舒 強， 王藝帆， 梁 元

(公安部道路交通安全研究中心, 北京 100062)

0 引言

近年來，國家大力支持新能源汽車產業(yè)發(fā)展，國內新能源汽車保有量持續(xù)高速增長。據統(tǒng)計，2017～2021年，全國新能源汽車保有量年平均增長超過150萬輛，其中，2021年新能源汽車新增近300萬輛，新能源汽車保有量總計達到784萬輛，占國內汽車保有量總量的2.6%[1]。表1為2017～2021年國內新能源汽車保有量，新能源汽車是采用非常規(guī)的車用燃料作為動力來源(或使用常規(guī)的車用燃料、采用新型車載動力裝置)，綜合車輛的動力控制和驅動方面的先進技術，形成的技術原理先進，具有新技術、新結構的汽車，包括了混合動力電動汽車(HEV)、純電動汽車(BEV)、燃料電池電動汽車(FCEV)、其他新能源(如超級電容器、飛輪等高效儲能器)汽車等[2]。當前國內新能源汽車類型以純電動汽車為主，占總量的80%以上，其主要安全技術特性表現為動力電池安全、高壓電安全、驅動電機安全、整車控制安全等方面，明顯不同于傳統(tǒng)的燃油燃氣汽車。新能源汽車這些安全技術特性尤其是動力電池相關安全技術還處在發(fā)展探索階段，仍不成熟，導致新能源汽車事故尤其是著火爆炸事故時有發(fā)生。

表1 2017～2021年國內新能源汽車保有量 (單位：萬輛)

近年來，以動力電池熱特性、熱失控機理、防護和控制方法為核心的動力電池熱安全研究已經成為科研領域的熱點和重點問題[3]。國內外學者從動力電池材料、系統(tǒng)結構設計、熱失控阻斷、故障主動檢測預警等方面開展了大量研究，形成了一些有實用價值的成果，但仍無法從根本上解決動力電池的安全問題。同時，為了保證新能源汽車運行安全，我國在國家層面不斷推動完善新能源汽車安全技術標準體系，從設計制造源頭提高新能源汽車產品安全技術性能；針對在用新能源汽車，相關行業(yè)主管部門開展了車輛運營動態(tài)監(jiān)管、安全隱患排查專項行動、事故新能源汽車安全缺陷深度調查等多項管理措施，對保障新能源汽車運行安全起到了積極作用，但由于新能源汽車產業(yè)是在短期內高速發(fā)展的，積累的運行安全技術性能問題和監(jiān)管措施針對性還較為薄弱，車輛潛在的運行安全隱患依然突出。本文通過梳理新能源汽車安全技術特性，分析新能源汽車運行安全管理現狀和存在問題，從強化動力電池安全技術研究、創(chuàng)新運行安全監(jiān)管模式等方面提出了加強新能源汽車運行安全管理的建議。

1 新能源汽車安全技術性能特征

新能源汽車尤其是純電動汽車，涉及電動系統(tǒng)特有安全方面的構成包括動力電池、驅動電機、整車控制器、高壓電連接及充電系統(tǒng)5大方面，相應地應用了動力電池技術、驅動電機技術、電控技術和高壓技術等核心技術。新能源汽車內裝有的動力電池儲存著大量電化學能，伴隨著動力電池濫用和使用循環(huán)次數的增加不斷衰減，動力電池內電化學能穩(wěn)定性逐漸下降，導致燃燒、爆炸的風險進一步增大；此外動力電池、驅動電機、高壓線束等部件帶有遠超人體安全電壓的高壓電，存在因高壓絕緣破損、高壓線束短路、漏電等原因導致駕乘人員觸電的風險。因此，新能源汽車在其全生命周期范圍內，都存在燃燒、爆炸、高壓觸電等安全風險，一般這種風險會隨著車輛使用年限的增長而逐步增加[4]。

