何忠青　王勃洋　石強(qiáng)　夏弋茹

【摘要】為了從整車(chē)角度研究新能源乘用汽車(chē)起火事故的原因、關(guān)鍵影響因素和失效模式，從用戶使用場(chǎng)景出發(fā)補(bǔ)充除電池原因外其他導(dǎo)致起火事故的原因，并找到規(guī)避方案，對(duì)2021～2022年發(fā)生的新能源汽車(chē)起火事故進(jìn)行深度分析，總結(jié)新能源汽車(chē)起火事故發(fā)生的用戶場(chǎng)景和表面事故原因，并對(duì)更深層次的失效模式進(jìn)行拆解，對(duì)一些典型的事故案例進(jìn)行原因分析，并在設(shè)計(jì)層面對(duì)起火事故的預(yù)防進(jìn)行探討，提供解決思路，對(duì)新能源汽車(chē)整車(chē)安全的研究方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē)；熱失控；自燃；動(dòng)力電池；事故分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TM912? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? DOI： 10.19822/j.cnki.1671-6329.20230002

Analysis of Domestic New Energy Passenger Vehicle Fire Accidents

He Zhongqing， Wang Boyang， Shi Qiang， Xia Yiru

（Global R&D Center， China FAW Cooperation Limited， Changchun 130013）

【Abstract】 This paper aims to study the causes， key influencing factors， and failure modes of fire accidents in new energy passenger vehicles from a holistic perspective， and to supplement the causes of fire accidents beyond battery-related issues based on user usage scenarios， and identify preventive solutions. In this paper， an in-depth statistical analysis is conducted on fire accidents involving new energy vehicles from 2021 to 2022. The user scenarios and the root causes of these fire accidents are summarized. The failure modes at a deeper level and the causes of some typical accident cases are analyzed. The prevention of fire accidents at the design level is discussed. Several solutions are provided， and discussions are held on the research direction of vehicle safety for new energy vehicles.

Key words： New energy vehicle， Thermal runaway， Spontaneous combustion， Power battery， Incidents analysis

0 引言

在國(guó)家的大力支持與政策引導(dǎo)下，國(guó)內(nèi)新能源乘用車(chē)產(chǎn)業(yè)作為解決能源安全問(wèn)題、實(shí)現(xiàn)碳中和、碳達(dá)峰國(guó)家戰(zhàn)略的重要一環(huán)，發(fā)展十分迅速。2023年國(guó)內(nèi)新能源乘用車(chē)?yán)塾?jì)銷(xiāo)量774萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)36.4%，累計(jì)滲透率達(dá)35.7%[1]。隨著國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)銷(xiāo)量及滲透率逐年升高，新能源汽車(chē)事故的報(bào)道數(shù)量也急劇攀升，社會(huì)關(guān)注度越來(lái)越高[2]。這些安全事故使公眾對(duì)新能源汽車(chē)安全性產(chǎn)生不信任，間接地制約了新能源汽車(chē)在國(guó)內(nèi)的進(jìn)一步普及和推廣。在所有新能源乘用車(chē)事故中，起火事故對(duì)財(cái)產(chǎn)安全及公共安全的影響最大，所以受到廣泛關(guān)注。對(duì)于新能源汽車(chē)來(lái)說(shuō)，無(wú)論是哪種起火誘因，嚴(yán)重起火爆炸的主要原因是電池的熱失控[3–6]。除此之外，導(dǎo)致起火事故的誘因中電氣回路問(wèn)題也不容忽視，因此如何在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造過(guò)程中盡可能地保證電池安全及電氣安全成為汽車(chē)行業(yè)需要重點(diǎn)解決的難題。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)新能源汽車(chē)安全性的研究局限在電池安全的單一層面，對(duì)電池本身的失效機(jī)理分析較為全面，但并未從用戶場(chǎng)景出發(fā)，對(duì)整車(chē)進(jìn)行全維度失效模式分析的研究成果[8–10]。

