我國電動汽車動力電池安全標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及展望*

舒 強(qiáng)，王藝帆，梁 元

（公安部道路交通安全研究中心，北京 100062）

前言

受益于國家政策支持和技術(shù)進(jìn)步，近年來我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展。截至2021年底，國內(nèi)新能源汽車保有量達(dá)784萬輛，其中純電動汽車640萬輛，占總量的82%［1］。目前電動汽車基本采用鋰離子動力電池。動力電池的制造成本約占電動汽車整車制造成本的40%［2］，對電動汽車的安全性、動力性、續(xù)航里程和使用壽命起著決定性作用，是最關(guān)鍵的核心部件。但當(dāng)前動力電池安全隱患問題突出，因其燃燒爆炸導(dǎo)致的電動汽車火災(zāi)事故是行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。

標(biāo)準(zhǔn)化工作在促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級、保障產(chǎn)品質(zhì)量安全等方面起著重要作用。電動汽車的動力電池是關(guān)系到生命財(cái)產(chǎn)安全的產(chǎn)品，更需要建立完善的安全標(biāo)準(zhǔn)體系，以保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、性能可靠。從20世紀(jì)90年代，全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會電動車輛分技術(shù)委員會便開展了動力電池標(biāo)準(zhǔn)化的研究工作［3］。20多年間，伴隨著產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程推進(jìn)、技術(shù)工藝創(chuàng)新、產(chǎn)品迭代升級、應(yīng)用管理經(jīng)驗(yàn)積累等，國內(nèi)先后制、修訂了20多項(xiàng)動力電池安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，涉及動力電池的安全性與測試方法、管理系統(tǒng)、遠(yuǎn)程服務(wù)與管理、電池箱、整車碰撞、消防安全和應(yīng)急救援等多個(gè)方面，為保障電動汽車運(yùn)行安全發(fā)揮了重要作用，同時(shí)也推動了國內(nèi)動力電池安全標(biāo)準(zhǔn)研究躋身于國際領(lǐng)先行列。2018年我國曾作為非正式工作組的副主席國家主導(dǎo)完成了電動汽車動力電池安全全球技術(shù)法規(guī)（UN GTR 20）的制、修訂工作。

但受限于整體安全技術(shù)研究水平，動力電池安全尤其是熱安全仍然是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，也是制約動力電池乃至電動汽車行業(yè)發(fā)展的瓶頸。安全標(biāo)準(zhǔn)一般滯后于行業(yè)和技術(shù)發(fā)展，在動力電池安全領(lǐng)域具體表現(xiàn)為現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)絕大多數(shù)為推薦性標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)要兼顧行業(yè)的平均技術(shù)水平，執(zhí)行效力不強(qiáng)［4］。鑒于鋰離子電池是當(dāng)前電動汽車最主要的動力電池類型，本文中梳理了鋰離子電池行業(yè)和安全技術(shù)發(fā)展情況，分析了相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷史沿革、面臨挑戰(zhàn)和完善建議，展望并提出了安全標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展意見。

1 動力電池行業(yè)和安全標(biāo)準(zhǔn)狀況

1.1 動力電池行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r

國內(nèi)電動汽車動力電池的發(fā)展先后經(jīng)歷了鉛酸電池、鎳鎘與鎳氫電池和鋰離子電池的歷程［5］。鋰離子電池是以碳材料為負(fù)極、含鋰化合物為正極、在充放電過程中只有鋰離子存在的一種蓄電池［6］，具有循環(huán)壽命長、輸出電壓高、能量密度高、無記憶效應(yīng)、自放電率低、可快速充放電等優(yōu)點(diǎn)［7］。按照正極材料不同，鋰離子電池主要有三元電池、磷酸鐵鋰電池等。2021年，國內(nèi)動力電池總裝機(jī)量為154.5 GW·h，其中三元電池為74.3 GW·h，占比48.1%；磷酸鐵鋰電池為79.8 GW·h，占比51.7%［8］。得益于制造工藝提升、新材料應(yīng)用，近年來鋰離子電池能量密度顯著提升。2020年電動乘用車電池系統(tǒng)平均能量密度達(dá)152.6 W·h∕kg，平均續(xù)航里程391.4 km，比2017年分別提升了46.3%和85.0%［9］。電動汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展對汽車的動力性、續(xù)航里程的要求不斷增高，將推動動力電池的能量密度繼續(xù)提升。

