動力電池安全設(shè)計的目標(biāo) - 動力電池系統(tǒng)構(gòu)成及所面臨安全風(fēng)險

　　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。

　　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(yùn)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(yùn)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。

　　3）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(shí)/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(shí)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(yùn)行、運(yùn)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(fèi)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(shí)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(xiàng)要求超過60項(xiàng)。 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(fèi)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(xiàng)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(xiàng)。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(fèi)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(xiàng)，推薦性汽車安全標(biāo)準(zhǔn)126項(xiàng)。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(shí)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(shí)際試驗(yàn)確定了C-NCAP的試驗(yàn)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?yàn)榕f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(yùn)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(diǎn)。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。