起火事件頻發(fā)如何保證電動汽車電池系統(tǒng)安全？

編者按：

2018年，我國新能源汽車產(chǎn)銷量分別完成了127萬輛和125.6萬輛，然而，在產(chǎn)銷量快速增長的同時，新能源汽車安全事故卻成為了行業(yè)發(fā)展道路上的“攔路虎”。數(shù)據(jù)顯示，從2016年1月到2018年12月，我國新能源汽車起火事故共發(fā)生了59起。那么，究竟該如何保證電動汽車的安全？從日前發(fā)布的《電動汽車安全指南》中，或許可以找到一些答案。本報特摘編部分內(nèi)容，以饗讀者！

基于市場上出現(xiàn)的電動汽車泡水、碰撞、底盤劃傷后的起火事件，電動汽車安全主要決定于電池系統(tǒng)。而電池系統(tǒng)安全從系統(tǒng)設計（機械安全、熱安全、電氣安全）、安全測試、生產(chǎn)制造三階段來保證。

從設計抓起

電池系統(tǒng)應具備足夠的機械強度，保證在整車正常使用的生命周期內(nèi)不會因振動、機械沖擊等工況引發(fā)安全風險。針對于整車碰撞衍生出電池系統(tǒng)碰撞、擠壓工況，需要結(jié)合整車設計及電池系統(tǒng)安裝位置有針對性的進行結(jié)構(gòu)設計，以保證電池系統(tǒng)的機械安全。

應分析碰撞過程中電池箱體及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)（電池模組、高低壓線束）產(chǎn)生的最大變形情況，并結(jié)合電池模組允許的最大變形量來判斷碰撞過程中的安全風險;應具有吸能效果的結(jié)構(gòu)設計，設計時應考慮相應材料的塑性要求;應具有合理的內(nèi)部加強筋設計，提高整體結(jié)構(gòu)強度;考慮電連接件的可靠性，避免碰撞過程中發(fā)生短路風險;提高熱管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)強度，增加防護設計，避免碰撞過程中冷卻液泄露風險。

電池系統(tǒng)設計滿足相應的剛度、強度要求，如外圍采用防撞梁結(jié)構(gòu);合理的電池系統(tǒng)內(nèi)部安全距離設計;合理的熱管理系統(tǒng)布置，建議液冷系統(tǒng)水管布置避開易碰撞側(cè);進行合理的電氣系統(tǒng)布置，電池系統(tǒng)內(nèi)的高低壓線束的走線路徑應盡量與電池系統(tǒng)的非變形區(qū)域結(jié)構(gòu)相連接，同時應加強絕緣防護及線束固定。

采用合理的底部裝甲或防護板設計;箱體接插件端防護較薄弱，且易受沙石沖擊，建議增加防護板遮擋。

通過熱管理系統(tǒng)對電池系統(tǒng)進行加熱、散熱、均衡、保溫;電池系統(tǒng)內(nèi)部要有防止熱擴散的結(jié)構(gòu)設計;關鍵部件的阻燃設計;來確保電池系統(tǒng)的熱安全。

根據(jù)鋰離子電池結(jié)構(gòu)及工作原理可知，無論在高溫或是低溫，都有引發(fā)電池熱失控的風險，而電池熱管理系統(tǒng)的設計目標就是結(jié)合 BMS 控制策略和調(diào)整功能，控制電芯工作在舒適溫度范圍內(nèi)、并降低電芯之間的溫差實現(xiàn)性能均衡，從而保證系統(tǒng)熱安全并延長系統(tǒng)壽命。要實現(xiàn)以上目標，需從冷卻、加熱、保溫三個方面進行設計，同時還需保證整個系統(tǒng)的氣密安全，不允許發(fā)生冷卻液泄露。

此外，電池間的電連接也會影響熱失控擴散。為延緩熱失控擴散，延長乘員逃生時間，電池系統(tǒng)的零部件應盡量選用阻燃等級較高或者不燃燒的材料，這樣即使在熱失控的極端環(huán)境下，這些零部件至少不會進一步加劇反應。

電氣絕緣方面，電池系統(tǒng)的絕緣設計應滿足 GB/T18384 或企業(yè)要求;通過絕緣材料來提供觸電防護的，則電氣系統(tǒng)的帶電部分應當全部用絕緣體覆蓋;絕緣材料應能承受電動汽車及其系統(tǒng)的溫度等級和最大工作電壓;絕緣體應有足夠的耐電壓能力，進行耐電壓試驗不應發(fā)生絕緣擊穿或電弧現(xiàn)象。

測試需要“火眼金睛”

電池系統(tǒng)級驗證主要是驗證電池系統(tǒng)完整的性能和功能，可考慮以下幾個方面：

按照 GB 31467.3-2015 要求，通過振動、機械沖擊、跌落、翻轉(zhuǎn)、模擬碰撞、擠壓、溫度沖擊、溫熱循環(huán)、海水浸泡、外部火燒、鹽霧、高海拔、過溫保護、短路保護、過充電保護、過放電保護測試。

建議進行帶載振動試驗，充分發(fā)掘連接異常及溫升異常，評估安全可靠性（振動時充放電）。建議進行動態(tài) IP 模擬測試（振動、沖擊整車涉水等）。建議采用同一測試樣品在環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、振動狀態(tài)下同步進行多因素應力綜合評估，評估完成后對該測試樣品再進行 IP 防護等級評估，應能夠滿足 IP 防護等級的要求。

生產(chǎn)過程“防微杜漸”

電池系統(tǒng)生產(chǎn)過程中的安全防護要求，包括嚴格按照工藝流程裝配，裝配過程中避免出現(xiàn)壓線等現(xiàn)象，防止操作中短路。生產(chǎn)及轉(zhuǎn)運過程中應對單體、模組、系統(tǒng)及關鍵部件（熔斷器、接觸器等）進行必要的防護，避免因磕碰、跌落等造成安全隱患。生產(chǎn)及轉(zhuǎn)運過程中裸露的 BMS 或采集板應進行有效的靜電防護。

電池系統(tǒng)宜具備手動維修開關或 Fuse。生產(chǎn)及轉(zhuǎn)運過程中，電池系統(tǒng)上的維修開關應當拔掉插頭并蓋上防護蓋，確保切斷電池系統(tǒng)對外的高壓輸出，電池系統(tǒng)上的高壓連接器應裝有防護蓋，確保操作人員安全。

對模組、殼體的連接硬點進行必要的防護，避免因部件變形造成緊固點失效。對柔性或易變形部件（如密封墊、發(fā)泡硅膠）等進行工裝防護，避免因部件變形造成失效。電池系統(tǒng)內(nèi)部應對帶電部件及連接點進行有效的防護，滿足 GB 4208 中規(guī)定的 IPXXB 防護等級要求，防止在生產(chǎn)或維護過程中因人員誤觸導致的安全隱患。