加強(qiáng)定期安全檢驗(yàn)保證在用電動(dòng)汽車安全運(yùn)行

朱 琳， 鄧 巍

（1.安徽夏陽機(jī)動(dòng)車輛檢測(cè)股份有限公司，合肥230000，中國；2.安徽五元科技發(fā)展有限責(zé)任公司，合肥230000，中國）

加強(qiáng)定期安全檢驗(yàn)保證在用電動(dòng)汽車安全運(yùn)行

朱 琳1， 鄧 巍2

（1.安徽夏陽機(jī)動(dòng)車輛檢測(cè)股份有限公司，合肥230000，中國；2.安徽五元科技發(fā)展有限責(zé)任公司，合肥230000，中國）

新能源汽車的保有量不斷增加，隨之而來的安全問題也日益突出。特別是電動(dòng)汽車陸續(xù)出現(xiàn)運(yùn)行安全事故，或由道路安全事故引發(fā)出事故的案例逐漸增多。通過對(duì)部分案例的分析，可以得出以下結(jié)論：我國現(xiàn)行車輛安全定期檢驗(yàn)制度，對(duì)在用電動(dòng)汽車并未設(shè)定有針對(duì)性的檢驗(yàn)項(xiàng)目、判定標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法，導(dǎo)致目前在用電動(dòng)汽車的某些安全運(yùn)行項(xiàng)目處于失控狀態(tài)。

電動(dòng)汽車；電池系統(tǒng)；定期安全檢驗(yàn)

近年來，隨著我國大力實(shí)施新能源戰(zhàn)略，新能源汽車成為汽車行業(yè)發(fā)展的主要方向。2016年新能源汽車銷售量達(dá)50.7萬輛，產(chǎn)銷量同比增長53%。目前我國的新能源汽車保有量達(dá)100多萬輛，占全球新能源汽車保有量的50%以上。隨著新能源汽車的保有量快速增長，上路行駛的車輛安全運(yùn)行狀況逐步成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。

我國新能源汽車的發(fā)展路徑以純電動(dòng)汽車為主。近年來國內(nèi)外已發(fā)生多起電動(dòng)汽車安全事故，電動(dòng)汽車自燃、爆炸現(xiàn)象并非孤例，包括全球最熱門的電動(dòng)汽車品牌。歸納起來，主要是源于行駛過程安全故障、靜態(tài)過程安全故障和充電過程安全故障導(dǎo)致。

1 近期發(fā)生的部分電動(dòng)汽車安全運(yùn)行事故案例分析

電動(dòng)汽車安全運(yùn)行事故以車輛碰撞后起火、或發(fā)生自燃為主。其根本原因，是由于電池配裝不適用于使用情況、猛烈撞擊導(dǎo)致電池破損，內(nèi)芯直接暴露在空氣中，或是電池過載超量充電，從而引起自燃。因此，電動(dòng)汽車發(fā)生起火、自燃事故，不是使用電池的必然結(jié)果，而是電池管理系統(tǒng)失控或是發(fā)生劇烈碰撞后電池包破損、電解液外漏的結(jié)果。

2013年10月18日，一輛特斯拉電動(dòng)汽車在墨西哥公路上高速行駛，發(fā)生碰撞后導(dǎo)致起火爆炸。特斯拉的電池組裝有近7000多只18650電芯（圖1），位于車輛底盤。在碰撞時(shí)18650電芯外殼與電池箱殼體產(chǎn)生碰撞及擠壓，勢(shì)必造成多處動(dòng)力電池組模組電路產(chǎn)生短路電流及電火花，由此產(chǎn)生的高溫將使電池連接片瞬間融化。同時(shí)，發(fā)生碰撞后電芯外殼被擠壓開裂或穿刺，有機(jī)電解液外流到電池箱體內(nèi)外、遇上電火花，必然會(huì)導(dǎo)致起火。

2014年2月初，一輛特斯拉Model S在加拿大多倫多居民車庫，靜態(tài)過程中車輛發(fā)生自燃。此現(xiàn)象分析起來原因比較復(fù)雜，概括為：低壓或高壓電器線路脫落，造成正負(fù)極短路，引起火災(zāi)；動(dòng)力電池箱體外殼與動(dòng)力電池正負(fù)極端口絕緣強(qiáng)度出現(xiàn)問題，產(chǎn)生較大漏電流，在漏電流較大點(diǎn)處出現(xiàn)高溫，引發(fā)火災(zāi)。

