朱 琳， 鄧 巍

（1.安徽夏陽機動車輛檢測股份有限公司，合肥230000，中國；2.安徽五元科技發(fā)展有限責任公司，合肥230000，中國）

加強定期安全檢驗保證在用電動汽車安全運行

朱 琳1， 鄧 巍2

（1.安徽夏陽機動車輛檢測股份有限公司，合肥230000，中國；2.安徽五元科技發(fā)展有限責任公司，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。特別是電動汽車陸續(xù)出現(xiàn)運行安全事故，或由道路安全事故引發(fā)出事故的案例逐漸增多。通過對部分案例的分析，可以得出以下結論：我國現(xiàn)行車輛安全定期檢驗制度，對在用電動汽車并未設定有針對性的檢驗項目、判定標準及檢驗方法，導致目前在用電動汽車的某些安全運行項目處于失控狀態(tài)。

電動汽車；電池系統(tǒng)；定期安全檢驗

近年來，隨著我國大力實施新能源戰(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50.7萬輛，產銷量同比增長53%。目前我國的新能源汽車保有量達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行狀況逐步成為社會關注的焦點。

我國新能源汽車的發(fā)展路徑以純電動汽車為主。近年來國內外已發(fā)生多起電動汽車安全事故，電動汽車自燃、爆炸現(xiàn)象并非孤例，包括全球最熱門的電動汽車品牌。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致。

1 近期發(fā)生的部分電動汽車安全運行事故案例分析

電動汽車安全運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、猛烈撞擊導致電池破損，內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，電動汽車發(fā)生起火、自燃事故，不是使用電池的必然結果，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、電解液外漏的結果。

2013年10月18日，一輛特斯拉電動汽車在墨西哥公路上高速行駛，發(fā)生碰撞后導致起火爆炸。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18650電芯外殼與電池箱殼體產生碰撞及擠壓，勢必造成多處動力電池組模組電路產生短路電流及電火花，由此產生的高溫將使電池連接片瞬間融化。同時，發(fā)生碰撞后電芯外殼被擠壓開裂或穿刺，有機電解液外流到電池箱體內外、遇上電火花，必然會導致起火。

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雜，概括為：低壓或高壓電器線路脫落，造成正負極短路，引起火災；動力電池箱體外殼與動力電池正負極端口絕緣強度出現(xiàn)問題，產生較大漏電流，在漏電流較大點處出現(xiàn)高溫，引發(fā)火災。

電動客車已在公共交通中廣泛應用，不容忽視的是，全國已有多起電動客車自燃事故，其中一起就發(fā)生在我們的身邊。2014年2月10日上午9時，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）動力電池箱體外殼與動力電池正負極端口絕緣強度較低，在出現(xiàn)較大漏電流處會產生高溫引發(fā)火災；（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純電動大巴在深圳普天新能源的深圳灣加電站充電時，發(fā)生火災。經(jīng)過專家組現(xiàn)場調查與勘驗，此次安全故障直接原因是動力電池充滿后，BMS（電池管理系統(tǒng)）主控模塊失效，沒有主動停止充電信息，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自身的保護限值后，才停止充電，此時電池已經(jīng)嚴重過充。造成多個電池箱先后發(fā)生動力電池熱失控、電解液泄漏，引起短路，導致火災。

通過對以上安全事故的案例分析，可以得出以下兩個觀點：

一是在電動汽車設計制造過程中，應當加強設計回訪，對使用環(huán)節(jié)出現(xiàn)的運行安全事故進行系統(tǒng)分析，以得出的故障、失效模式作為設計輸入，回饋到設計、制造環(huán)節(jié)的質量控制系統(tǒng)；

二是考慮到電動汽車電池使用時間長、充放電次數(shù)多的特點，在電池設計和安全性測試上進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安全事故。

2 電池系統(tǒng)與電動汽車運行安全有關的關鍵因素分析

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

2.1 電池組的布局

對于電動汽車來說，用來提供動力的電動機質量和體積都遠遠小于內燃機車中的發(fā)動機，動力電池組才是電動汽車上最重的部件，因為目前使用的電池能量密度和功率密度較低，需要較多的電池才能滿足電動車的行駛里程。大質量部件會影響整車質心位置，且在碰撞過程中具有較大的慣性力，因此像動力電池這樣的大質量部件的布置方式會很大程度上影響汽車的碰撞安全性。

電池在電動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，汽車的運動是并非只是沿x軸（坐標系參考圖3）平移擠壓前端吸能區(qū)，而是會有繞x軸的翻轉、繞y軸的俯仰和繞z軸的橫擺運動。

電池的不同布置方式會影響整車質心位置，對于三種常見的布置方式，底板平鋪布置方式質心位置最低，而后軸布置方式質心位置最高。在正面全寬碰撞過程中，質心越高，整車的俯仰運動越大（由于慣性力作用），而整車的俯仰會使得質心升高，會使得部分碰撞初始動能轉化為勢能，從而降低前端碰撞吸能區(qū)所需要吸收的能量?？梢娰|心越高，整車俯仰運動越大，動能轉化為勢能的部分就越多，整車正面全寬碰撞波形就越好。而在偏置碰撞過程中，整車會有較大的橫擺運動，質心較低時后輪對地面的壓力較高，從而橫擺運動過程中輪胎和地面的摩擦力較大，會消耗一部分動能。可見質心越低，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。電池的布置對整車的碰撞響應波形會有很大影響，而碰撞波形又會進而影響約束系統(tǒng)的設計及乘員在碰撞過程中的運動和損傷響應。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。由于電池組是由動力電池組合而成，可以考慮未來在電動汽車上將電池分塊布置，設計出有更多的電池布置形式，可以更自由地調整整車質心，從而提高電動汽車的碰撞安全性。

