整車開發(fā)環(huán)節(jié)中電池燃燒風(fēng)險(xiǎn)的控制方法

（文章來源：汽車總站）

鋰離子電池包布置:鋰離子電池布置時(shí)，要滿足碰撞防護(hù)要求、電池包散熱要求、整車通過性要求、整車軸荷分配要求、外形與環(huán)境件兼容等。特別是整車碰撞過程中，車身結(jié)構(gòu)發(fā)生變形時(shí)電池包的防護(hù)，避免碰撞過程中電池包發(fā)生變形、破裂。GB/T 19751—2005[20]《混合動(dòng)力電動(dòng)汽車安全要求》要求電池包盡量布置在座艙之外，有均勻的散熱和通風(fēng)，且鋰離子電池排除的有害氣體必須排除座艙之外，也不能在車輛上聚集。

乘用車在被動(dòng)安全方面滿足中國新車評價(jià)規(guī)程(C-NCAP)和中國碰撞法規(guī)的要求，在電池包總布置時(shí)，需進(jìn)行正面、側(cè)面和后面碰撞情況下安全空間校核，對碰撞力傳遞途徑中關(guān)鍵零部件進(jìn)行傳力和變形分析，電池包要布置在變形區(qū)域之外。如果電池包布置在機(jī)艙位置，正面碰撞時(shí)很容易受到變形的傷害。一般鋰離子電池可布置在乘員艙底板下及乘員艙內(nèi)，小型乘用車的電池多數(shù)布置在座艙底板下方，或者車輛后部，相對車輛前部位置要安全許多，最優(yōu)方案為電池包在座艙底板下方。

在總布置時(shí)針對高速碰撞工況,可以利用計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)仿真計(jì)算,估算對應(yīng)的碰撞安全間隙,優(yōu)化電池包和高壓元件空間布置，從而避免后期不必要的返工。在碰撞完成后，實(shí)車上測量變形情況，將它與計(jì)算值進(jìn)行比較，修正計(jì)算模型。

對于小型乘用車，為了避免路面上大體積石頭等異物沖擊電池包，電池包最好在車輛的最低點(diǎn)之上，如果用戶無法避免撞擊，寧可讓石頭等異物沖擊車輛前部的副車架等最低點(diǎn)，也不能沖擊電池包總成。為了避免車輛使用過程中的小石子擊打電池包，另外炎熱夏季停車后地面熱輻射也會導(dǎo)致電池包升溫，建議廠商在電池包下方增加塑料導(dǎo)流板。

如果車輛在充電及行駛過程中出現(xiàn)碰撞、翻車等事故，碰撞過程中以及碰撞后都要保證相關(guān)人員的人身安全。由于電動(dòng)汽車既有傳統(tǒng)燃油車的一般碰撞安全問題，又有三電系統(tǒng)的高壓碰撞安全問題，它可能造成動(dòng)力系統(tǒng)的短路、漏電、燃燒、爆炸，由此對乘員造成電傷害、化學(xué)傷害、燃燒傷害等，除了傳統(tǒng)汽車的相關(guān)保護(hù)需求之外，電動(dòng)汽車還應(yīng)當(dāng)滿足高壓電系統(tǒng)安全。

防觸電安全：為了保證汽車碰撞后維護(hù)和救援人員沒有觸電風(fēng)險(xiǎn)，在碰撞過程中，安全氣囊ECU或?qū)Ｓ脭嚯娎^電器必須瞬時(shí)發(fā)出斷電信號，斷開高壓電回路，GB/T 31498—2015要求斷電后交流電壓不大于30 V，直流電壓不大于60 V，避免乘員和行人遭受觸電風(fēng)險(xiǎn)，保證人員安全的情況下盡量保護(hù)關(guān)鍵零部件不受損害。同時(shí)國標(biāo)GB/T 31498—2015對于剩余電容量、物理防護(hù)、絕緣電阻也有相應(yīng)的要求。

電池碰撞安全：按照國標(biāo)GB/T 31498—2015的要求，在高速碰撞工況下，保證大質(zhì)量的鋰離子電池與車身安裝固定的可靠性，避免電池脫落對乘員和第三方造成傷害。GB/T 31498—2015評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：如果電池有漏液，不能超過5 L，且不能流入到座艙內(nèi)。碰撞結(jié)束30 min內(nèi)，車輛不得燃燒、爆炸。