電動(dòng)客車已在公共交通中廣泛應(yīng)用，不容忽視的是，全國已有多起電動(dòng)客車自燃事故，其中一起就發(fā)生在我們的身邊。2014年2月10日上午9時(shí)，合肥市天水路與皇藏峪路交口南100米，一輛由南向北行駛的電動(dòng)公交車突然冒煙起火。

以上多起在行駛過程發(fā)生的安全故障，綜合分析原因包括：（1）電芯殼漏液，電解液外流；（2）動(dòng)力電池箱體外殼與動(dòng)力電池正負(fù)極端口絕緣強(qiáng)度較低，在出現(xiàn)較大漏電流處會(huì)產(chǎn)生高溫引發(fā)火災(zāi)；（3）在整車行駛過程中，整車控制器、BMS（電池管理系統(tǒng)）、安全監(jiān)控系統(tǒng)等均未協(xié)調(diào)一致，致使車輛帶病工作直至燃燒。

2015年4月26日，五洲龍A10純電動(dòng)大巴在深圳普天新能源的深圳灣加電站充電時(shí)，發(fā)生火災(zāi)。經(jīng)過專家組現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與勘驗(yàn)，此次安全故障直接原因是動(dòng)力電池充滿后，BMS（電池管理系統(tǒng)）主控模塊失效，沒有主動(dòng)停止充電信息，使系統(tǒng)沒有完成中斷充電功能。直至總電壓超過了充電機(jī)自身的保護(hù)限值后，才停止充電，此時(shí)電池已經(jīng)嚴(yán)重過充。造成多個(gè)電池箱先后發(fā)生動(dòng)力電池?zé)崾Э?、電解液泄漏，引起短路，?dǎo)致火災(zāi)。

通過對(duì)以上安全事故的案例分析，可以得出以下兩個(gè)觀點(diǎn)：

一是在電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)制造過程中，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)設(shè)計(jì)回訪，對(duì)使用環(huán)節(jié)出現(xiàn)的運(yùn)行安全事故進(jìn)行系統(tǒng)分析，以得出的故障、失效模式作為設(shè)計(jì)輸入，回饋到設(shè)計(jì)、制造環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制系統(tǒng)；

二是考慮到電動(dòng)汽車電池使用時(shí)間長、充放電次數(shù)多的特點(diǎn)，在電池設(shè)計(jì)和安全性測(cè)試上進(jìn)一步覆蓋電池全壽命周期范圍的安全，避免因電池老化造成相關(guān)安全事故。

2 電池系統(tǒng)與電動(dòng)汽車運(yùn)行安全有關(guān)的關(guān)鍵因素分析

電動(dòng)汽車的電驅(qū)動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)主要包括電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、車載電源系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)三個(gè)部分（圖2）。從電動(dòng)汽車的構(gòu)造可以看出，電池系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的“心臟”，電池系統(tǒng)的優(yōu)劣直接關(guān)系到汽車的續(xù)航里程、使用安全性、車輛使用壽命等方面。從影響整車運(yùn)行安全的角度分析，電池系統(tǒng)與之相關(guān)的主要因素包括：電池組的布局、電池自身的本質(zhì)安全、電池管理系統(tǒng)可靠性等。

2.1 電池組的布局

對(duì)于電動(dòng)汽車來說，用來提供動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)質(zhì)量和體積都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于內(nèi)燃機(jī)車中的發(fā)動(dòng)機(jī)，動(dòng)力電池組才是電動(dòng)汽車上最重的部件，因?yàn)槟壳笆褂玫碾姵啬芰棵芏群凸β拭芏容^低，需要較多的電池才能滿足電動(dòng)車的行駛里程。大質(zhì)量部件會(huì)影響整車質(zhì)心位置，且在碰撞過程中具有較大的慣性力，因此像動(dòng)力電池這樣的大質(zhì)量部件的布置方式會(huì)很大程度上影響汽車的碰撞安全性。

電池在電動(dòng)汽車中常見的布置方式包括T型布置，底板平鋪布置以及后備箱布置。在碰撞過程中，汽車的運(yùn)動(dòng)是并非只是沿x軸（坐標(biāo)系參考圖3）平移擠壓前端吸能區(qū)，而是會(huì)有繞x軸的翻轉(zhuǎn)、繞y軸的俯仰和繞z軸的橫擺運(yùn)動(dòng)。

