解析動力電池與汽車安全的重要性

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)ISO26262，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)。