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中國儲能網(wǎng)訊：近年來，隨著電動汽車的快速發(fā)展，如何解決電動汽車所帶來的安全問題，又成為汽車行業(yè)的新的話題和難點。由于人們對新事物的認(rèn)知有個過程，初期難免抱有懷疑和不信任的態(tài)度，所以任何一次有關(guān)電動汽車的安全事故，都會導(dǎo)致公眾對電動汽車安全性的疑慮進(jìn)一步加深，阻礙電動汽車的發(fā)展和普及。

其實，傳統(tǒng)的燃油車由于碰撞或自燃所導(dǎo)致的車輛起火事故，每年在全球都會發(fā)生很多起，造成嚴(yán)重人員傷亡的也為數(shù)不少，并不會造成公眾的廣泛關(guān)注和質(zhì)疑。公眾之所以對電動汽車的安全事故這么敏感，除了電動車發(fā)生事故時，通常會伴有火、聲、光、煙霧等“特殊效果”，很重要的原因是出于對高能量載體“電池”的恐懼。手機(jī)電池起火爆炸，炸傷甚至炸死人的事情尚且有之，更何況那么巨大的電動汽車動力電池呢？

電動汽車(包括混合動力汽車)與傳統(tǒng)的燃油車有很多相同之處，又有一些不同之處。其運行工況、使用環(huán)境、車身結(jié)構(gòu)、內(nèi)外造型等基本沒有什么差異，最大的 差別在于驅(qū)動方式和能量的來源。因為引入了電力驅(qū)動，所以就存在諸如“電擊”和“短路”之類的風(fēng)險，因為有高能量載體的存在，就存在能量瞬間釋放(顯然不 是我們期望的)所造成的起火和爆炸風(fēng)險。因為化學(xué)電池本身的穩(wěn)定性問題，又會帶來許多超出人們“傳統(tǒng)”認(rèn)知的風(fēng)險。

新生事物總是脆弱 的，要經(jīng)受各種懷疑，更何況是與人身安全息息相關(guān)的車輛呢？愿意拿自己的生命做賭注，去嘗試和接受不可靠不安全產(chǎn)品的人，我想畢竟是少數(shù)吧。所以，不管是 國家層面的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，還是企業(yè)層面的產(chǎn)品和技術(shù)研發(fā)，都必須做到以人為本，切實的解決產(chǎn)品的風(fēng)險和隱患，消除民眾的疑慮，從而推動新能源汽車的發(fā)展。我 們，沒有任何理由拿不成熟不可靠的產(chǎn)品，來忽悠公眾和消費者，為企業(yè)或個人的私利服務(wù)。下文將從動力電池的各項參數(shù)詳細(xì)解析動力電池的安全要素。

一、動力電池系統(tǒng)的構(gòu)成

作為電動汽車的動力來源，或動力來源之一，動力電池系統(tǒng)通常由電芯(Cell)、電池管理系統(tǒng)(BMS)、冷卻系統(tǒng)(Cooling system)、線束(Harness)、外殼(Housing)、結(jié)構(gòu)件(mechanical parts)等相關(guān)組建構(gòu)成，如下圖所示：

動力電池系統(tǒng)構(gòu)成

日產(chǎn)leaf動力電池系統(tǒng)

可以看出，動力電池系統(tǒng)的構(gòu)成還是相當(dāng)復(fù)雜的，既有電芯這類化學(xué)物體，也有復(fù)雜的電子電氣系統(tǒng)和熱管理系統(tǒng)，還有傳統(tǒng)的各類機(jī)械部件，涉及到的專業(yè)種類非常的多，加上惡劣的運行環(huán)境，所面臨的安全風(fēng)險也很廣泛。

二、動力電池系統(tǒng)所面臨的安全風(fēng)險

動力電池系統(tǒng)所面臨的安全風(fēng)險，主要與其內(nèi)部部件的特性和外部的使用和運行環(huán)境相關(guān)，構(gòu)成了產(chǎn)品安全設(shè)計的主要挑戰(zhàn)。