電池的不同布置方式會(huì)影響整車質(zhì)心位置，對(duì)于三種常見的布置方式，底板平鋪布置方式質(zhì)心位置最低，而后軸布置方式質(zhì)心位置最高。在正面全寬碰撞過程中，質(zhì)心越高，整車的俯仰運(yùn)動(dòng)越大（由于慣性力作用），而整車的俯仰會(huì)使得質(zhì)心升高，會(huì)使得部分碰撞初始動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，從而降低前端碰撞吸能區(qū)所需要吸收的能量。可見質(zhì)心越高，整車俯仰運(yùn)動(dòng)越大，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能的部分就越多，整車正面全寬碰撞波形就越好。而在偏置碰撞過程中，整車會(huì)有較大的橫擺運(yùn)動(dòng)，質(zhì)心較低時(shí)后輪對(duì)地面的壓力較高，從而橫擺運(yùn)動(dòng)過程中輪胎和地面的摩擦力較大，會(huì)消耗一部分動(dòng)能?？梢娰|(zhì)心越低，后輪正壓力越大，碰撞過程中摩擦耗能越大，偏置碰撞波形就越好。電池的布置對(duì)整車的碰撞響應(yīng)波形會(huì)有很大影響，而碰撞波形又會(huì)進(jìn)而影響約束系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及乘員在碰撞過程中的運(yùn)動(dòng)和損傷響應(yīng)。但是，目前并沒有哪種電池布置在所有碰撞工況下都有最好的碰撞波形。由于電池組是由動(dòng)力電池組合而成，可以考慮未來在電動(dòng)汽車上將電池分塊布置，設(shè)計(jì)出有更多的電池布置形式，可以更自由地調(diào)整整車質(zhì)心，從而提高電動(dòng)汽車的碰撞安全性。

2.2 電池自身的本質(zhì)安全

目前我國大多數(shù)電動(dòng)汽車是鋰電池作為電池的主要原料，相比之前的鉛酸電池、鎳鎘電池而言，鋰電池不含有害元素，減少污染，并且具有比能量高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)。但是由于鋰電池的工作原理，經(jīng)過長期使用，會(huì)因?yàn)殡姵卣龢O材料的溶解、有機(jī)電解液的分解、過充電、自放電的原因引起容量衰退，減少使用壽命。

另外，鋰電池在高溫、過充、針刺穿透等情況下，會(huì)出現(xiàn)有機(jī)電解液劇烈氧化等現(xiàn)象，造成大量的熱量如不及時(shí)散發(fā)，會(huì)導(dǎo)致電池?zé)崾Э?，電池從而燃燒。正?fù)電極、有機(jī)電解液相互作用的熱穩(wěn)定性也是制約電池安全性的主要因素。加上目前很多電池系統(tǒng)防護(hù)設(shè)計(jì)欠缺，抗擠壓能力較差，一旦受到擠壓會(huì)發(fā)生變形、外殼破裂、內(nèi)部支架損壞、接插件松動(dòng)、高低壓線束磨損等，容易造成安全隱患。

國內(nèi)和國外目前都有生產(chǎn)和研發(fā)全固態(tài)鋰電池的機(jī)構(gòu)，全固態(tài)鋰電池就是把傳統(tǒng)鋰離子電池的液態(tài)電解液和隔膜替換為固態(tài)電解質(zhì)，只傳導(dǎo)鋰離子不傳導(dǎo)電子，具有較高的熱穩(wěn)定性。由于固態(tài)電解質(zhì)存在可以在電池內(nèi)串聯(lián)組成高電壓的單體電池，可提高電池組的工作電壓，提高能量密度。全固態(tài)鋰電池也有相應(yīng)缺點(diǎn)，由于單位面積離子電導(dǎo)率較低，常溫下比功率差，成本極為昂貴（1mAh成本約為25美金），當(dāng)下在Ah級(jí)別的電池上應(yīng)用還頗受限制。可以考慮下一步重點(diǎn)發(fā)展，全固態(tài)鋰電池若能大量應(yīng)用于電池組上，必將大大提高了電動(dòng)汽車效率及安全性。

