電車都具有高電壓裝置 (先前已提到,超過60伏特的直流電被認為是高電壓),在車輛發生碰撞之後,許多平時隱藏的部件將裸露在外,若誤觸則可能發生危險;所以我們可以從車身外觀的蛛絲馬跡進行判斷,例如廠徽、車身銘牌、內裝標誌等等。圖中這輛Leaf,車側即清楚標示Zero Emission (零排放),可以讓我們很快速的分辨它是一輛電動車。

我們可以從車身外觀的蛛絲馬跡進行判斷,例如廠徽、車身銘牌、內裝標誌等等;而引擎室內也可供參考,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 (黃藍色代表中間電壓),人員不能直接以手觸摸,以免發生觸電風險。若真的找不到車身任何可以判斷的依據,我們就必須將它預設為電動車款處理。

引擎室內也可供參考,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,人員不能直接以手觸摸,以免發生觸電風險。若真的找不到車身任何可以判斷的依據,我們就必須將它預設為電動車款處理。

第三步:車輛固定。由於電動車和Hybrid車款不像傳統引擎車型,即便在行進之中,也會讓人誤以為車輛是熄火狀態,所以當要接近受損車輛時,要確保不是從正前或正後方靠近,而是從車側部份接近、避免因車輛移動而造成傷害;而最好的作法,就是在輪子前後擺設輪擋。

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已經關掉車輛紅火 (電門、ACC),最好能將鑰匙直接拔出 (若是採用感應式鑰匙啟動之車款,則將鑰匙拿的越遠越好);而若仍無法確定車輛是否熄火,則此時應將車輛的12V電源直接切斷。最後,則是 (通常車內會有明顯標識) 找出電動車輛的緊急斷電開關,將高電壓驅動電力輸出完全截斷。

切斷電源的最後一步,則是找出電動車輛的緊急斷電開關,將高電壓驅動電力輸出完全截斷。以Nissan Leaf為例,將後座的踏墊掀開、再將蓋子打開,即可發現緊急斷電開關。

將四個步驟確實執行之後,接下來的救援工作則類似於傳統汽油車輛,例如需小心拆解車輛結構、閃避車內乘客保護系統 (如SRS安全氣囊,曾發生救援時無意間觸發氣囊作動,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人防護配備 (Personal Protective Equipment),包含高電壓絕緣防護配備,以避免觸電、高熱或毒氣等風險;先前提到橘色外皮包覆的高電壓線路和電池組,也應該避免切割破壞,同樣也為防範觸電之風險。

建議消費者平時如果閒來無事,可以前去各車廠官網下載自家電動車的緊急處理手冊,手冊裡包含許多重要資訊,說不定必要時可以派上用場。

而ARTC也提到,若是電動車輛發生火災 (通常是電池組過熱產生高溫,導致周邊部件燃燒而引發火勢),建議使用大量的水來抑制火勢,雖然電池組因為保護裝置的緣故,難以撲滅深處REESS內部的火源,但水足以使整體降溫、方便後續救助工作的進行。

迷思解除,消費者可以放心使用電動車輛

電動車輛本身其實並不可怕,可怕的是廠商不成熟的設計,或是駕駛者對車輛不熟悉、所作出的不良操作習慣;在看完電動車的安全議題之後,是不是對於這「新世代」產物更加了解了呢?雖然目前臺灣的電動汽車仍屬於小眾市場,但還是建議網友們可以多多吸收有關電動車的知識,或許在20年之後,傳統引擎汽車消失殆盡、電動汽車大行其道也說不定呢!