1)電芯會不會起火爆炸？

動力電池系統(tǒng)所采用的電芯，其能量密度非常高，以磷酸鐵鋰電芯為例，能量密度可達(dá)120Wh/kg，換算成焦耳，1千克的磷酸鐵鋰電芯含有120×3600焦耳=0.43 MJ。那么TNT炸藥釋放的能量有多少呢？1克TNT炸藥可釋放4184焦耳的能量，換算下來，1千克的磷酸鐵鋰電芯蘊(yùn)含的能量相當(dāng)于103克的TNT炸藥。

一輛純電動汽車，其使用的電芯通常重達(dá)幾百公斤，以100公斤電芯計算，總能量就相當(dāng)于10公斤TNT炸藥。換著是誰，心里都會發(fā)毛，這東西會不會不穩(wěn)定，會不會起火，甚至爆炸?。?

2)會不會產(chǎn)生電擊事故？

為了提升整車的驅(qū)動效率，動力電池的直流輸出電壓通常都在100V以上，有時高達(dá)400V以上，有一定電氣常識的人都知道，直流電壓超過60V，就是危險電壓。

每年，因為電器、電線、電力設(shè)備等漏電所造成的電擊事故，都會發(fā)生很多，也經(jīng)常見諸媒體。我小的時候就被裸露的220V電線電擊過，那種滋味永生難忘。那么，人們也有理由疑慮，電動汽車?yán)锩娴母邏簬щ姴考?，會不會漏電，并進(jìn)而造成電擊事故？

3)能不能經(jīng)受各種惡劣的環(huán)境？

車輛的運行和使用環(huán)境非常復(fù)雜，既要經(jīng)受高溫高濕的考驗，也有高原高寒的折磨，有平坦的鋪裝里面，也有崎嶇不平的非鋪裝路面，既有極其干燥的地區(qū)，也有需要經(jīng)常涉水的地方。

車輛在行駛過程中，要經(jīng)歷高低溫的循環(huán)考驗，要經(jīng)歷沿海的腐蝕性氣候，要經(jīng)歷暴雨洗禮和大水浸泡，要經(jīng)受各種沖擊、振動、跌落、甚至碰撞和翻滾。那么，在這些客觀的環(huán)境面前，動力電池系統(tǒng)能夠經(jīng)受考驗，不產(chǎn)生嚴(yán)重的安全風(fēng)險嗎？

4)能不能經(jīng)受各種濫用？

當(dāng)產(chǎn)品銷量足夠大的時候，產(chǎn)品的使用，總有超過規(guī)定極限的情況或一些意外的情況，這是不可避免的。以手機(jī)為例，當(dāng)充電保護(hù)失效的時候，手機(jī)電池可能因為過充而起火或爆炸。如果手機(jī)電池被尖利的金屬穿刺，也有可能發(fā)生爆炸。

那么，電動汽車的動力電池系統(tǒng)能夠經(jīng)受類似的濫用考驗，不造成安全事故嗎？這些濫用的情況，既有人為造成的，也有客觀環(huán)境造成的。

5)電池管理系統(tǒng)失效了怎么辦？

動力電池系統(tǒng)有一套復(fù)雜的管理和控制系統(tǒng)，時刻采集整個動力電池包的各種運行參數(shù)，進(jìn)行計算、診斷、通信和開關(guān)控制。系統(tǒng)越智能化，當(dāng)其發(fā)生故障時，后果也就越嚴(yán)重。

舉個例子，如果動力電池包內(nèi)部的某個電芯過熱，熱管理系統(tǒng)失效，電芯存在熱失控的風(fēng)險，而這個時候的溫度傳感器壞了怎么辦？軟件程序不能正常判斷并下發(fā)切斷指令怎么辦？又或者本該執(zhí)行斷開動作的開關(guān)，不能正常的斷開怎么辦？風(fēng)險是否會蔓延，并造成嚴(yán)重的安全事故？

三、動力電池安全設(shè)計的目標(biāo)

動力電池系統(tǒng)的安全設(shè)計，基本上圍繞以上提到的內(nèi)部組件構(gòu)成和可能發(fā)生的安全風(fēng)險展開，確定合理的目標(biāo)和框架，指導(dǎo)具體的產(chǎn)品開發(fā)工作。

動力電池安全設(shè)計的目標(biāo)