2.3 電池管理系統(tǒng)可靠性

電動(dòng)汽車的BMS（電池管理系統(tǒng)）是車載電源系統(tǒng)的重要模塊，近年來，多次發(fā)生的電動(dòng)客車充電時(shí)起火的事故，其主要原因就是BMS主控模塊失效，沒有傳遞停止充電信息，系統(tǒng)沒有中斷充電功能，電池?zé)崾Э厮鶎?dǎo)致。BMS對(duì)電池組的充電和放電電流、電壓、再生制動(dòng)反饋的電流、電池的自放電率、電池組溫度等進(jìn)行控制。

電池管理的核心問題就是SCO（電池荷電狀態(tài)）的預(yù)估，通過采集電池?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。采樣速率、精度等有著重要的影響，電池管理系統(tǒng)對(duì)采樣速率一般要求大于20Hz（50ms）。想要很好地防止動(dòng)力電池過充和過放，只有準(zhǔn)確估算電池組的SOC才能有效提高動(dòng)力電池組的利用效率、保證電池組的使用壽命。

BMS對(duì)電池組的安全管理也不容忽視，目前大多電池管理系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到對(duì)極端單體電池進(jìn)行過充、過放、過溫等安全狀態(tài)管理，至少能滿足煙霧報(bào)警、絕緣檢測(cè)、過電壓和過電流控制、在發(fā)生碰撞的情況下關(guān)閉電池等基本功能。比如對(duì)充電截止電壓的降低與提高，會(huì)影響電池使用壽命的長短（圖4）。動(dòng)力電池在充電過程中一般都伴隨有副反應(yīng)，提高充電截止電壓，甚至超過電池電化學(xué)電位后進(jìn)行充電一般會(huì)加劇副反應(yīng)的發(fā)生，導(dǎo)致電池使用壽命縮短，并可能導(dǎo)致電池內(nèi)部短路損壞，甚至出現(xiàn)著火爆炸等危險(xiǎn)情況。

BMS中的熱管理主要用于電池工作溫度超高時(shí)對(duì)電池進(jìn)行冷卻，低于適宜工作溫度下限時(shí)對(duì)電池進(jìn)行加熱，使電池處于適宜的工作溫度范圍內(nèi)，并在電池工作過程中保持電池單體間溫度均衡。下圖是用某鋰離子電池在兩種溫度條件下采用0.3C充電、0.5C放電的方式進(jìn)行循環(huán)的容量衰減比較（圖5），可以看出在高溫下運(yùn)行應(yīng)用的動(dòng)力電池容量衰減明顯大于常溫下工作的電池。所以，對(duì)于大功率放電和高溫條件下使用的電池，電池的熱管理尤為必要。

另外，通過電池管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電池參數(shù)和信息與車載設(shè)備或非車載設(shè)備的通信（目前采用CAN通信實(shí)現(xiàn)），為充放電控制、整車控制提供數(shù)據(jù)依據(jù)是電池管理系統(tǒng)的重要功能之一，從而更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車的監(jiān)控管理。

3 在用電動(dòng)汽車定期安全檢驗(yàn)所存在的主要問題

3.1 重出廠檢驗(yàn)，輕定期檢驗(yàn)

工信部對(duì)新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品的準(zhǔn)入條件嚴(yán)格制定了審查要求和監(jiān)督管理措施，并對(duì)新出廠的新能源汽車要求進(jìn)行產(chǎn)品專項(xiàng)檢驗(yàn)合格后才準(zhǔn)予登記入《公告》。2017年5月18日，國家認(rèn)監(jiān)委又發(fā)布了第13號(hào)公告，明確將新能源汽車產(chǎn)品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)納入強(qiáng)制性認(rèn)證實(shí)施。這兩種檢驗(yàn)型式的結(jié)合，重點(diǎn)對(duì)新出廠的新能源汽車儲(chǔ)能裝置、安全要求、電機(jī)及控制器、充電裝置等方面進(jìn)行檢驗(yàn)?？梢娢覈鴮?duì)新出廠的新能源汽車的關(guān)鍵零部件、整車安全性把關(guān)還是非常嚴(yán)格的。電動(dòng)汽車出廠的專項(xiàng)檢驗(yàn)和強(qiáng)制性檢驗(yàn)雖把關(guān)嚴(yán)格、項(xiàng)目全面，但一次性的檢驗(yàn)不能替代汽車上路行駛后的定期安全檢驗(yàn)。