本文通過(guò)對(duì)2021～2022年國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)起火事故報(bào)道進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)新能源汽車(chē)起火事故發(fā)生的用戶場(chǎng)景和表面事故原因，并分析得到較為全面的新能源汽車(chē)起火失效模式，從而在設(shè)計(jì)層面對(duì)起火事故的預(yù)防進(jìn)行系統(tǒng)性方案研究，提供解決思路，填補(bǔ)以往研究中從電池中安全單一維度來(lái)解決整車(chē)安全問(wèn)題的不足。

1 新能源乘用車(chē)起火事故統(tǒng)計(jì)分析

1.1 2021～2022年國(guó)內(nèi)起火事故統(tǒng)計(jì)

從“十二五”開(kāi)始，國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始大力布局新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)[7]，自2010年起新能源汽車(chē)經(jīng)歷了超過(guò)10年的國(guó)家補(bǔ)貼階段。而隨著補(bǔ)貼逐漸退坡，新能源汽車(chē)即將面臨全面市場(chǎng)化競(jìng)爭(zhēng)，為支撐國(guó)家能源戰(zhàn)略落地，新能源汽車(chē)領(lǐng)域雖然有巨大發(fā)展機(jī)遇，但也同時(shí)面臨巨大壓力。因此在新能源汽車(chē)起火事故上需要挖掘真因并通過(guò)技術(shù)手段保證其安全性，才能消除起火爆炸等極端熱失控案例給用戶帶來(lái)的不安。

動(dòng)力電池作為新能源汽車(chē)的車(chē)載儲(chǔ)能裝置需要有較高的能量存儲(chǔ)能力及充放電能力，因此普遍應(yīng)用能量密度更高、循環(huán)壽命更長(zhǎng)但安全性更難控制的鋰離子電池[11]。在復(fù)雜甚至極端的車(chē)用環(huán)境下保證動(dòng)力電池安全可靠且不會(huì)發(fā)生熱失控成為一項(xiàng)較難攻克的研究課題[12]。隨著近10年電池相關(guān)技術(shù)的成熟和發(fā)展，通過(guò)有效的熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)、充放電控制策略優(yōu)化及全面的結(jié)構(gòu)防護(hù)等手段對(duì)電池?zé)崾Э剡M(jìn)行控制，已經(jīng)取得較為顯著的效果。2021年以來(lái)，新能源汽車(chē)銷(xiāo)量增勢(shì)迅猛，用戶使用場(chǎng)景更加豐富，在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中發(fā)現(xiàn)了更多的起火事故誘因值得研究，對(duì)新能源汽車(chē)整車(chē)級(jí)安全防護(hù)技術(shù)提出了更高的要求。

表1與表2詳細(xì)統(tǒng)計(jì)了2021～2022年有過(guò)報(bào)道且受到廣泛關(guān)注的新能源汽車(chē)起火事故（信息來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)，此處為有事故原因的重點(diǎn)事故報(bào)道統(tǒng)計(jì)），其中2021年統(tǒng)計(jì)的事故有36起，2022年為30起，所統(tǒng)計(jì)的事故幾乎可以覆蓋用戶全部用車(chē)場(chǎng)景，也覆蓋了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)大多數(shù)汽車(chē)品牌，包括銷(xiāo)量較高的比亞迪與特斯拉等，說(shuō)明電池安全及整車(chē)電氣安全問(wèn)題仍然普遍存在且未得到較好解決，需要更深層次的分析與研究來(lái)保證用戶用車(chē)安全。