2.2 電池自身的本質安全

目前我國大多數(shù)電動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。但是由于鋰電池的工作原理，經(jīng)過長期使用，會因為電池正極材料的溶解、有機電解液的分解、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，會出現(xiàn)有機電解液劇烈氧化等現(xiàn)象，造成大量的熱量如不及時散發(fā)，會導致電池熱失控，電池從而燃燒。正負電極、有機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)防護設計欠缺，抗擠壓能力較差，一旦受到擠壓會發(fā)生變形、外殼破裂、內部支架損壞、接插件松動、高低壓線束磨損等，容易造成安全隱患。

國內和國外目前都有生產和研發(fā)全固態(tài)鋰電池的機構，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，只傳導鋰離子不傳導電子，具有較高的熱穩(wěn)定性。由于固態(tài)電解質存在可以在電池內串聯(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)鋰電池也有相應缺點，由于單位面積離子電導率較低，常溫下比功率差，成本極為昂貴（1mAh成本約為25美金），當下在Ah級別的電池上應用還頗受限制?？梢钥紤]下一步重點發(fā)展，全固態(tài)鋰電池若能大量應用于電池組上，必將大大提高了電動汽車效率及安全性。

2.3 電池管理系統(tǒng)可靠性

電動汽車的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)生的電動客車充電時起火的事故，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，電池熱失控所導致。BMS對電池組的充電和放電電流、電壓、再生制動反饋的電流、電池的自放電率、電池組溫度等進行控制。

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

BMS對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)展到對極端單體電池進行過充、過放、過溫等安全狀態(tài)管理，至少能滿足煙霧報警、絕緣檢測、過電壓和過電流控制、在發(fā)生碰撞的情況下關閉電池等基本功能。比如對充電截止電壓的降低與提高，會影響電池使用壽命的長短（圖4）。動力電池在充電過程中一般都伴隨有副反應，提高充電截止電壓，甚至超過電池電化學電位后進行充電一般會加劇副反應的發(fā)生，導致電池使用壽命縮短，并可能導致電池內部短路損壞，甚至出現(xiàn)著火爆炸等危險情況。

BMS中的熱管理主要用于電池工作溫度超高時對電池進行冷卻，低于適宜工作溫度下限時對電池進行加熱，使電池處于適宜的工作溫度范圍內，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放電的方式進行循環(huán)的容量衰減比較（圖5），可以看出在高溫下運行應用的動力電池容量衰減明顯大于常溫下工作的電池。所以，對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)實現(xiàn)電池參數(shù)和信息與車載設備或非車載設備的通信（目前采用CAN通信實現(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，從而更好的實現(xiàn)對電動汽車的監(jiān)控管理。

3 在用電動汽車定期安全檢驗所存在的主要問題

3.1 重出廠檢驗，輕定期檢驗

工信部對新能源汽車生產企業(yè)及產品的準入條件嚴格制定了審查要求和監(jiān)督管理措施，并對新出廠的新能源汽車要求進行產品專項檢驗合格后才準予登記入《公告》。2017年5月18日，國家認監(jiān)委又發(fā)布了第13號公告，明確將新能源汽車產品相關標準檢驗納入強制性認證實施。這兩種檢驗型式的結合，重點對新出廠的新能源汽車儲能裝置、安全要求、電機及控制器、充電裝置等方面進行檢驗?？梢娢覈鴮π鲁鰪S的新能源汽車的關鍵零部件、整車安全性把關還是非常嚴格的。電動汽車出廠的專項檢驗和強制性檢驗雖把關嚴格、項目全面，但一次性的檢驗不能替代汽車上路行駛后的定期安全檢驗。

3.2 定期安全檢驗的缺陷

目前，電動汽車在使用過程中已逐漸暴露出了生產環(huán)節(jié)的重量輕質、整車系統(tǒng)設計存在問題、動力電池系統(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，本應可以通過對在用電動汽車的定期安全檢驗發(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行機動車安全性能檢驗。這種不分類別、統(tǒng)一實施的機動車定期安全檢驗，并不能完全覆蓋電動汽車的安全性能。

從我國在用車輛安全性能檢驗依據(jù)的兩個主要標準GB 7528-2012《機動車運行安全技術條件》和GB 21861-2014《機動車安全技術檢驗項目和方法》可以看出：

目前在用的電動汽車仍按照燃油車的檢驗標準進行定期檢驗。針對燃料汽車，標準規(guī)定有排放、燈光、制動安全性等較為全面的相關檢驗要求；但是對于電動汽車的安全性能檢驗卻不包括和安全性相關的電驅動動力系統(tǒng)，且檢驗項目和方法、判定標準與傳統(tǒng)燃油汽車一樣，并無特殊要求。按照GB 21861-2014《機動車安全技術檢驗項目和方法》，該標準中的排放、發(fā)動機、電氣線路等項目要求明顯不適用于電動汽車。

4 有關建議

在用電動汽車應區(qū)別化進行檢驗，現(xiàn)行標準可進行修改、完善，除適用的傳統(tǒng)機動車檢驗項目外，還應增加專項檢驗。可考慮增加電動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、電機控制器保護、驅動電機環(huán)境適應性、電氣線束等關鍵部位檢查，以及安全監(jiān)控系統(tǒng)等方面。

同時，現(xiàn)有機動車安檢機構的檢測設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要求，急需成立專門的新能源汽車安檢機構或由現(xiàn)有的具備檢驗能力的新能源汽車技術機構來執(zhí)行新能源汽車的專項安檢項目，將在在用新能源汽車的安全檢驗落到實處，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)主要從事機動車輛檢測技術研究與質量體系管理。E-mail：63626455@qq.com。