3.2 定期安全檢驗(yàn)的缺陷

目前，電動(dòng)汽車在使用過程中已逐漸暴露出了生產(chǎn)環(huán)節(jié)的重量輕質(zhì)、整車系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在問題、動(dòng)力電池系統(tǒng)存在隱患、監(jiān)控系統(tǒng)未起到作用等問題。其中多數(shù)問題，本應(yīng)可以通過對(duì)在用電動(dòng)汽車的定期安全檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)安全隱患，從而避免事故的發(fā)生。

根據(jù)《道路交通安全法》的規(guī)定，在用新能源汽車和傳統(tǒng)燃料汽車一樣定期進(jìn)行機(jī)動(dòng)車安全性能檢驗(yàn)。這種不分類別、統(tǒng)一實(shí)施的機(jī)動(dòng)車定期安全檢驗(yàn)，并不能完全覆蓋電動(dòng)汽車的安全性能。

從我國在用車輛安全性能檢驗(yàn)依據(jù)的兩個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)GB 7528-2012《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》和GB 21861-2014《機(jī)動(dòng)車安全技術(shù)檢驗(yàn)項(xiàng)目和方法》可以看出：

目前在用的電動(dòng)汽車仍按照燃油車的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定期檢驗(yàn)。針對(duì)燃料汽車，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定有排放、燈光、制動(dòng)安全性等較為全面的相關(guān)檢驗(yàn)要求；但是對(duì)于電動(dòng)汽車的安全性能檢驗(yàn)卻不包括和安全性相關(guān)的電驅(qū)動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)，且檢驗(yàn)項(xiàng)目和方法、判定標(biāo)準(zhǔn)與傳統(tǒng)燃油汽車一樣，并無特殊要求。按照GB 21861-2014《機(jī)動(dòng)車安全技術(shù)檢驗(yàn)項(xiàng)目和方法》，該標(biāo)準(zhǔn)中的排放、發(fā)動(dòng)機(jī)、電氣線路等項(xiàng)目要求明顯不適用于電動(dòng)汽車。

4 有關(guān)建議

在用電動(dòng)汽車應(yīng)區(qū)別化進(jìn)行檢驗(yàn)，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)可進(jìn)行修改、完善，除適用的傳統(tǒng)機(jī)動(dòng)車檢驗(yàn)項(xiàng)目外，還應(yīng)增加專項(xiàng)檢驗(yàn)?？煽紤]增加電動(dòng)汽車的充電安全功能、防水、絕緣電阻等檢查，和蓄電池系統(tǒng)外形破損、線束及插件、過充放電保護(hù)、電機(jī)控制器保護(hù)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)環(huán)境適應(yīng)性、電氣線束等關(guān)鍵部位檢查，以及安全監(jiān)控系統(tǒng)等方面。

同時(shí)，現(xiàn)有機(jī)動(dòng)車安檢機(jī)構(gòu)的檢測(cè)設(shè)備及人員技能已不能完全滿足開展新能源汽車安檢的技術(shù)要求，急需成立專門的新能源汽車安檢機(jī)構(gòu)或由現(xiàn)有的具備檢驗(yàn)?zāi)芰Φ男履茉雌嚰夹g(shù)機(jī)構(gòu)來執(zhí)行新能源汽車的專項(xiàng)安檢項(xiàng)目，將在在用新能源汽車的安全檢驗(yàn)落到實(shí)處，保證新能源汽車上路行駛的安全。

Strengthening periodic safety inspection Ensure safe operation of electric vehicles

ZHU Lin1，DENG Wei2，
（1. Anhui XiaYang Locomotive Monitoring Co.Ltd,HeFei230000,China；2.Anhui Five Yuan Science and Technology Development Co.Ltd,HeFei230000,China）

The number of new energy vehicles continues to increase, resulting in security issues have become increasingly prominent. In particular, electric vehicles have been running safety accidents, or accidents caused by road safety accidents increased gradually. Through the analysis of some cases, we can draw the following conclusions:The safety of vehicle in our regular inspection system, in the use of electric vehicles is not set specific test items, standards and test methods, resulting in safety operation of electric vehicle is out of control.

Electric vehicle; battery system; periodic safety inspection

朱琳（1984-），本科，工程師，車輛工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事機(jī)動(dòng)車輛檢測(cè)技術(shù)研究與質(zhì)量體系管理。E-mail：63626455@qq.com。