1.2 新能源汽車(chē)起火原因分析

由上述統(tǒng)計(jì)可知，新能源汽車(chē)起火事故發(fā)生的主要場(chǎng)景為靜置停放、充電、行駛中及碰撞后，而表面現(xiàn)象可以分為車(chē)輛靜置中自燃、使用中自燃、其他狀態(tài)下自燃及碰撞后短路起火。從表面現(xiàn)象方面分析，2021～2022年的重點(diǎn)事故中，在靜置停放、充電及行駛中的起火事故原因均為自燃，除了較為特殊的人為縱火或者周邊事物起火以及被外部火源引燃，大多數(shù)起火事故的原因均是車(chē)輛自身原因?qū)е碌淖匀肌Ｖ俺霈F(xiàn)較多的在充電時(shí)由于充電安全技術(shù)不成熟及充電設(shè)備不規(guī)范導(dǎo)致的外接充電設(shè)備起火或短路引起的車(chē)端起火現(xiàn)象已不在重點(diǎn)事故報(bào)道的范圍。隨著充電安全技術(shù)的逐漸成熟，充電安全問(wèn)題導(dǎo)致的事故也逐漸減少，公眾對(duì)充電安全擔(dān)憂有所緩解，但是由于車(chē)輛本身安全問(wèn)題導(dǎo)致的自燃起火事故仍然占有相當(dāng)大的比例。

從圖1及圖2可以看出，2021年事故原因占比最大的為使用中自燃，比例為61%，靜置中自燃的比例為22%。而在2022年，靜置中自燃的事故占比最高，比例為47%，使用中自燃的比例為40%。經(jīng)過(guò)對(duì)2年事故對(duì)比發(fā)現(xiàn)，不僅是在行駛和充電使用場(chǎng)景下的自燃事故占有很大比例占2年總事故數(shù)量的55%，靜置中自燃的比例也相當(dāng)高，占2年總事故數(shù)量的30%。這是新能源汽車(chē)獨(dú)有的特性，在正常生產(chǎn)生活中新能源汽車(chē)使用者一般認(rèn)為切斷能量源的對(duì)外輸出后，設(shè)備會(huì)處于一種相對(duì)安全的狀態(tài)，但是由于新能源汽車(chē)是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在整車(chē)斷電靜置的狀態(tài)下動(dòng)力電池本身也可能存在安全風(fēng)險(xiǎn)，這種風(fēng)險(xiǎn)的原因復(fù)雜多樣，一般可以分為電芯的內(nèi)部原因及外部原因。

從外部原因來(lái)看，若電池包在之前使用的過(guò)程中防護(hù)失效導(dǎo)致進(jìn)水，或是冷卻液泄漏，當(dāng)導(dǎo)電介質(zhì)積累到一定量后會(huì)出現(xiàn)如下2種情況[6，13]：

（1）快速失效：高壓帶電部件與箱體間絕緣失效，最終導(dǎo)致短路或者拉弧。

（2）緩慢失效：長(zhǎng)時(shí)間浸泡后電芯殼體發(fā)生電化學(xué)腐蝕后電解液泄漏，液體電導(dǎo)率上升，在絕緣距離不足的情況下導(dǎo)致拉弧或短路，最終起火。

從內(nèi)部原因來(lái)看，有如下2種情況：

（1）過(guò)充[14]或過(guò)放后內(nèi)短路：電極出現(xiàn)晶枝，刺破隔膜，持續(xù)放熱，熱量積累到達(dá)一定程度后引發(fā)連鎖反應(yīng)導(dǎo)致熱失控。

（2）電芯缺陷自引發(fā)內(nèi)短路：由于隔膜質(zhì)量、正極或電解液雜質(zhì)等原因?qū)е碌膬?nèi)短路。

無(wú)論是內(nèi)部原因還是外部原因都存在潛伏期長(zhǎng)且不易發(fā)現(xiàn)的特點(diǎn)，在充電、淋雨涉水、底部碰撞后水冷板有微小漏點(diǎn)等情況下，很長(zhǎng)時(shí)間之后才會(huì)引發(fā)的電池?zé)崾Э?，最終造成起火事故。這種事故原因表明，除了監(jiān)控動(dòng)力電池的運(yùn)行狀態(tài)，在整車(chē)斷電后如何對(duì)動(dòng)力電池失效風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效監(jiān)控及預(yù)警也是需要關(guān)注和重點(diǎn)攻關(guān)的研究方向。