據統(tǒng)計，2018年新能源汽車安全事故中動力電池問題約占58%，碰撞問題約占19%，浸水、零部件故障和使用問題約占19%[5]；近年來，著火是新能源汽車主要安全事故形態(tài)，著火原因涉及動力電池自燃、交通事故、外來火源等3大類，占比分別為63.8%、15.3%和13.8%，事故多發(fā)生在高溫時節(jié)，涉事車輛多處于高荷電狀態(tài)；事故車輛中新車占比較低，絕大多數是使用一段時間、行駛里程在1萬公里以上的車輛，且相比私人用車，營運車輛的使用強度高、使用頻次高，事故發(fā)生率顯著偏高[6]。統(tǒng)計2018～2021年市場監(jiān)管總局發(fā)起的79起新能源汽車缺陷產品召回案例，新能源汽車因動力電池、電控系統(tǒng)缺陷合計召回次數41次、涉及約10萬輛車，這些缺陷增加了動力電池熱失控、失去動力、碰撞事故等安全風險[7]。另據新能源汽車國家監(jiān)測與管理平臺監(jiān)管的61項新能源汽車運行數據顯示，新能源汽車動力電池故障，包括動力電池單體一致性、高溫、SOC過高報警等，占全部監(jiān)控故障總量的近1/3[8]。由此可見，動力電池性能直接影響整車的安全性能。

動力電池發(fā)展經歷了鉛酸電池、鎳鎘電池和鎳氫電池、鋰離子電池的歷程。目前，鋰離子電池憑借能量密度高、輸出電壓高、自放電率低、循環(huán)壽命長、可快速充放電等優(yōu)點[9]，成為新能源汽車最主要的動力電池類型。據國家工業(yè)和信息化部統(tǒng)計，2020年電動乘用車動力電池系統(tǒng)平均能量密度為152.6 Wh/kg[6]。因此動力電池尤其是鋰離子電池本身具有高密度能量，在無需外部激勵的情況下，本身就會因能量釋放產生極大危害。此外，鋰離子電池的正負極嵌入反應方式、組成材料易燃等特性，決定了其易受外界干擾導致熱失控，進而誘發(fā)能量非正常釋放。根據誘發(fā)動力電池能量非正常釋放的原因分類，動力電池安全性包括電安全、熱安全、結構安全、環(huán)境安全、生命周期安全等[10]。表2所示為動力電池安全性分類狀況。

表2 動力電池安全性分類

新能源汽車燃燒、爆炸的根本原因是由動力電池故障引發(fā)的熱失控[11]，然而就目前相關技術研究水平來看，還沒有形成完善的熱失控解決方案[12]，這成為制約動力電池、新能源汽車行業(yè)發(fā)展的最大瓶頸。因此動力電池安全防護技術最主要目標是阻斷或延緩熱失控和熱失控擴展[13]，防止燃燒、爆炸等熱安全事故發(fā)生。目前動力電池安全可靠性技術積累和安全驗證還不夠成熟，除了正常使用導致的安全性能下降外，更為重要的是機械濫用、電濫用、熱濫用等條件誘發(fā)的熱失控，各種濫用誘發(fā)方式之間存在一定的內在聯(lián)系，如碰撞事故中存在動力電池系統(tǒng)在碰撞中與車身固定件之間受擠壓損傷，可能造成高壓回路短路引起起火、爆炸等。為提高動力電池全生命周期安全性能，除了在設計制造環(huán)節(jié)加強機械安全、電安全設計，提高動力電池產品本質安全性外，還需強化動力電池熱管理、熱失控預警防護和熱失控潛在故障預測等方面技術，以保障新能源汽車運行安全。

2 新能源汽車安全技術性能管理對策

近年來，國家不斷完善新能源汽車安全技術標準體系，從設計制造源頭提高新能源汽車產品安全技術性能，同時通過加強新能源汽車運營動態(tài)監(jiān)管、及時排查安全隱患、深入調查安全事故原因等措施，確保新能源汽車運行安全。