1)化學(xué)安全

電芯發(fā)生熱失控，可能會產(chǎn)生電解液泄漏、起火和燃燒等現(xiàn)象，但其破壞力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能與炸藥相比的。炸藥爆炸時，能量在極短的時間內(nèi)釋放出來，所以威力巨大，而電芯的熱失控，其能量的釋放是一個漸進(jìn)的過程，加上電動汽車的電池包是由很多個電芯串并聯(lián)組成的，通常僅有1個或幾個電芯發(fā)生故障，有足夠的預(yù)警和處置時間。

針對電芯而言，如何確保各種運行條件和使用情況下的化學(xué)和熱穩(wěn)定性，確保不產(chǎn)生安全風(fēng)險，這是必須要考慮和解決的問題。需要考慮的情況包括：

額定范圍內(nèi)的正常工況

長距離運輸和長時間存儲

極端情況，如針對電芯的過充、過放、擠壓、穿刺、火燒等

在各種情況下，都要為電芯的安全性確定合理的設(shè)計目標(biāo)，貫穿到電芯的開發(fā)過程中。

針對動力電池系統(tǒng)的其他組件而言，化學(xué)安全還涉及到電解液或冷卻液泄漏所導(dǎo)致的化學(xué)腐蝕(有可能造成內(nèi)部短路)、鹽霧腐蝕、阻燃、和有害氣體排放等。

2)電氣安全

針對動力電池包內(nèi)部的電子電氣系統(tǒng)而言，電氣安全是首要考慮的因素，各種與“電”有關(guān)的安全風(fēng)險，都必須考慮到：

絕緣配合

等電位(接地)

短路防護(hù)

絕緣狀態(tài)監(jiān)控

高壓連接器互鎖

高低壓隔離

電磁兼容性(EMC)

故障自診斷

電氣安全，不僅要考慮被動防護(hù)，如各種線纜和連接器的絕緣保護(hù)，高低壓連接器的閉鎖裝置，以及良好的電磁兼容性等，還需要考慮如何做到故障的自診斷和主動防護(hù)，如絕緣狀態(tài)監(jiān)控、高壓互鎖檢測、接觸阻抗檢測等，確保在故障發(fā)生的初期就主動介入，將風(fēng)險降到最低。

3)機(jī)械安全

機(jī)械安全主要針對整個箱體結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部的結(jié)構(gòu)件而言，確保在各種機(jī)械載荷和外部因素作用下，動力電池包的特性不會發(fā)生大的變化，消除產(chǎn)品潛在的安全風(fēng)險。需要考慮的因素包括：

IP防護(hù)(如IP6K9K)

振動

碰撞

擠壓

跌落

碎石沖擊

重物錘擊

翻滾

金屬物穿刺

燃油火燒(針對混合動力車)

4)功能安全

功能安全是針對電池管理系統(tǒng)(BMS)而言的，要確保電池管理系統(tǒng)在任何一個隨機(jī)故障、系統(tǒng)故障或共因失效下，都不會導(dǎo)致安全系統(tǒng)的故障，從而引起人員 的傷亡、環(huán)境的破壞、設(shè)備財產(chǎn)的損失；也就是BMS的安全保護(hù)功能無論在正常情況下或者有特定故障存在的情況下都應(yīng)確保正常發(fā)揮作用。

上面舉過1個例子，如果溫度檢測功能失效，那么是否有機(jī)制可以確保動力電池系統(tǒng)不會發(fā)生過熱或熱失控風(fēng)險，這就是功能安全要解決的問題。

為了確保BMS達(dá)到一定功能安全等級，必須以電氣/電子/可編程電子為基礎(chǔ)，結(jié)合系統(tǒng)中的其他技術(shù)，充分考慮系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境，對影響安全功能發(fā)揮作用的危害進(jìn)行有效識別，從而制定合理的安全目標(biāo)，將安全目標(biāo)進(jìn)行層層分解后，得到安全需求，落實/分配到系統(tǒng)中的每個組件。

與功能安全有關(guān)的內(nèi)容，不在此處詳述，汽車行業(yè)有針對功能安全的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 26262，并已得到各大國外車企的實施和應(yīng)用。國內(nèi)針對功能安全的國標(biāo)《道路車輛 功能安全》，也正在積極的制定中，預(yù)計2016年會正式頒布，本人也參與了該標(biāo)準(zhǔn)的研討和制定工作。

