加强定期安全检验保证在用电动汽车安全运行

朱 琳， 邓 巍

（1.安徽夏阳机动车辆检测股份有限公司，合肥230000，中国；2.安徽五元科技发展有限责任公司，合肥230000，中国）

加强定期安全检验保证在用电动汽车安全运行

朱 琳1， 邓 巍2

（1.安徽夏阳机动车辆检测股份有限公司，合肥230000，中国；2.安徽五元科技发展有限责任公司，合肥230000，中国）

新能源汽车的保有量不断增加，随之而来的安全问题也日益突出。特别是电动汽车陆续出现运行安全事故，或由道路安全事故引发出事故的案例逐渐增多。通过对部分案例的分析，可以得出以下结论：我国现行车辆安全定期检验制度，对在用电动汽车并未设定有针对性的检验项目、判定标准及检验方法，导致目前在用电动汽车的某些安全运行项目处于失控状态。

电动汽车；电池系统；定期安全检验

近年来，随着我国大力实施新能源战略，新能源汽车成为汽车行业发展的主要方向。2016年新能源汽车销售量达50.7万辆，产销量同比增长53%。目前我国的新能源汽车保有量达100多万辆，占全球新能源汽车保有量的50%以上。随着新能源汽车的保有量快速增长，上路行驶的车辆安全运行状况逐步成为社会关注的焦点。

我国新能源汽车的发展路径以纯电动汽车为主。近年来国内外已发生多起电动汽车安全事故，电动汽车自燃、爆炸现象并非孤例，包括全球最热门的电动汽车品牌。归纳起来，主要是源于行驶过程安全故障、静态过程安全故障和充电过程安全故障导致。

1 近期发生的部分电动汽车安全运行事故案例分析

电动汽车安全运行事故以车辆碰撞后起火、或发生自燃为主。其根本原因，是由于电池配装不适用于使用情况、猛烈撞击导致电池破损，内芯直接暴露在空气中，或是电池过载超量充电，从而引起自燃。因此，电动汽车发生起火、自燃事故，不是使用电池的必然结果，而是电池管理系统失控或是发生剧烈碰撞后电池包破损、电解液外漏的结果。

2013年10月18日，一辆特斯拉电动汽车在墨西哥公路上高速行驶，发生碰撞后导致起火爆炸。特斯拉的电池组装有近7000多只18650电芯（图1），位于车辆底盘。在碰撞时18650电芯外壳与电池箱壳体产生碰撞及挤压，势必造成多处动力电池组模组电路产生短路电流及电火花，由此产生的高温将使电池连接片瞬间融化。同时，发生碰撞后电芯外壳被挤压开裂或穿刺，有机电解液外流到电池箱体内外、遇上电火花，必然会导致起火。

2014年2月初，一辆特斯拉Model S在加拿大多伦多居民车库，静态过程中车辆发生自燃。此现象分析起来原因比较复杂，概括为：低压或高压电器线路脱落，造成正负极短路，引起火灾；动力电池箱体外壳与动力电池正负极端口绝缘强度出现问题，产生较大漏电流，在漏电流较大点处出现高温，引发火灾。

电动客车已在公共交通中广泛应用，不容忽视的是，全国已有多起电动客车自燃事故，其中一起就发生在我们的身边。2014年2月10日上午9时，合肥市天水路与皇藏峪路交口南100米，一辆由南向北行驶的电动公交车突然冒烟起火。

以上多起在行驶过程发生的安全故障，综合分析原因包括：（1）电芯壳漏液，电解液外流；（2）动力电池箱体外壳与动力电池正负极端口绝缘强度较低，在出现较大漏电流处会产生高温引发火灾；（3）在整车行驶过程中，整车控制器、BMS（电池管理系统）、安全监控系统等均未协调一致，致使车辆带病工作直至燃烧。

2015年4月26日，五洲龙A10纯电动大巴在深圳普天新能源的深圳湾加电站充电时，发生火灾。经过专家组现场调查与勘验，此次安全故障直接原因是动力电池充满后，BMS（电池管理系统）主控模块失效，没有主动停止充电信息，使系统没有完成中断充电功能。直至总电压超过了充电机自身的保护限值后，才停止充电，此时电池已经严重过充。造成多个电池箱先后发生动力电池热失控、电解液泄漏，引起短路，导致火灾。

通过对以上安全事故的案例分析，可以得出以下两个观点：

一是在电动汽车设计制造过程中，应当加强设计回访，对使用环节出现的运行安全事故进行系统分析，以得出的故障、失效模式作为设计输入，回馈到设计、制造环节的质量控制系统；