1.2 動力電池安全問題

鋰離子電池能量密度提升受限于安全問題。隨著能量密度提升，鋰離子電池運(yùn)行過程中的產(chǎn)熱和溫升會相應(yīng)提高［10］；隨著循環(huán)使用次數(shù)增加，鋰離子電池?zé)岱€(wěn)定性將逐漸下降［11］，因此能量密度越大，安全性越差。近年來涉及鋰離子電池的新能源汽車火災(zāi)事故時(shí)有發(fā)生［12］，僅2020年被媒體公開報(bào)道的就有124起，相比2019年的99起有明顯提升［13］。電動汽車火災(zāi)事故基本是由動力電池?zé)崾Э匾l(fā)的［14］。當(dāng)單體電池發(fā)生內(nèi)短路、內(nèi)部產(chǎn)熱遠(yuǎn)大于散熱，將導(dǎo)致內(nèi)部溫度快速升高，觸發(fā)熱失控［15］。影響熱失控的因素可分為內(nèi)外兩方面，內(nèi)因包括動力電池的本征安全和產(chǎn)品質(zhì)量，外因是指動力電池使用過程中的機(jī)械和電氣等濫用。

1.2.1 內(nèi)部因素

鋰離子電池充放電時(shí)的脫嵌鋰會產(chǎn)生材料形變，內(nèi)阻會產(chǎn)生焦耳熱，使得內(nèi)部出現(xiàn)機(jī)械應(yīng)力與熱應(yīng)力，這是引發(fā)內(nèi)短路及電化學(xué)性能衰退的重要原因［16］；其關(guān)鍵組成材料電解液、隔膜、負(fù)極等均有易燃性，且大量單體電池緊湊串并聯(lián)運(yùn)行在封閉空間，更增加了安全風(fēng)險(xiǎn)。高能量密度、正負(fù)極嵌入反應(yīng)、組成材料易燃、工作空間緊湊密封等特征，決定了鋰離子電池先天性存在熱失控安全隱患。另外，鋰離子電池是大面積薄膜類電化學(xué)器件，生產(chǎn)一致性受材料、工藝、質(zhì)控能力等多因素影響，各種因素產(chǎn)生的不一致性還會累加［17］。單體電池的不一致性外在呈現(xiàn)在容量、電阻、電壓等電性能參數(shù)上。容量、電壓的差異會導(dǎo)致充放電深度不同，電阻的差異會導(dǎo)致產(chǎn)熱不均，造成電池衰減水平分化，加劇單體電池間的不一致性，加速電池組老化，擴(kuò)大電池系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)［18］。

1.2.2 外部因素

鋰離子電池在使用過程中，誘發(fā)熱失控的主要原因是機(jī)械濫用和電濫用。鋰離子電池單體會因碰撞、擠壓產(chǎn)生機(jī)械濫用。當(dāng)電池受損程度輕時(shí)，損傷會在后續(xù)循環(huán)使用中放大，導(dǎo)致失效，嚴(yán)重時(shí)會造成殼體開裂、電解液泄漏，甚至內(nèi)短路進(jìn)而發(fā)生起火、爆炸［19］；電濫用主要有過充電、過放電、外短路等情形，其中過充電最容易引發(fā)熱失控，在過充電過程中，將先后出現(xiàn)電壓不斷上升、正極材料破壞、容量下降、溫度快速上升，嚴(yán)重時(shí)內(nèi)部將產(chǎn)生大量氣體，導(dǎo)致電池膨脹、破裂，甚至起火、爆炸。