四、重要參考標(biāo)準(zhǔn)

以下給出一些與動力電池系統(tǒng)相關(guān)的國際和國內(nèi)安全標(biāo)準(zhǔn)，供大家參考，這些標(biāo)準(zhǔn)并非全部，僅做拋磚引玉，希望大家一起學(xué)習(xí)，共同進(jìn)步，攜手推動電動汽車的發(fā)展和普及，做有責(zé)任感的社會公民。

五、安全性之于汽車

由于汽車產(chǎn)品的特性，如載人、高速運行、運行環(huán)境復(fù)雜等，安全性是整車及零部件設(shè)計的基本要素，在設(shè)計工作當(dāng)中具有舉足輕重的地位。在一些歐美的車企， 與整車安全方面相關(guān)的指標(biāo)，通常是不允許妥協(xié)和折中的。就中國的汽車行業(yè)而言，隨著人民生活水平的提高，消費者越來越趨向理智，國家的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的也在不 斷完善，汽車產(chǎn)品的安全性能正逐步提升，不斷縮小與國外的差距。

汽車的安全性設(shè)計，主要是為了避免車輛事故的發(fā)生，或者是在事故發(fā)生時/發(fā)生后，盡可能的降低人員和財產(chǎn)損失，保障乘客和行人的相對安全。汽車的安全性 設(shè)計，也經(jīng)歷了從最初的被動安全設(shè)計到主動安全設(shè)計不斷演變的過程。眾所周知的安全帶、安全氣囊就是典型的被動安全裝置，車輛內(nèi)部類似的被動安全設(shè)計還有 高強(qiáng)度車身、安全玻璃、安全頭枕、潰縮式方向盤、防鞭打座椅、防撞鋼梁、軟性內(nèi)飾、潰縮吸能等。隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，如何主動介入安全控制，避免安全 事故的發(fā)生，降低安全風(fēng)險，已經(jīng)成為汽車產(chǎn)品設(shè)計的一大主要方向，相關(guān)的主動安全技術(shù)有ABS(制動防抱死系統(tǒng))、EBD(電子制動力分配)、 TPMS(胎壓監(jiān)控)、ESP(車身電子穩(wěn)定系統(tǒng))、ASR(驅(qū)動防滑裝置)、TRC(牽引力控制系統(tǒng))、LDWS(車道偏離預(yù)警系統(tǒng))、HDC(陡坡緩 降系統(tǒng))、FCWS(前碰撞預(yù)警系統(tǒng))、HUD(抬頭顯示)、LNVS(夜視系統(tǒng))、AFS(自適合轉(zhuǎn)向大燈)等。這些主動和被動安全技術(shù)，確保汽車產(chǎn)品 在快速發(fā)展的同時，仍然具有足夠的安全性，為乘客及行人的生命安全保駕護(hù)航。

各個國家和地區(qū)，在相關(guān)的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、和檢測方面，也在不斷努力完善，以應(yīng)對越來越復(fù)雜的產(chǎn)品和市場環(huán)境。如美國從1967年實施FMVSS(聯(lián)邦汽車 安全標(biāo)準(zhǔn))，經(jīng)過不斷修改和完善，內(nèi)容越來越嚴(yán)格，涵蓋主動安全、被動安全、防止火災(zāi)、及其他各項要求超過60項。IIHS(美國公路安全保險協(xié)會)，是 世界上最權(quán)威也是標(biāo)準(zhǔn)最嚴(yán)格的第三方安全測機(jī)構(gòu)，每年都會進(jìn)行許多在美國銷售車輛的碰撞測試，其測試結(jié)果直接與車輛保險費率掛鉤。IIHS一般只選擇某車 型的最低配置進(jìn)行測試，測試結(jié)果更具有公正性和權(quán)威性，確保不同廠家的車型都在一個起跑線進(jìn)行測試。