二是考虑到电动汽车电池使用时间长、充放电次数多的特点，在电池设计和安全性测试上进一步覆盖电池全寿命周期范围的安全，避免因电池老化造成相关安全事故。

2 电池系统与电动汽车运行安全有关的关键因素分析

电动汽车的电驱动动力系统主要包括电力驱动控制系统、车载电源系统、辅助系统三个部分（图2）。从电动汽车的构造可以看出，电池系统是电动汽车的“心脏”，电池系统的优劣直接关系到汽车的续航里程、使用安全性、车辆使用寿命等方面。从影响整车运行安全的角度分析，电池系统与之相关的主要因素包括：电池组的布局、电池自身的本质安全、电池管理系统可靠性等。

2.1 电池组的布局

对于电动汽车来说，用来提供动力的电动机质量和体积都远远小于内燃机车中的发动机，动力电池组才是电动汽车上最重的部件，因为目前使用的电池能量密度和功率密度较低，需要较多的电池才能满足电动车的行驶里程。大质量部件会影响整车质心位置，且在碰撞过程中具有较大的惯性力，因此像动力电池这样的大质量部件的布置方式会很大程度上影响汽车的碰撞安全性。

电池在电动汽车中常见的布置方式包括T型布置，底板平铺布置以及后备箱布置。在碰撞过程中，汽车的运动是并非只是沿x轴（坐标系参考图3）平移挤压前端吸能区，而是会有绕x轴的翻转、绕y轴的俯仰和绕z轴的横摆运动。

电池的不同布置方式会影响整车质心位置，对于三种常见的布置方式，底板平铺布置方式质心位置最低，而后轴布置方式质心位置最高。在正面全宽碰撞过程中，质心越高，整车的俯仰运动越大（由于惯性力作用），而整车的俯仰会使得质心升高，会使得部分碰撞初始动能转化为势能，从而降低前端碰撞吸能区所需要吸收的能量。可见质心越高，整车俯仰运动越大，动能转化为势能的部分就越多，整车正面全宽碰撞波形就越好。而在偏置碰撞过程中，整车会有较大的横摆运动，质心较低时后轮对地面的压力较高，从而横摆运动过程中轮胎和地面的摩擦力较大，会消耗一部分动能。可见质心越低，后轮正压力越大，碰撞过程中摩擦耗能越大，偏置碰撞波形就越好。电池的布置对整车的碰撞响应波形会有很大影响，而碰撞波形又会进而影响约束系统的设计及乘员在碰撞过程中的运动和损伤响应。但是，目前并没有哪种电池布置在所有碰撞工况下都有最好的碰撞波形。由于电池组是由动力电池组合而成，可以考虑未来在电动汽车上将电池分块布置，设计出有更多的电池布置形式，可以更自由地调整整车质心，从而提高电动汽车的碰撞安全性。

2.2 电池自身的本质安全

目前我国大多数电动汽车是锂电池作为电池的主要原料，相比之前的铅酸电池、镍镉电池而言，锂电池不含有害元素，减少污染，并且具有比能量高、循环寿命长等优点。但是由于锂电池的工作原理，经过长期使用，会因为电池正极材料的溶解、有机电解液的分解、过充电、自放电的原因引起容量衰退，减少使用寿命。

另外，锂电池在高温、过充、针刺穿透等情况下，会出现有机电解液剧烈氧化等现象，造成大量的热量如不及时散发，会导致电池热失控，电池从而燃烧。正负电极、有机电解液相互作用的热稳定性也是制约电池安全性的主要因素。加上目前很多电池系统防护设计欠缺，抗挤压能力较差，一旦受到挤压会发生变形、外壳破裂、内部支架损坏、接插件松动、高低压线束磨损等，容易造成安全隐患。

国内和国外目前都有生产和研发全固态锂电池的机构，全固态锂电池就是把传统锂离子电池的液态电解液和隔膜替换为固态电解质，只传导锂离子不传导电子，具有较高的热稳定性。由于固态电解质存在可以在电池内串联组成高电压的单体电池，可提高电池组的工作电压，提高能量密度。全固态锂电池也有相应缺点，由于单位面积离子电导率较低，常温下比功率差，成本极为昂贵（1mAh成本约为25美金），当下在Ah级别的电池上应用还颇受限制。可以考虑下一步重点发展，全固态锂电池若能大量应用于电池组上，必将大大提高了电动汽车效率及安全性。

2.3 电池管理系统可靠性

电动汽车的BMS（电池管理系统）是车载电源系统的重要模块，近年来，多次发生的电动客车充电时起火的事故，其主要原因就是BMS主控模块失效，没有传递停止充电信息，系统没有中断充电功能，电池热失控所导致。BMS对电池组的充电和放电电流、电压、再生制动反馈的电流、电池的自放电率、电池组温度等进行控制。