1.3 動力電池安全技術(shù)研究情況

對于鋰離子電池?zé)岚踩陙韲鴥?nèi)外開展了大量研究，取得了一定的理論和試驗(yàn)成果。在本征安全和產(chǎn)品質(zhì)量方面，研究方向涉及正負(fù)極、電解液、隔膜等使用更安全的材料，以及材料顆粒、極片微結(jié)構(gòu)、電極平面、單體電芯等不同尺度的生產(chǎn)一致性；在安全管理方面，研究方向主要是動力電池的運(yùn)行狀態(tài)評估、故障預(yù)警和干預(yù)，以及發(fā)生熱失控后的延緩擴(kuò)展和蔓延等。但鋰離子電池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)非常復(fù)雜，通常是電、機(jī)、熱等多種應(yīng)力相互耦合共同作用的結(jié)果［20］，現(xiàn)有研究仍處于探索發(fā)展階段，無法從根本上解決熱失控問題［21］。

1.4 動力電池安全標(biāo)準(zhǔn)概況

標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)和技術(shù)發(fā)展相輔相成，技術(shù)發(fā)展是標(biāo)準(zhǔn)化的前提，標(biāo)準(zhǔn)化是提高整體技術(shù)水平的保障。從熱安全問題產(chǎn)生原因及危害影響分析，動力電池安全除了受產(chǎn)品本身安全性影響外，還與使用過程中的維護(hù)管理，以及整車、電池箱、消防系統(tǒng)等關(guān)聯(lián)部件有關(guān)，是個(gè)系統(tǒng)工程，但受限于技術(shù)研究水平，目前無法從任何單一方面解決。因此，國內(nèi)相關(guān)單位從提高動力電池安全性，確保運(yùn)行在安全區(qū)間，提高機(jī)械安全防護(hù)，以及發(fā)生熱事故后乘員保護(hù)、消防滅火等方面出發(fā)，制定標(biāo)準(zhǔn)，形成了動力電池安全標(biāo)準(zhǔn)體系。

國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)體系通常采用強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)體系和推薦性標(biāo)準(zhǔn)體系相結(jié)合的形式［22］。強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)是指國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，一般涉及人身和財(cái)產(chǎn)安全的標(biāo)準(zhǔn)為強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)；推薦性標(biāo)準(zhǔn)是指能夠滿足基礎(chǔ)通用、對行業(yè)起引領(lǐng)作用、與強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)配套的標(biāo)準(zhǔn)，包括國家推薦性標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是國家標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充，用于統(tǒng)一單個(gè)行業(yè)的技術(shù)要求。長期以來，國內(nèi)動力電池安全標(biāo)準(zhǔn)基本為推薦性標(biāo)準(zhǔn)，在2020年才發(fā)布實(shí)施第1批國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的技術(shù)要求的發(fā)生時(shí)機(jī)，可以將動力電池安全標(biāo)準(zhǔn)劃分本征安全、主動防護(hù)安全、被動防護(hù)安全等3個(gè)類別。其中，本征安全是動力電池能夠抑制外界擾動而引起不安全行為的能力［23］，旨在從根本上解決熱失控等安全問題；主動防護(hù)安全是應(yīng)用電池管理系統(tǒng)、遠(yuǎn)程運(yùn)營服務(wù)和監(jiān)管等技術(shù)，控制動力電池在符合其本征安全的環(huán)境下運(yùn)行，預(yù)警可能的安全風(fēng)險(xiǎn)，并采取干預(yù)措施；被動防護(hù)安全是指動力電池發(fā)生熱失控后，及時(shí)采取滅火降溫等措施，控制電池?zé)崃酷尫拧U(kuò)散，保護(hù)駕乘人員安全，以及在發(fā)生碰撞事故時(shí)，保護(hù)動力電池系統(tǒng)免受機(jī)械損壞等。圖1為動力電池安全標(biāo)準(zhǔn)體系框架。

