整车开发环节中电池燃烧风险的控制方法

（文章来源：汽车总站）

锂离子电池包布置:锂离子电池布置时，要满足碰撞防护要求、电池包散热要求、整车通过性要求、整车轴荷分配要求、外形与环境件兼容等。特别是整车碰撞过程中，车身结构发生变形时电池包的防护，避免碰撞过程中电池包发生变形、破裂。GB/T 19751—2005[20]《混合动力电动汽车安全要求》要求电池包尽量布置在座舱之外，有均匀的散热和通风，且锂离子电池排除的有害气体必须排除座舱之外，也不能在车辆上聚集。

乘用车在被动安全方面满足中国新车评价规程(C-NCAP)和中国碰撞法规的要求，在电池包总布置时，需进行正面、侧面和后面碰撞情况下安全空间校核，对碰撞力传递途径中关键零部件进行传力和变形分析，电池包要布置在变形区域之外。如果电池包布置在机舱位置，正面碰撞时很容易受到变形的伤害。一般锂离子电池可布置在乘员舱底板下及乘员舱内，小型乘用车的电池多数布置在座舱底板下方，或者车辆后部，相对车辆前部位置要安全许多，最优方案为电池包在座舱底板下方。

在总布置时针对高速碰撞工况,可以利用计算机辅助工程(CAE)仿真计算,估算对应的碰撞安全间隙,优化电池包和高压元件空间布置，从而避免后期不必要的返工。在碰撞完成后，实车上测量变形情况，将它与计算值进行比较，修正计算模型。

对于小型乘用车，为了避免路面上大体积石头等异物冲击电池包，电池包最好在车辆的最低点之上，如果用户无法避免撞击，宁可让石头等异物冲击车辆前部的副车架等最低点，也不能冲击电池包总成。为了避免车辆使用过程中的小石子击打电池包，另外炎热夏季停车后地面热辐射也会导致电池包升温，建议厂商在电池包下方增加塑料导流板。

如果车辆在充电及行驶过程中出现碰撞、翻车等事故，碰撞过程中以及碰撞后都要保证相关人员的人身安全。由于电动汽车既有传统燃油车的一般碰撞安全问题，又有三电系统的高压碰撞安全问题，它可能造成动力系统的短路、漏电、燃烧、爆炸，由此对乘员造成电伤害、化学伤害、燃烧伤害等，除了传统汽车的相关保护需求之外，电动汽车还应当满足高压电系统安全。

防触电安全：为了保证汽车碰撞后维护和救援人员没有触电风险，在碰撞过程中，安全气囊ECU或专用断电继电器必须瞬时发出断电信号，断开高压电回路，GB/T 31498—2015要求断电后交流电压不大于30 V，直流电压不大于60 V，避免乘员和行人遭受触电风险，保证人员安全的情况下尽量保护关键零部件不受损害。同时国标GB/T 31498—2015对于剩余电容量、物理防护、绝缘电阻也有相应的要求。

电池碰撞安全：按照国标GB/T 31498—2015的要求，在高速碰撞工况下，保证大质量的锂离子电池与车身安装固定的可靠性，避免电池脱落对乘员和第三方造成伤害。GB/T 31498—2015评价标准：如果电池有漏液，不能超过5 L，且不能流入到座舱内。碰撞结束30 min内，车辆不得燃烧、爆炸。

碰撞完成后，在采取安全措施的情况下，对碰撞车辆分别进行90°和180°侧翻后，检查电池液泄漏情况，这一检查模拟了电动汽车高速碰撞之后翻车的情况，目前国标无要求，但美国公路安全保险学会(IIHS)有此要求，整车厂商必须考虑这种风险。

为了避免车辆行驶中遇到道路上的大石头等异物、路面的起伏、地桩等，可能刮擦电池包的风险，整车厂必须在开放的道路上，进行整车动态间隙试验。试验完成后，检查电池包的刮擦情况。评价标准：试验结束后电池包外壳不允许出现严重的伤痕。当电动汽车遇到涉水、暴雨等工况时，由于水汽侵蚀，高压的正极与负极之间可能出现绝缘电阻变小甚至短路的情况，可能引起电池的燃烧、漏液甚至爆炸，若电流流经车身，可能使乘员遭受触电风险。试验中试验员必须身穿高压电绝缘衣物，安全是最重要的。