电池管理的核心问题就是SCO（电池荷电状态）的预估，通过采集电池数据进行计算。采样速率、精度等有着重要的影响，电池管理系统对采样速率一般要求大于20Hz（50ms）。想要很好地防止动力电池过充和过放，只有准确估算电池组的SOC才能有效提高动力电池组的利用效率、保证电池组的使用寿命。

BMS对电池组的安全管理也不容忽视，目前大多电池管理系统已经发展到对极端单体电池进行过充、过放、过温等安全状态管理，至少能满足烟雾报警、绝缘检测、过电压和过电流控制、在发生碰撞的情况下关闭电池等基本功能。比如对充电截止电压的降低与提高，会影响电池使用寿命的长短（图4）。动力电池在充电过程中一般都伴随有副反应，提高充电截止电压，甚至超过电池电化学电位后进行充电一般会加剧副反应的发生，导致电池使用寿命缩短，并可能导致电池内部短路损坏，甚至出现着火爆炸等危险情况。

BMS中的热管理主要用于电池工作温度超高时对电池进行冷却，低于适宜工作温度下限时对电池进行加热，使电池处于适宜的工作温度范围内，并在电池工作过程中保持电池单体间温度均衡。下图是用某锂离子电池在两种温度条件下采用0.3C充电、0.5C放电的方式进行循环的容量衰减比较（图5），可以看出在高温下运行应用的动力电池容量衰减明显大于常温下工作的电池。所以，对于大功率放电和高温条件下使用的电池，电池的热管理尤为必要。

另外，通过电池管理系统实现电池参数和信息与车载设备或非车载设备的通信（目前采用CAN通信实现），为充放电控制、整车控制提供数据依据是电池管理系统的重要功能之一，从而更好的实现对电动汽车的监控管理。

3 在用电动汽车定期安全检验所存在的主要问题

3.1 重出厂检验，轻定期检验

工信部对新能源汽车生产企业及产品的准入条件严格制定了审查要求和监督管理措施，并对新出厂的新能源汽车要求进行产品专项检验合格后才准予登记入《公告》。2017年5月18日，国家认监委又发布了第13号公告，明确将新能源汽车产品相关标准检验纳入强制性认证实施。这两种检验型式的结合，重点对新出厂的新能源汽车储能装置、安全要求、电机及控制器、充电装置等方面进行检验。可见我国对新出厂的新能源汽车的关键零部件、整车安全性把关还是非常严格的。电动汽车出厂的专项检验和强制性检验虽把关严格、项目全面，但一次性的检验不能替代汽车上路行驶后的定期安全检验。

3.2 定期安全检验的缺陷

目前，电动汽车在使用过程中已逐渐暴露出了生产环节的重量轻质、整车系统设计存在问题、动力电池系统存在隐患、监控系统未起到作用等问题。其中多数问题，本应可以通过对在用电动汽车的定期安全检验发现安全隐患，从而避免事故的发生。

根据《道路交通安全法》的规定，在用新能源汽车和传统燃料汽车一样定期进行机动车安全性能检验。这种不分类别、统一实施的机动车定期安全检验，并不能完全覆盖电动汽车的安全性能。

从我国在用车辆安全性能检验依据的两个主要标准GB 7528-2012《机动车运行安全技术条件》和GB 21861-2014《机动车安全技术检验项目和方法》可以看出：

目前在用的电动汽车仍按照燃油车的检验标准进行定期检验。针对燃料汽车，标准规定有排放、灯光、制动安全性等较为全面的相关检验要求；但是对于电动汽车的安全性能检验却不包括和安全性相关的电驱动动力系统，且检验项目和方法、判定标准与传统燃油汽车一样，并无特殊要求。按照GB 21861-2014《机动车安全技术检验项目和方法》，该标准中的排放、发动机、电气线路等项目要求明显不适用于电动汽车。

4 有关建议

在用电动汽车应区别化进行检验，现行标准可进行修改、完善，除适用的传统机动车检验项目外，还应增加专项检验。可考虑增加电动汽车的充电安全功能、防水、绝缘电阻等检查，和蓄电池系统外形破损、线束及插件、过充放电保护、电机控制器保护、驱动电机环境适应性、电气线束等关键部位检查，以及安全监控系统等方面。

同时，现有机动车安检机构的检测设备及人员技能已不能完全满足开展新能源汽车安检的技术要求，急需成立专门的新能源汽车安检机构或由现有的具备检验能力的新能源汽车技术机构来执行新能源汽车的专项安检项目，将在在用新能源汽车的安全检验落到实处，保证新能源汽车上路行驶的安全。

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，工程师，车辆工程专业，现主要从事机动车辆检测技术研究与质量体系管理。E-mail：63626455@qq.com。