而在使用過(guò)程中的起火事故原因則比較常規(guī)，可以分為整車(chē)部件失效和動(dòng)力電池失效2種。由整車(chē)部件引發(fā)的起火事故主要誘因是B級(jí)電壓部件或者低壓部件由于老化或者承受外力后破損甚至泡水后絕緣失效，導(dǎo)致短路后產(chǎn)生歐姆熱、熱量累積。雖然電氣系統(tǒng)部件大多是阻燃材料不易起火，但車(chē)內(nèi)其他部件如毛氈、隔音棉、塑料、油污等均為易燃品，會(huì)被發(fā)熱點(diǎn)引燃最終造成起火事故。根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)，動(dòng)力電池失效主要原因是外短路、內(nèi)短路、過(guò)充電及過(guò)放電導(dǎo)致的電池?zé)崾Э?，最終導(dǎo)致電池起火[14–18]。

經(jīng)過(guò)對(duì)2021—2022年起火事故發(fā)生時(shí)間的統(tǒng)計(jì)分析（見(jiàn)圖3），可以看出，起火事故雖然大多集中在5～7月的夏季，峰值在7月，但是1月和8月均有較高的事故量，分別有9起和5起，說(shuō)明雖然夏季高溫對(duì)起火事故的發(fā)生有一定影響，但并不是唯一誘因，隨著動(dòng)力電池?zé)峁芾砑夹g(shù)的發(fā)展與逐步成熟，針對(duì)高溫工況下的電池?zé)崾Э乜梢缘玫接行Э刂疲€是應(yīng)該從整車(chē)層面對(duì)整體的失效誘因進(jìn)行全面且系統(tǒng)的研究。

如圖4所示，從電池材料體系對(duì)發(fā)生事故的影響進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果為三元鋰電池發(fā)生的起火事故較多，占比64%。三元鋰電池能量密度較高，材料活性更高，安全性較難保證，對(duì)于應(yīng)用三元鋰電池的新能源汽車(chē)在電池安全方面需要更多的安全保障措施。雖然磷酸鐵鋰電池發(fā)生起火事故的占比較低，但仍然發(fā)生安全事故24起。所以電芯材料體系雖然對(duì)于電池的安全性有一定的影響，但是無(wú)論是三元鋰電池還是磷酸鐵鋰電池都應(yīng)該在控制策略、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)質(zhì)量控制、狀態(tài)監(jiān)控及故障預(yù)警等層面進(jìn)行全方位的安全設(shè)計(jì)。

2 失效模式分析

由于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)僅涵蓋2021～2022年的起火事故，起火事故誘因種類(lèi)并不全面，且從報(bào)道的信息無(wú)法分析出事故的根本原因，所以從用戶使用場(chǎng)景出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)有文獻(xiàn)，從整車(chē)層面進(jìn)一步拆解出所有可能的失效模式。本文主要探討整車(chē)級(jí)和系統(tǒng)級(jí)的安全防護(hù)，聚焦整車(chē)和系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)，所以在整車(chē)失效分析過(guò)程中不考慮電芯本身缺陷造成的失效。

如圖5所示，從用戶的使用場(chǎng)景出發(fā)，異?；驑O端的使用場(chǎng)景為碰撞和浸水，正常的使用場(chǎng)景主要為充電、行駛和非充電停放，在這些使用場(chǎng)景中產(chǎn)生的濫用模式主要為機(jī)械濫用、電濫用和熱濫用。無(wú)論是哪種場(chǎng)景最終的失效模式主要表現(xiàn)為短路與過(guò)熱。短路主要為高壓回路的短路、低圧回路的短路及電芯的內(nèi)短路；過(guò)熱主要為電池包的熱量過(guò)量積累或非預(yù)期產(chǎn)熱導(dǎo)致的超溫。短路由于歐姆熱效應(yīng)同樣會(huì)導(dǎo)致過(guò)熱，并最終導(dǎo)致整車(chē)電氣部件起火、動(dòng)力電池起火或外接充電設(shè)備起火[19]。