圖1 動力電池安全標(biāo)準(zhǔn)體系框架

2 本征安全標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及存在問題

鋰離子電池自20世紀(jì)90年代便開始規(guī)模化商業(yè)應(yīng)用，但直到近幾年才開始作為電動汽車的主要?jiǎng)恿﹄姵貞?yīng)用［24］。國內(nèi)鋰離子電池本征安全標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展經(jīng)過了4個(gè)階段。2001年國家發(fā)布了指導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn)GB∕Z 18333.1—2001《電動道路車輛用鋰離子蓄電池》和推薦性標(biāo)準(zhǔn)GB∕T 18384.1—2001《電動汽車安全要求第1部分：車載儲能裝置》；2006年，汽車行業(yè)對鋰離子電池單體和電池組的安全性提出更全面的要求，推出行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC∕T 743—2006《電動汽車用鋰離子蓄電池》；隨著技術(shù)進(jìn)步和大規(guī)模應(yīng)用實(shí)踐，鋰離子電池安全標(biāo)準(zhǔn)開始呈體系化發(fā)展，2015年國家發(fā)布了6項(xiàng)鋰離子電池相關(guān)推薦性標(biāo)準(zhǔn)，包括GB∕T 31467.1.2.3電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統(tǒng)高功率、高能量、安全性要求及測試規(guī)程等系列標(biāo)準(zhǔn)，GB∕T 31484、GB∕T 31485、GB∕T 31486電動汽車用動力蓄電池循環(huán)壽命、安全要求、性能要求和試驗(yàn)方法等；2020年，基于對國內(nèi)外電動汽車安全事故總結(jié)和實(shí)測試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并通過與GTR20、ECE R100、ISO 6469-1、IEC62660-2∕3等最新國際標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)協(xié)調(diào)，在 原 有 國 家 推 薦 性 標(biāo) 準(zhǔn)GB∕T 31485、GB∕T 31467.3的基礎(chǔ)上，我國制定了首個(gè)動力電池國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB 38031—2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》［25］，強(qiáng)化了動力電池包和系統(tǒng)的安全性，要求動力電池包或系統(tǒng)通過熱穩(wěn)定性、機(jī)械安全、使用環(huán)境安全、功能安全等4個(gè)方面的16項(xiàng)可能導(dǎo)致安全風(fēng)險(xiǎn)的測試項(xiàng)目。測試項(xiàng)目模擬了動力電池包或系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用場景，測試條件和要求更符合電動汽車實(shí)際運(yùn)行安全需求。相比國外IEC 62660-2：2018等同類標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)增添了外部火燒、熱擴(kuò)散保護(hù)、模擬碰撞、擠壓、濕熱循環(huán)、浸水、溫度沖擊、鹽霧、高海拔，以及過溫、過流、外部短路、過充電、過放電保護(hù)等安全性要求［26］。考慮到電動客車載客較多，國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB 38032—2020《電動客車安全要求》［27］還要求電動客車動力電池系統(tǒng)必須通過加熱觸發(fā)熱失控安全性試驗(yàn)。表1為鋰離子動力電池不同發(fā)展階段的安全性及其測試要求。

表1 鋰離子動力電池不同發(fā)展階段的安全性和測試要求

上述標(biāo)準(zhǔn)對突發(fā)事件或?yàn)E用情況下的新出廠動力電池本征安全給出了統(tǒng)一要求［28］。但鋰離子電池在循環(huán)使用過程中，會因內(nèi)阻上升和容量下降引發(fā)緩變故障，使電池呈持續(xù)的性能衰減。同時(shí)隨著運(yùn)營里程增加和容量衰減，電池累計(jì)高溫工況會逐漸增加，影響電池的健康度［29］。因此，從全生命周期來看，運(yùn)行中后期是動力電池發(fā)生熱失控的高發(fā)期，需要著重預(yù)防［30］。目前缺少適用于在用動力電池安全性及測試的標(biāo)準(zhǔn)。

另外，動力電池生產(chǎn)一致性與其內(nèi)阻、容量、溫度、SOC和老化程度有強(qiáng)關(guān)聯(lián)性［31］，是產(chǎn)品質(zhì)量可靠性的重要指標(biāo)。目前動力電池生產(chǎn)一致性問題難以避免［32］，通常由各電池企業(yè)通過自身質(zhì)量控制體系將生產(chǎn)一致性問題控制在合理范圍，但行業(yè)內(nèi)還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，各電池企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。工業(yè)和信息化部在2018、2020年先后組織了兩次電動汽車動力電池安全隱患抽查行動［33］，并于2021年修訂了《鋰離子電池行業(yè)規(guī)范條件（2021版）》，提出了電極涂覆、烘干、毛刺控制、注液環(huán)境控制，以及單體電池電壓、電阻一致性控制精度等生產(chǎn)工藝和質(zhì)量管理意見。但這些意見是引導(dǎo)性的，未強(qiáng)制要求電池企業(yè)執(zhí)行。