歐盟的ECE汽車技術(shù)法規(guī)，自1958年制定以來，經(jīng)不斷修改和補(bǔ)充，至今已形成128項的完善體系，其中涉及機(jī)動車及其部件安全的法規(guī)達(dá)92項。 E-NCAP(歐洲新車安全評鑒協(xié)會)是目前汽車行業(yè)最具權(quán)威的安全測試機(jī)構(gòu)，創(chuàng)始于1997年，由歐洲五個國家的政府倡導(dǎo)而生。凡在歐洲銷售之新車，均 需將銷售之車型提供送至E-NCAP認(rèn)證中心進(jìn)行安全認(rèn)證測試，通過E-NCAP 專業(yè)且嚴(yán)格的安全評鑒。E-NCAP官網(wǎng)會公布汽車制造商在歐洲預(yù)售車型的測試結(jié)果，以此作為歐洲消費者購車選擇上的參考依據(jù)。

我國的汽車安全法規(guī)體系起步較晚，主要參照歐洲的法規(guī)體系，形成了以ECE/EC法規(guī)為基礎(chǔ)的汽車強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)體系。目前已制定強(qiáng)制性汽車安全標(biāo)準(zhǔn) 76項，推薦性汽車安全標(biāo)準(zhǔn)126項。中國汽車技術(shù)研究中心在參照IIHS、J-NCAP、E-NCAP的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國的汽車標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)、道路交通實際 情況和車型特征，并進(jìn)行廣泛的國內(nèi)外技術(shù)交流和實際試驗確定了C-NCAP的試驗和評分規(guī)則。C-NCAP(中國新車評價規(guī)程)是將在市場上購買的新車型 進(jìn)行碰撞安全性能測試，評價結(jié)果按星級劃分并公開發(fā)布。姑且不論C-NCAP的標(biāo)準(zhǔn)是否嚴(yán)格，測試章程是否完善，測試結(jié)果是否公正，客觀上C-NCAP測 試還是推動了國內(nèi)各車企重視汽車產(chǎn)品的安全性，促進(jìn)企業(yè)按照更高的安全標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)和生產(chǎn)，從而有效減少道路交通事故的傷害及損失。

六、近年來影響較大的電動汽車起火事故

傳統(tǒng)的燃油車，經(jīng)過100多年的發(fā)展，有了豐富的積累和沉淀，仍然談不上多么的安全。因為舊的問題解決了，新的問題又會出來，產(chǎn)品功能越來越豐富，技術(shù) 復(fù)雜度越來越高，運行環(huán)境越來越復(fù)雜，也意味著產(chǎn)品的安全性風(fēng)險也隨之增多，所以“矛”和“盾”是一對孿生兄弟，永遠(yuǎn)相伴而行。

近年 來，隨著電動汽車的快速發(fā)展，如何解決電動汽車所帶來的安全問題，又成為汽車行業(yè)的新的話題和難點。由于人們對新事物的認(rèn)知有個過程，初期難免抱有懷疑和 不信任的態(tài)度，所以任何一次有關(guān)電動汽車的安全事故，都會導(dǎo)致公眾對電動汽車安全性的疑慮進(jìn)一步加深，阻礙電動汽車的發(fā)展和普及。以下列舉近幾年全球電動 汽車的一些“熱點”安全事故：

時間	事故現(xiàn)場	事故描述	事故后果
2011年4月11日		一輛正在運營的眾泰電動出租車在杭州街頭發(fā)生自燃，并迅速起火燃燒。	無人員傷亡。
2012年5月26日		深圳濱海大道僑城東路段，一輛日產(chǎn)GT-R跑車高速撞上同向行駛的比亞迪E6電動出租車，出租車起火燃燒。	1名男性出租車司機(jī)連同2名女性乘客被困火中當(dāng)場死亡。
2013年10月1日		美國西雅圖, 一輛特斯拉Model S撞上了路中央的一大塊金屬物體，導(dǎo)致車輛著火并嚴(yán)重受損。	無人員傷亡。
2013年11月6日		美國田納西州,一輛Model S的地盤裝上了一個散落在路上的拖桿，導(dǎo)致起火。	無人員傷亡。
2015年4月26日		深圳灣口岸中國普天力能加電站內(nèi)，一輛大巴車起火，現(xiàn)場濃煙滾滾，火勢逐漸蔓延，大巴被燒成骨架。	無人員傷亡。