2.1 機(jī)械濫用場(chǎng)景下的失效模式

機(jī)械濫用場(chǎng)景下的失效模式主要包括：由于接觸載荷或者慣性載荷的作用、泡水或非法改裝造成機(jī)械/密封失效、電連接失效、絕緣失效或者直接導(dǎo)致電芯失效。機(jī)械濫用場(chǎng)景下的直接失效過(guò)程主要有以下情況[20]：

（1）碰撞后直接造成的短路失效。在運(yùn)行過(guò)程中的帶電線束或電氣部件在碰撞的過(guò)程中產(chǎn)生帶電部件的絕緣失效或者電連接失效，造成高壓或電氣回路短路，產(chǎn)生短路熱效應(yīng)引燃周邊易燃部件，或直接導(dǎo)致電池包的外短路造成電池包熱失控。此類(lèi)過(guò)程起火部分為電氣回路或動(dòng)力電池。

（2）碰撞后的電芯失效。整車(chē)行駛中碰撞或者底部碰撞后直接造成電芯的塑性形變，導(dǎo)致電芯內(nèi)短路引起電池包熱失控。此類(lèi)過(guò)程起火部分主要為動(dòng)力電池。

（3）浸水情況下的密封失效。在整車(chē)泡水后，泡水工況超出了電氣部件或者動(dòng)力電池的密封等級(jí)要求，造成密封失效，會(huì)造成電氣部件進(jìn)水后短路或者電池包進(jìn)水后發(fā)生電芯外短路。此類(lèi)過(guò)程起火部分為電氣回路或動(dòng)力電池。

機(jī)械濫用場(chǎng)景下的間接失效過(guò)程主要有以下情況：

（1）在非法改裝或者碰撞后并未造成直接的短路，但卻破壞了電氣部件或動(dòng)力電池的絕緣措施，造成帶電部分外露，在之后的行駛振動(dòng)過(guò)程中、涉水情況下或再次碰撞時(shí)，造成了整車(chē)或電池包內(nèi)的高低壓回路短路，進(jìn)而導(dǎo)致起火。此類(lèi)過(guò)程起火部分為電氣回路或動(dòng)力電池。

（2）在非法改裝或者碰撞后造成了電連接失效或者電氣部件/動(dòng)力電池密封的失效，在涉水或下雨的情況下出現(xiàn)了電氣部件/電池包進(jìn)水，造成了整車(chē)或電池包內(nèi)的高低壓回路短路，進(jìn)而導(dǎo)致起火。此類(lèi)過(guò)程起火部分為電氣回路或動(dòng)力電池。

2.2 電濫用場(chǎng)景下的失效模式

電濫用場(chǎng)景主要的失效原因?yàn)殡姵氐倪^(guò)充電及過(guò)放電，進(jìn)而導(dǎo)致電芯失效引起熱失控[21]。

過(guò)充電的失效是由于充電功率表設(shè)計(jì)不合理或充電設(shè)備/電池管理系統(tǒng)（Battery Management System，BMS）控制失效導(dǎo)致的超過(guò)電池能力充電，電壓超出正常使用范圍。在高電位作用下，正極界面發(fā)生系列氧化副反應(yīng)導(dǎo)致電芯的內(nèi)部熱量累積，引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)并負(fù)極析鋰，發(fā)生內(nèi)短路，進(jìn)而觸發(fā)電芯熱失控。

過(guò)放電的失效是由于放電MAP設(shè)計(jì)不合理或BMS控制失效導(dǎo)致的持續(xù)過(guò)放電，使負(fù)極電位過(guò)高，發(fā)生銅箔集流體溶解反應(yīng)，銅離子到達(dá)正極后還原為銅，沉積到一定程度后刺穿隔膜引發(fā)內(nèi)短路，進(jìn)而觸發(fā)熱失控。