我國已經制定實施的新能源汽車相關技術標準超過100項，涵蓋了整車、動力電池、驅動電機、電控系統(tǒng)等關鍵組成，以及基礎通用和設施、充電接口、通訊協(xié)議等領域，形成了較為系統(tǒng)、全面的技術標準體系，但基本上為國家推薦性標準或者行業(yè)標準，這些標準要照顧整個行業(yè)的平均技術水平，這也就說明我國現行標準水平整體仍然偏低[14]。2016年國家工業(yè)和信息化部《新能源汽車生產企業(yè)及產品準入管理規(guī)定》，強制要求新能源汽車在符合相同類別常規(guī)汽車標準的同時，還應符合《新能源汽車產品專項檢驗項目及依據標準》，具體包括了動力電池、電動汽車安全、電機及控制器、電磁場輻射、操縱件、儀表等19個項目的39項檢驗標準。表3所示為新能源汽車強制執(zhí)行的技術性能要求。2020年發(fā)布的《電動汽車用動力蓄電池安全要求》《電動汽車安全要求》《電動客車安全要求》等3項強制性國家標準，強化了動力電池系統(tǒng)安全需求，增加了電池包和電池系統(tǒng)的安全測試項目，特別是增加了電池包或系統(tǒng)過流保護、熱擴散安全要求和試驗方法，要求電池單體發(fā)生熱失控后，電池系統(tǒng)在5 min內不起火、不爆炸，為駕乘人員預留安全逃生時間等。不斷健全完善的新能源汽車技術標準體系有效提高了新能源汽車整車和關鍵部件的安全性能評價和檢測能力，但這些安全性能評價和測試方法多數適用于新產品定型階段的檢驗，不適用于車輛使用全生命周期的安全性能評價和檢驗，尤其是對在用的動力電池安全缺少相應的評價和測試規(guī)定，無法保障出廠后使用過程中的安全性能。

表3 新能源汽車強制執(zhí)行的技術性能要求

為加強新能源汽車運營監(jiān)管，保障運行安全，2016年國家發(fā)布實施了《電動汽車遠程服務與管理系統(tǒng)技術規(guī)范》(GB/T32960)系列標準，2017年國家工業(yè)和信息化部要求所有新能源汽車生產企業(yè)建立監(jiān)測平臺，并與國家平臺完成對接、傳輸測試，這就實現對新能源汽車全生命周期運行安全狀態(tài)進行監(jiān)測和管理，具體監(jiān)測信息包括動力電池系統(tǒng)的電壓、電流、溫度，以及驅動電機、發(fā)動機、車輛位置、故障報警等7類61項車端信號。當前對于動力電池故障分析診斷大多數方法都基于測量溫度、電壓，通過對這些信息的實時獲取、分析，配合車輛基礎參數數據、運行環(huán)境等形成電動汽車多源異構數據庫，并結合數據資源和大數據分析技術，為評估新能源汽車動力電池等關鍵部件的安全技術性能提供了可能性[15]。但從2020年涉及新能源汽車事故統(tǒng)計發(fā)現，充電及使用中發(fā)生的無征兆類自燃事故占比高達90%。無論是運行數據分析,還是事故后電池殘骸分析，均難以確定事故原因[6]。北京航天航空大學交通科學與工程學院院長楊世春指出“新能源汽車起火存在不確定因素[16]，而且是在各個工況中都可能突然起火，在起火過程中，整車的動力電池管理系統(tǒng)(BMS) 監(jiān)測數據都沒有明顯異常，目前基于傳統(tǒng)方法對于新能源汽車起火的預測非常困難。在此背景之下，對新能源汽車的故障預測研究迫在眉睫”。但目前動力電池故障診斷理論研究還不成熟，再加上實車運行過程工況交變復雜，基于試驗條件建立的故障預警很難真實反映實車工況的多因素耦合的故障現象[17]。

針對新能源汽車火災事故多發(fā)，2018年、2020年，工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)發(fā)展中心組織開展新能源汽車安全隱患專項治理工作，要求新能源汽車生產企業(yè)按比例抽查已售、庫存車輛的防水保護、高壓線束、動力電池、充電裝置、電池箱、機械部件和易損件的安全隱患情況；聯(lián)合動力電池供應商共同開展動力電池外觀、軟件診斷等常規(guī)性檢查，對于常規(guī)性檢查發(fā)現問題的，進行電池箱氣密性、開箱、更換零件等延伸性檢查。表4所示為新能源汽車安全隱患排查工作檢查參考表。同期，針對發(fā)生火災事故后的處置工作，國家市場監(jiān)管總局要求企業(yè)獲知其生產、銷售或進口的新能源汽車發(fā)生交通碰撞、火災等事故后，組織調查分析、報告結果，對于發(fā)生冒煙、起火事故的，在事故發(fā)生12 h內報告；對于造成人員傷亡或重大社會影響的，在事故發(fā)生后6 h內報告，并保持車輛處于火災事故救援后的狀態(tài)，以便后續(xù)開展火災原因分析和事故深度調查工作，同時企業(yè)還應主動排查同型號、同批次或使用同樣零部件的車輛是否存在火災安全隱患。這種針對動力電池或其火災事故的實車軟硬件相結合的檢查方式，對及時發(fā)現、排查在用車輛的動力電池安全隱患有積極的幫助，但未制度化，也未覆蓋全部在用新能源汽車。