3 主動防護(hù)安全標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及存在問題

應(yīng)用電池管理系統(tǒng)等主動防護(hù)安全技術(shù)，實(shí)現(xiàn)動力電池?zé)崾Э匮信蓄A(yù)警，是當(dāng)前提高鋰離子電池運(yùn)行安全的可行措施［34］。

3.1 電池管理系統(tǒng)

電池管理系統(tǒng)是管理動力電池工作條件的設(shè)備，用于實(shí)時(shí)采集電池系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，分析是否超過安全閾值，實(shí)現(xiàn)對動力電池運(yùn)行安全監(jiān)測和預(yù)警［35］。2011年汽車行業(yè)就發(fā)布了行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)QC∕T 897—2011《電動汽車用電池管理系統(tǒng)技術(shù)條件》，2020年又升級為兩項(xiàng)國家推薦性標(biāo)準(zhǔn)GB∕T 38661—2020《電動汽車用電池管理系統(tǒng)技術(shù)條件》［36］、GB∕T 39086—2020《電動汽車用電池管理系統(tǒng)功能安全要求及試驗(yàn)方法》［37］，要求電池管理系統(tǒng)能夠獲取電池單體或系統(tǒng)電壓、系統(tǒng)電流和溫度等運(yùn)行狀態(tài)信息，具有故障診斷、記錄、處理等功能，實(shí)現(xiàn)防止電池單體過充、過放后再充電、過溫以及電池系統(tǒng)過流等安全目標(biāo)。

但現(xiàn)有電池管理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)不是國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，也沒有相關(guān)政策性文件要求強(qiáng)制執(zhí)行［38］。要實(shí)現(xiàn)主動防護(hù)安全，對于狀態(tài)檢測、性能評估、安全保護(hù)等功能需求也有待完善。在狀態(tài)監(jiān)測方面，受制于成本限制，無法采集全部單體電池溫度，實(shí)際的溫度最高點(diǎn)位置很可能與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的預(yù)設(shè)溫度采集點(diǎn)位置不一致；同時(shí)由于鋰離子電池外部特性與內(nèi)部機(jī)理關(guān)聯(lián)研究還不成熟，采集的電池表面溫度難以準(zhǔn)確反映內(nèi)部真實(shí)狀態(tài)。在狀態(tài)評估方面，標(biāo)準(zhǔn)未要求電池管理系統(tǒng)要具有功率狀態(tài)（state of power，SOP）的估算功能。在安全保護(hù)方面的重點(diǎn)是保證動力電池系統(tǒng)在安全區(qū)域運(yùn)行，如鋰離子電池適宜工作溫度在25～45℃之間，過高過低都會對安全性產(chǎn)生影響［39］，但標(biāo)準(zhǔn)未要求具備相應(yīng)的熱管理功能。

3.2 遠(yuǎn)程服務(wù)與管理要求

為加強(qiáng)電動汽車運(yùn)行安全監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測，對發(fā)現(xiàn)的故障預(yù)警及時(shí)處置，2016年國家發(fā)布實(shí)施了《電動汽車遠(yuǎn)程服務(wù)與管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》系列推薦性標(biāo)準(zhǔn)，由3部分組成，分別規(guī)定了電動汽車遠(yuǎn)程服務(wù)與管理系統(tǒng)的技術(shù)要求［40］、車載終端的技術(shù)要求和試驗(yàn)方法［41］，以及系統(tǒng)協(xié)議結(jié)構(gòu)、通信連接、數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)與定義和數(shù)據(jù)單元格式與定義［42］等。依托該系列標(biāo)準(zhǔn)建立的國家電動汽車遠(yuǎn)程服務(wù)與管理平臺能夠收集7類共計(jì)約61項(xiàng)車端信號，包括了電流、電壓、溫度等12項(xiàng)涉及安全故障的數(shù)據(jù)。2017年工業(yè)和信息化部發(fā)布進(jìn)一步做好新能源汽車推廣應(yīng)用安全監(jiān)管工作的通知，要求國內(nèi)電動汽車企業(yè)搭建企業(yè)端平臺，并完成與國家平臺的對接。截至2022年1月，國家電動汽車遠(yuǎn)程服務(wù)與管理平臺累計(jì)接入車輛突破710萬輛，日均上線率為68.8%，日均總行駛里程超過3億km［43］。