2.3 熱濫用場(chǎng)景下的失效模式

熱濫用的場(chǎng)景主要為整車(chē)處于超出設(shè)計(jì)的高溫環(huán)境、熱管理系統(tǒng)能力的覆蓋范圍不足或熱管理系統(tǒng)失效，導(dǎo)致動(dòng)力電池?zé)崃坷鄯e后超溫，并無(wú)法及時(shí)散熱而導(dǎo)致電池進(jìn)入鏈?zhǔn)椒磻?yīng)進(jìn)程逐步引發(fā)熱失控[22]。

熱濫用的其他外部失效模式為接觸外部熱源或火源導(dǎo)致電池過(guò)熱，或是整車(chē)部件、動(dòng)力電池直接被外部火源引燃，之后引起的整車(chē)起火。

2.4 典型案例分析

本研究所統(tǒng)計(jì)的起火事故報(bào)道，雖然大部分只報(bào)道了事故場(chǎng)景及表面原因，但是存在幾起報(bào)道詳細(xì)的典型案例，可供進(jìn)行原因分析，并可以與整車(chē)失效模式拆解相互印證。

事故1發(fā)生于河北石家莊，整車(chē)在雨中涉水后在空曠場(chǎng)地靜置停放一段時(shí)間之后發(fā)生起火自燃，屬于靜置中自燃的表面原因。經(jīng)過(guò)對(duì)事故車(chē)輛詳細(xì)分析后發(fā)現(xiàn)，整車(chē)失效過(guò)程是在非法改裝后導(dǎo)致電池包高壓電連接密封失效。而后在整車(chē)涉水時(shí)，電池包從電連接處進(jìn)水，但進(jìn)水量并未導(dǎo)致直接的帶電部件短路，在靜置一段時(shí)間后由于電芯殼體電化學(xué)腐蝕導(dǎo)致電解液泄漏，液體電導(dǎo)率上升后絕緣失效導(dǎo)致了電池包前部和后部的拉弧和短路（見(jiàn)圖6），最終導(dǎo)致電池包起火，整個(gè)過(guò)程屬于機(jī)械濫用場(chǎng)景下的間接失效過(guò)程。

事故2是純電動(dòng)汽車(chē)在充電過(guò)程中起火，通過(guò)數(shù)據(jù)監(jiān)控發(fā)現(xiàn)起火時(shí)單個(gè)模組電壓急速下降，符合過(guò)充電時(shí)高電位作用下導(dǎo)致的電芯熱失控現(xiàn)象，分析事故原因是過(guò)充電，符合電濫用場(chǎng)景下的電芯失效模式。

事故3發(fā)生于廣東，事故現(xiàn)象是機(jī)艙前部發(fā)生濃煙，一段時(shí)間后起火，起火點(diǎn)最終鎖定為散熱器及散熱風(fēng)扇，起火原因鎖定為該處低壓線束老化磨損后短路發(fā)熱，最終導(dǎo)致周邊可燃物被引燃，屬于機(jī)械濫用場(chǎng)景下慣性載荷引起的低壓回路短路失效。

2.5 設(shè)計(jì)層面預(yù)防思路

由于電池管理系統(tǒng)控制技術(shù)已經(jīng)基本發(fā)展成熟，2021～2022年電濫用場(chǎng)景下的過(guò)充電或者過(guò)放電失效模式已經(jīng)從控制層面得到了較好改善。熱濫用場(chǎng)景通過(guò)阻燃材料的合理選用與易燃部件的隔離也得到了較好的改善。

從事故原因占比中看，機(jī)械濫用場(chǎng)景中碰撞或泡水工況下的失效模式仍處于多發(fā)狀態(tài)，具體分析如下。

針對(duì)碰撞工況，首先對(duì)帶電部件碰撞后產(chǎn)生絕緣失效或者電連接失效，造成的高壓或者電氣回路短路情況進(jìn)行規(guī)避。在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮高、低壓線束及相關(guān)帶電部件的布置是否在碰撞路徑中，通過(guò)合理地布置規(guī)劃結(jié)合碰撞仿真，盡量避免出現(xiàn)在前艙或側(cè)圍的碰撞路徑中，如果無(wú)法避免被碰撞到，需要對(duì)關(guān)鍵的帶電部分尤其是電連接件進(jìn)行充分的絕緣防護(hù)，外加護(hù)殼或增加其他絕緣手段，保證碰撞后仍滿足接觸防護(hù)等級(jí)要求。