高寒试验、高热区试验和高海拔试验简称三高试验，一般情况下在冬季极寒天气、在黑龙江进行寒区试验、夏季炎热天在新疆、昆仑山进行热区和高原试验。电动汽车与常规的汽油车试验完全相同，重点在于试验过程中检查三电系统(特别是电池包)在这一些地区使用时，是否出现异常情况，三电系统有无报警信号。这3个大试验项目对应为国标GB/T 31485—2015中的高温度、温度冲击、高海拔负压试验要求。

由于电池包质量较大(例如：小型乘用轿车的电池包质量大约为300 kg左右)，固定在车辆下方，在生命周期内承受各种振动和冲击，时间长了之后会出现固定螺钉松动或脱落，或者箍带断裂的情况，电池包可能脱落，出现严重的风险。为此，必须进行整车四通道耐久试验模拟这种情况，它对应整车在严酷道路上行驶8万公里的情况，试验完成后对电池包进行拆检。评价标准：电池包的固定不能松脱，电池包内部零件不能出现松脱。

该试验模拟电动汽车在夏季高温天气情况下停车时，长期在太阳下暴晒，整车温度(特别是座舱温度)急剧升高，电池包的温度也同步上升，要求电池包工作能正常，不能出现热失控。还有一种情况是车辆外部油漆损害，补漆之后车辆需要局部加温，此时电池包也有热失控的风险。评价标准：试验中(车辆未启动)电池包外壳的最高温度，要低于电池包的安全温度。

小型电动乘用车辆在检查或维修过程中，一定会用千斤顶或举升机在车身下裙边处顶起车辆。如果电池包的最低点要低于车身侧面的下裙边(通常情况下千斤顶作用在下裙边上)，千斤顶或举升机的作用点如果出现一定的偏差(通常情况下车身下电池包与下裙边有一定的安全距离)，有可能直接顶在电池包上，导致电池包变形(通常情况下单体电池与外壳之间有7 mm以上的安全距离)，触发热失控。

市面上千斤顶的种类有很多，电动汽车保养维修时都可能遇上，为此必须对市面上常用种类的千斤顶，仔细分析它们是否有顶在电池包上的风险，如果有，就必须进行对应的整车试验。图9是一种剪式举升机，市面上正在逐步普及，必须考虑这种举升机顶在电池包上的可能性，它可能导致电池包变形。评价标准：如果有变形，电池壳体内表面不能触及电池外表面。

车辆行驶中可能遇到各种小石头，它们会被车轮带起来，击打在电池包的底部，长期的打击会导致电池包外保护层破坏，石子卡在小缝隙里面，或者外壳出现凹坑。外保护层被破坏后，再遇到水或泥的侵蚀，最终导致外壳腐蚀穿孔，遇水会触发热失控。评价标准：小石子不允许击打在无防石击涂料或护板保护区域，保护区域内的涂料或护板不允许出现严重伤害。

如果电池包下方有塑料的导流板，它可以保护外壳免受石击，可以取消该试验。如果外壳采用防石击涂料，必须进行该试验。

为了控制电池包的温度在一定的范围之内，许多车辆采用的电控液冷保温技术，冷却液在电池包内流动，如果泄漏就会直接接触单个电池，产生很大的安全风险。为此，必须在整车状态下对冷却系统进行密封性测试。整车厂通常在每一台车加注冷却液之前会进行气密性检测，合格之后才会加注。同时整车的空调环境模拟或电池冷却系统性能试验时，可以检测电池冷却系统的密封性或系统压力，如果压力达标则密封性肯定无问题。评价标准：不能出现液体泄漏。

这个试验专门针对PHEV插电混合动力小型乘用汽车，通常它的电池包和燃油箱并排布置在车辆后部。整车试验时模拟电池包发生热失控时，导致相邻的燃油箱外部温度升高，燃油箱通常采用塑料材料，此时燃油箱不允许出现融化现象。评价标准：燃油箱塑料壳体不能出现融化现象。如果不满足要求，燃油箱外部必须增加隔热板。

该试验模拟电动汽车遇到外部火源之后，电池包被引燃，出现毒气，消防员进行灭火，冷却电池防止燃烧的场景。目前国内该试验还处于研究阶段，也没有相关的标准要求。该试验模拟电动汽车的完全或大部分在水中浸泡8 h，从水中取出来静置30 min，观察电池包是否会出现重新复燃的现象。目前国内该试验还处于研究阶段，也没有相关的标准要求。
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