電動汽車遠(yuǎn)程服務(wù)與管理平臺具備實(shí)時(shí)接收動力電池運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的功能，能夠累積形成動力電池全生命周期運(yùn)行狀態(tài)大數(shù)據(jù)。相關(guān)機(jī)構(gòu)應(yīng)用監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)測電動汽車安全隱患準(zhǔn)確度達(dá)到80%［44］。但現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)僅要求采集動力電池運(yùn)行數(shù)據(jù)的采樣周期不大于1 s，同時(shí)基于隱私保護(hù)要求，對于私家車只有在故障預(yù)警時(shí)才將完整的監(jiān)測數(shù)據(jù)傳遞到平臺，運(yùn)行數(shù)據(jù)采集頻次低，對于占絕大多數(shù)的私家車運(yùn)行數(shù)據(jù)采集不連續(xù)、歷史數(shù)據(jù)嚴(yán)重缺失等，導(dǎo)致無法實(shí)施有效的安全監(jiān)管和安全事故分析［45］。如2020年發(fā)生的電動汽車無征兆類自燃事故占比高達(dá)90%，但無法通過運(yùn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)分析認(rèn)定事故原因［46］，監(jiān)測數(shù)據(jù)顆粒度不足是重要原因之一。

4 被動防護(hù)安全標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及存在問題

4.1 機(jī)械安全防護(hù)

電動汽車在運(yùn)行時(shí)難免會發(fā)生碰撞事故，這要求整車和動力電池系統(tǒng)必須具有對于機(jī)械濫用情況的容限［16］。電池箱是用于承載動力電池系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，對保護(hù)動力電池系統(tǒng)的機(jī)械安全，并在出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)時(shí)隔絕危險(xiǎn)源與駕乘人員發(fā)揮著重要作用［45］。2014年，汽車行業(yè)制定了行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)QC∕T 989—2014《電動汽車用動力蓄電池箱通用要求》［47］，規(guī)定了電池箱的一般要求、安全要求、機(jī)械強(qiáng)度、外觀與尺寸、耐環(huán)境要求、組裝要求、試驗(yàn)方法等，明確了對動力電池系統(tǒng)的安全防護(hù)能力。2015年發(fā)布實(shí)施的國家推薦性標(biāo)準(zhǔn)GB∕T 31498—2015《電動汽車碰撞后安全要求》［48］規(guī)定了電動汽車發(fā)生正面和側(cè)面碰撞時(shí)對動力電池的安全防護(hù)要求，包括碰撞試驗(yàn)結(jié)束30 min內(nèi)動力電池不起火、不爆炸，從電池溢出的電解液不應(yīng)超過5 L，不應(yīng)有電解液溢出到乘員艙；乘員艙內(nèi)的動力電池保持在安裝位置、電池部件保持在其外殼內(nèi)，乘員艙外的不進(jìn)入乘員艙等，這對電動汽車整車結(jié)構(gòu)、電池箱等對電池系統(tǒng)機(jī)械安全的防護(hù)能力提出了更高要求；考慮到部分電動汽車動力電池位于車輛后部，2019年又啟動該標(biāo)準(zhǔn)的修訂工作，增加了電動汽車發(fā)生后部碰撞時(shí)對動力電池安全防護(hù)要求。另外，考慮到客車側(cè)翻事故多發(fā)，GB 38032—2020《電動客車安全要求》還要求客車上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要滿足在側(cè)翻試驗(yàn)條件下對動力電池系統(tǒng)的安全防護(hù)要求。