其次對(duì)于碰撞導(dǎo)致的電池包相關(guān)的高、低壓回路短路或者電芯失效進(jìn)行規(guī)避。在常規(guī)的對(duì)整車(chē)正面碰撞、小偏置碰撞及側(cè)面柱碰工況下的電池包及整車(chē)車(chē)身的結(jié)構(gòu)防護(hù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，需增加對(duì)電池底部托底、石擊、球擊等情況的結(jié)構(gòu)防護(hù)，保證電池底部的剛度及強(qiáng)度足夠承受各類(lèi)工況下的撞擊并且不造成內(nèi)部結(jié)構(gòu)的失效，不建議將水冷板布置于電池底部，可考慮底部增加額外防護(hù)結(jié)構(gòu)。另外，不能只依靠底部額外增加的防護(hù)結(jié)構(gòu)來(lái)保證底部碰撞安全，需考慮電芯本身的熱阻隔防護(hù)，避免熱擴(kuò)散，以及極端工況下底部水冷板變形漏液后的絕緣防護(hù)，可考慮增加箱體內(nèi)部金屬表面的絕緣材料覆蓋率，盡量做到100%。

再次對(duì)于底盤(pán)下部300 mm涉水線以下的高低壓線束及電氣部件，防護(hù)等級(jí)需同時(shí)滿足靜態(tài)泡水工況及靜態(tài)涉水工況，防水防塵等級(jí)需考慮在耐久工況過(guò)后仍能滿足防護(hù)等級(jí)要求，設(shè)計(jì)及驗(yàn)證均考慮動(dòng)態(tài)交變工況。

3 新能源汽車(chē)整車(chē)安全研究探討

3.1 整車(chē)及三電系統(tǒng)的失效模式需進(jìn)一步探究

以往起火事故的失效模式研究大多數(shù)都只聚焦于動(dòng)力電池的單一領(lǐng)域中，通過(guò)起火事故原因的統(tǒng)計(jì)分析及整車(chē)失效模式的分析發(fā)現(xiàn)新能源汽車(chē)起火事故的誘因復(fù)雜且多樣，甚至有時(shí)是多重失效模式同時(shí)作用導(dǎo)致。在進(jìn)行完整的失效模式分析之前，對(duì)于絕緣的防護(hù)及整車(chē)高壓部件的防護(hù)并未被較好的關(guān)注，高壓線束及高壓部件的破損短路或絕緣失效也是相當(dāng)大的風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)。因此從整車(chē)和三電系統(tǒng)的視角去探究起火事故的失效模式，能更加全面地了解整車(chē)起火事故的失效過(guò)程，并且根據(jù)失效過(guò)程的詳細(xì)拆解形成系統(tǒng)級(jí)失效模式與影響分析，才能更好地指導(dǎo)整車(chē)安全設(shè)計(jì)，并且形成系統(tǒng)全面的安全設(shè)計(jì)方案，并且有利于建立更可信、更高精度的車(chē)端診斷系統(tǒng)級(jí)云端預(yù)警系統(tǒng)。

3.2 整車(chē)/系統(tǒng)電安全試驗(yàn)開(kāi)展及數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建的必要性