表4 新能源汽車安全隱患排查工作檢查參考表[18]

公安機關交通管理部門負責機動車運行安全管理，自建國以來就通過實行機動車安全技術檢驗制度保障運行安全，2004年《道路交通安全法》及其實施條例的施行，標志著我國道路交通管理從法律層面上確立了機動車安全技術檢驗制度。機動車安全技術檢驗作為我國機動車運行安全管理的一項基本制度，經過長期發(fā)展，已經形成了系統(tǒng)的技術標準體系，以及檢驗機構建設和管理法規(guī)規(guī)范體系，在保障機動車運行安全方面發(fā)揮著重要作用。公安機關交通管理部門主要負責核發(fā)檢驗合格標志，會同國務院相關部門制定機動車安全技術檢驗項目。但長期以來，機動車安全技術檢驗內容主要是傳統(tǒng)燃油燃氣車輛的機械運行安全性能，具體檢驗項目包括了汽車的唯一性、特征參數、外觀、安全裝置、底盤部件、制動性能、燈光發(fā)光強度等，未涉及新能源汽車動力電池安全、高壓電安全、驅動電機安全等專用性能檢驗需求。2020年最新修訂實施的國家標準《機動車安全技術檢驗項目和方法》(GB38900—2020)增加了對新能源汽車外接充電接口、可充電儲能系統(tǒng)、高低壓線束及其連接器的外觀目測檢驗，以及B級電路警告標志標識檢驗等要求，但由于相關檢驗技術、方法等理論依據，以及專用檢驗設備工具缺失，仍未將動力電池、高壓電、驅動電機等新能源汽車特有關鍵部件的安全技術性能納入檢驗項目。

3 結語

新能源汽車是我國發(fā)展戰(zhàn)略性新興產業(yè)，其運行安全性能是整個產業(yè)發(fā)展的瓶頸，引發(fā)了社會各界廣泛關注。當前各相關監(jiān)管部門實施的車輛安全性能管理措施存在不足，不能及時發(fā)現、排除潛在的運行安全隱患，無法從根本上解決新能源汽車運行安全風險。保證新能源汽車運行安全，亟需建立有效的車輛全生命周期的安全技術性能監(jiān)管體系，這需要重點解決的：一是關鍵部件安全特性研究，結合新能源汽車安全特性和技術發(fā)展現狀，動力電池的安全性問題是最亟待突破的難題，其性能、壽命和安全性在使用過程中的衰退變化直接影響了整車運行安全，有必要深入研究動力電池安全性的動態(tài)邊界和性能衰退規(guī)律，提升動力電池在使用過程中安全隱患的檢驗、預警能力；二是創(chuàng)新運行安全技術性能檢驗模式，機動車安全技術檢驗作為我國機動車安全管理的基本制度，具有強制性實車檢驗的特點，但目前對于新能源汽車安全性能檢驗的針對性不足。國家新能源汽車運營監(jiān)控平臺建立的24 h實時監(jiān)控和三級故障預警機制，基于動力電池等監(jiān)控數據在評估預警車輛安全技術性能方面發(fā)揮了積極作用，展現出一定的應用前景，因此可以結合線上監(jiān)測評估和線下實車檢驗的技術特點，線上充分融合監(jiān)控平臺數據、車端運行記錄數據、缺陷產品召回和事故數據等，進一步優(yōu)化故障報警閾值、完善預警模型，建立大數據視角下的整車級的故障風險預測和預警，為線下實車檢驗提供更加精準安全隱患識別指引，提高線下檢驗的針對性和科學性，形成“線上主動預警、線下隱患消除”的安全技術檢驗新模式。