電動汽車絕大多數(shù)是乘用車型，其動力電池系統(tǒng)一般安裝在車輛中部位置的底盤上。但底盤是乘用車最容易受到磕碰損傷的部位，目前還沒有標(biāo)準(zhǔn)明確發(fā)生底盤磕碰事故時(shí)對電池系統(tǒng)的安全防護(hù)要求。

4.2 消防安全和救援

動力電池發(fā)生熱失控后會出現(xiàn)溫度升高、噴出煙霧氣體等現(xiàn)象，因此火災(zāi)消防領(lǐng)域通過監(jiān)測元件探測電池箱內(nèi)溫度、氣體、煙霧等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)判斷是否發(fā)生熱失控，以實(shí)現(xiàn)熱失控及時(shí)預(yù)警，盡可能早地啟動滅火降溫裝置［49］。交通運(yùn)輸行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)JT∕T 1026—2021《純電動城市客車通用技術(shù)條件》［50］要求純電動城市客車的動力電池系統(tǒng)（或安裝艙體）應(yīng)配置具有火災(zāi)報(bào)警功能及滅火功能的自動滅火裝置。公安部消防產(chǎn)品合格評定中心制定的消防產(chǎn)品技術(shù)鑒定通用技術(shù)條件CCCF∕XFJJ-01《電動客車動力鋰離子電池箱火災(zāi)防控裝置通用技術(shù)要求》［51］，適用于安裝在電動客車磷酸鐵鋰動力電池箱內(nèi)的火災(zāi)防控裝置的技術(shù)鑒定，要求火災(zāi)防控裝置能對電池箱內(nèi)有可能引發(fā)火災(zāi)的一氧化碳?xì)怏w濃度、電池表面溫度等危險(xiǎn)源征兆進(jìn)行探測，根據(jù)一氧化碳?xì)怏w濃度進(jìn)行預(yù)警，根據(jù)電池表面溫度啟動火災(zāi)抑制介質(zhì)噴放功能。另外，國家推薦性標(biāo)準(zhǔn)GB∕T 38283—2019《電動汽車災(zāi)害事故應(yīng)急救援指南》［52］規(guī)定了電動汽車動力電池發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)的滅火和救援指導(dǎo)，包括消防滅火劑使用、滅火戰(zhàn)術(shù)等，適用于救援人員開展電動汽車著火事故的救援工作。

從上述標(biāo)準(zhǔn)來看，現(xiàn)有動力電池消防安全標(biāo)準(zhǔn)適用的車型和動力電池類型較少，同時(shí)考慮到不同的電池故障析出的氣體類型和析出氣體的先后順序不同，現(xiàn)有消防標(biāo)準(zhǔn)也無法兼容動力電池的各類事故案例［50］。

5 動力電池安全標(biāo)準(zhǔn)完善意見和展望

5.1 動力電池安全標(biāo)準(zhǔn)完善意見

（1）在本征安全方面，對于在用的鋰離子動力電池，亟需建立合理可行的安全性檢測評價(jià)要求，明確檢測評價(jià)指標(biāo)、方法、周期等，為實(shí)現(xiàn)全生命周期安全性測試評估提供依據(jù)；生產(chǎn)一致性是影響動力電池產(chǎn)品質(zhì)量可靠的關(guān)鍵因素，需要明確生產(chǎn)一致性問題嚴(yán)重程度的合理閾值，達(dá)成行業(yè)共識，形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，為電池企業(yè)組織生產(chǎn)和主管部門實(shí)施監(jiān)管提供依據(jù)。

（2）在主動防護(hù)安全方面，須進(jìn)一步完善電池管理系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測、性能評估、安全保護(hù)等功能，重點(diǎn)提高溫度數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和科學(xué)性，完善SOP估算、均衡管理、熱管理等功能要求；在動力電池遠(yuǎn)程服務(wù)和監(jiān)管方面，須增加動力電池運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集、上傳頻次，以提高采集數(shù)據(jù)的實(shí)用價(jià)值。

（3）在被動防護(hù)安全方面，須完善電動乘用車底盤和動力電池系統(tǒng)電池箱底部的碰撞安全性，以及適用于不同車型、電池類型、事故情形的電池箱自動滅火裝置配置要求。