整車(chē)/系統(tǒng)電安全不僅包含電池安全也包含整車(chē)高壓電氣部件的安全，涉及正常充電和行駛過(guò)程中的安全，還包括碰撞和浸水工況下的安全。當(dāng)前的電池安全的機(jī)械濫用試驗(yàn)多為靜態(tài)下或者準(zhǔn)靜態(tài)下的加載，且為僅有電池包單一部件的試驗(yàn)?zāi)M，而碰撞工況下負(fù)載狀態(tài)、載荷狀態(tài)都是動(dòng)態(tài)的，而且實(shí)車(chē)環(huán)境下的系統(tǒng)相互影響也是單一部件的臺(tái)架試驗(yàn)無(wú)法模擬的，所以開(kāi)展整車(chē)級(jí)和系統(tǒng)級(jí)的碰撞安全試驗(yàn)十分必要。傳統(tǒng)車(chē)的安全技術(shù)經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的試驗(yàn)積累，其中包括大量的整車(chē)碰撞試驗(yàn)和臺(tái)架試驗(yàn)，新能源汽車(chē)也要經(jīng)歷相同的歷程，只有不斷完善試驗(yàn)條件、優(yōu)化試驗(yàn)方法并積累試驗(yàn)數(shù)據(jù)、探索試驗(yàn)方向，才能從根源上突破現(xiàn)有整車(chē)電安全技術(shù)的瓶頸，真正形成完善的新能源汽車(chē)電安全體系。

3.3 云端故障預(yù)警監(jiān)控的發(fā)展和應(yīng)用

通過(guò)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，還有大量的起火事故在斷電后靜置狀態(tài)下發(fā)生，此時(shí)的車(chē)輛狀態(tài)既無(wú)車(chē)端診斷系統(tǒng)監(jiān)控也無(wú)駕駛員監(jiān)管，規(guī)避此類(lèi)場(chǎng)景只能依靠云端的大數(shù)據(jù)監(jiān)控及AI智能預(yù)警，并且需要依托較為精細(xì)的系統(tǒng)級(jí)故障模型，做到精準(zhǔn)預(yù)警由于車(chē)端算力有限，云端更適合進(jìn)行這種多故障誘因的精細(xì)化模型計(jì)算。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文說(shuō)明了新能源汽車(chē)發(fā)生起火事故的主要原因在車(chē)輛本身，部分起火失效表現(xiàn)為電池起火，另有一些起火失效形式為電氣回路和充電設(shè)備起火，另外，電池起火失效模式中也有相當(dāng)大一部分的失效誘因是由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)安全性考慮不足導(dǎo)致的，并非電池本身安全設(shè)計(jì)存在問(wèn)題。在理論層面對(duì)機(jī)械濫用、電濫用及熱濫用場(chǎng)景下的主要失效過(guò)程分析研究，證實(shí)了電池起火原因主要?dú)w結(jié)為內(nèi)短路與外短路，但是過(guò)充電和過(guò)放電的失效原因最終也可歸結(jié)為內(nèi)短路，所以本文將過(guò)充電與過(guò)放電的失效模式歸結(jié)為起火失效的整車(chē)級(jí)電濫用失效模式，并補(bǔ)充了機(jī)械/密封失效、電連接失效、絕緣失效、電芯失效4個(gè)系統(tǒng)級(jí)的失效模式，至此補(bǔ)全了整車(chē)起火事故的失效模式，解決了過(guò)往研究無(wú)系統(tǒng)級(jí)與整車(chē)級(jí)全維度失效誘因分析，無(wú)法有針對(duì)性地提出系統(tǒng)級(jí)解決方法的問(wèn)題。本文圍繞當(dāng)前整車(chē)安全技術(shù)研究的不足進(jìn)行了一些研究方向的探索，對(duì)于新能源汽車(chē)整車(chē)電安全的設(shè)計(jì)方向提供了參考和一定的依據(jù)，在后續(xù)的研究中仍需對(duì)所提安全技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的方案設(shè)計(jì)和試驗(yàn)驗(yàn)證，總結(jié)行之有效的系統(tǒng)級(jí)解決方案。

參 考 文 獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯 明慧）

【作者簡(jiǎn)介】

何忠青（1993—），男，中國(guó)第一汽車(chē)股份有限公司研發(fā)總院，工程師，研究方向?yàn)樾履茉雌?chē)三電開(kāi)發(fā)及三電系統(tǒng)集成。

E-mail：hezhongqing@faw.com.cn