5.2 展望

目前還沒有從根本上解決動力電池安全問題的技術(shù)方案，動力電池全生命周期都存在熱失控安全風(fēng)險(xiǎn)，這一風(fēng)險(xiǎn)還會隨著使用年限的延長而增大。應(yīng)用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的方法、設(shè)備、環(huán)境等，檢測動力電池的安全性存在費(fèi)用高、時(shí)間長、不便利、具有破壞性等問題，對于在用的電動汽車可操作性不強(qiáng)，無法有效實(shí)施。目前動力電池行業(yè)內(nèi)將“預(yù)防為主、滅火為輔”作為熱失控安全防護(hù)的設(shè)計(jì)原則。在研究領(lǐng)域，通過實(shí)時(shí)獲取動力電池運(yùn)行狀態(tài)信息，配合車輛基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、運(yùn)行環(huán)境、交通條件等數(shù)據(jù)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動下的動力電池系統(tǒng)故障診斷、預(yù)警，是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)［53］，被認(rèn)為是改善動力電池?zé)岚踩珕栴}的可行技術(shù)路線［54］，這在國家政策方面得到認(rèn)同。2021年，工業(yè)和信息化部將提升動力電池?zé)崾Э貓?bào)警、完善電動汽車遠(yuǎn)程服務(wù)與管理系列標(biāo)準(zhǔn)等納入2022年汽車標(biāo)準(zhǔn)化工作要點(diǎn)；2022年3月，工業(yè)和信息化部、公安部等五部委發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)新能源汽車企業(yè)安全體系建設(shè)的指導(dǎo)意見》，將研究動力電池運(yùn)行安全閾值邊界，應(yīng)用安全預(yù)警方法、熱失控實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警裝置、早期抑制及滅火措施，以及挖掘運(yùn)行數(shù)據(jù)提高運(yùn)行安全狀態(tài)監(jiān)測平臺效能等，作為提高電動汽車安全性的重要措施。

現(xiàn)有電動汽車遠(yuǎn)程服務(wù)與管理平臺為開展數(shù)據(jù)驅(qū)動的動力電池健康度估算、故障診斷和預(yù)警提供了基礎(chǔ)條件。但挖掘應(yīng)用這些海量數(shù)據(jù)的實(shí)用價(jià)值，還需要做好以下工作：

（1）研制動力電池安全監(jiān)測預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)。在提高動力電池運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、上傳頻次的基礎(chǔ)上，研究完善動力電池運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)項(xiàng)、采集方法、安全狀態(tài)邊界閾值、安全風(fēng)險(xiǎn)評估模型和預(yù)警處置措施等，制定專用標(biāo)準(zhǔn)“動力電池運(yùn)行安全動態(tài)監(jiān)測預(yù)警技術(shù)”，將對實(shí)現(xiàn)動力電池全生命周期的安全監(jiān)管有著重要意義。

（2）創(chuàng)新動力電池安全檢驗(yàn)?zāi)Ｊ健C(jī)動車“年檢”是我國機(jī)動車安全管理的基本制度，具有強(qiáng)制性實(shí)車檢驗(yàn)的特點(diǎn)，但適用于機(jī)動車“年檢”的GB 38900—2020《機(jī)動車安全技術(shù)檢驗(yàn)項(xiàng)目和方法》［55］僅將動力電池系統(tǒng)外殼完好性和電解液是否泄漏納入了定期檢驗(yàn)項(xiàng)目，對動力電池安全性檢驗(yàn)?zāi)芰Σ蛔恪？紤]到遠(yuǎn)程監(jiān)測預(yù)警技術(shù)也有待完善，當(dāng)前可以充分發(fā)揮線上監(jiān)測評估和線下實(shí)車檢驗(yàn)的技術(shù)優(yōu)勢，采取線上建立大數(shù)據(jù)視角下的評估預(yù)警，為線下實(shí)車檢驗(yàn)提供更加精準(zhǔn)的安全隱患識別指引，提高線下檢驗(yàn)的針對性和科學(xué)性，形成“線上主動預(yù)警、線下隱患消除”的動力電池安全檢驗(yàn)新模式。