碰撞完成后，在采取安全措施的情況下，對碰撞車輛分別進(jìn)行90°和180°側(cè)翻后，檢查電池液泄漏情況，這一檢查模擬了電動(dòng)汽車高速碰撞之后翻車的情況，目前國標(biāo)無要求，但美國公路安全保險(xiǎn)學(xué)會(IIHS)有此要求，整車廠商必須考慮這種風(fēng)險(xiǎn)。

為了避免車輛行駛中遇到道路上的大石頭等異物、路面的起伏、地樁等，可能刮擦電池包的風(fēng)險(xiǎn)，整車廠必須在開放的道路上，進(jìn)行整車動(dòng)態(tài)間隙試驗(yàn)。試驗(yàn)完成后，檢查電池包的刮擦情況。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：試驗(yàn)結(jié)束后電池包外殼不允許出現(xiàn)嚴(yán)重的傷痕。當(dāng)電動(dòng)汽車遇到涉水、暴雨等工況時(shí)，由于水汽侵蝕，高壓的正極與負(fù)極之間可能出現(xiàn)絕緣電阻變小甚至短路的情況，可能引起電池的燃燒、漏液甚至爆炸，若電流流經(jīng)車身，可能使乘員遭受觸電風(fēng)險(xiǎn)。試驗(yàn)中試驗(yàn)員必須身穿高壓電絕緣衣物，安全是最重要的。

高寒試驗(yàn)、高熱區(qū)試驗(yàn)和高海拔試驗(yàn)簡稱三高試驗(yàn)，一般情況下在冬季極寒天氣、在黑龍江進(jìn)行寒區(qū)試驗(yàn)、夏季炎熱天在新疆、昆侖山進(jìn)行熱區(qū)和高原試驗(yàn)。電動(dòng)汽車與常規(guī)的汽油車試驗(yàn)完全相同，重點(diǎn)在于試驗(yàn)過程中檢查三電系統(tǒng)(特別是電池包)在這一些地區(qū)使用時(shí)，是否出現(xiàn)異常情況，三電系統(tǒng)有無報(bào)警信號。這3個(gè)大試驗(yàn)項(xiàng)目對應(yīng)為國標(biāo)GB/T 31485—2015中的高溫度、溫度沖擊、高海拔負(fù)壓試驗(yàn)要求。

由于電池包質(zhì)量較大(例如：小型乘用轎車的電池包質(zhì)量大約為300 kg左右)，固定在車輛下方，在生命周期內(nèi)承受各種振動(dòng)和沖擊，時(shí)間長了之后會出現(xiàn)固定螺釘松動(dòng)或脫落，或者箍帶斷裂的情況，電池包可能脫落，出現(xiàn)嚴(yán)重的風(fēng)險(xiǎn)。為此，必須進(jìn)行整車四通道耐久試驗(yàn)?zāi)M這種情況，它對應(yīng)整車在嚴(yán)酷道路上行駛8萬公里的情況，試驗(yàn)完成后對電池包進(jìn)行拆檢。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：電池包的固定不能松脫，電池包內(nèi)部零件不能出現(xiàn)松脫。

該試驗(yàn)?zāi)M電動(dòng)汽車在夏季高溫天氣情況下停車時(shí)，長期在太陽下暴曬，整車溫度(特別是座艙溫度)急劇升高，電池包的溫度也同步上升，要求電池包工作能正常，不能出現(xiàn)熱失控。還有一種情況是車輛外部油漆損害，補(bǔ)漆之后車輛需要局部加溫，此時(shí)電池包也有熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：試驗(yàn)中(車輛未啟動(dòng))電池包外殼的最高溫度，要低于電池包的安全溫度。

小型電動(dòng)乘用車輛在檢查或維修過程中，一定會用千斤頂或舉升機(jī)在車身下裙邊處頂起車輛。如果電池包的最低點(diǎn)要低于車身側(cè)面的下裙邊(通常情況下千斤頂作用在下裙邊上)，千斤頂或舉升機(jī)的作用點(diǎn)如果出現(xiàn)一定的偏差(通常情況下車身下電池包與下裙邊有一定的安全距離)，有可能直接頂在電池包上，導(dǎo)致電池包變形(通常情況下單體電池與外殼之間有7 mm以上的安全距離)，觸發(fā)熱失控。

市面上千斤頂?shù)姆N類有很多，電動(dòng)汽車保養(yǎng)維修時(shí)都可能遇上，為此必須對市面上常用種類的千斤頂，仔細(xì)分析它們是否有頂在電池包上的風(fēng)險(xiǎn)，如果有，就必須進(jìn)行對應(yīng)的整車試驗(yàn)。圖9是一種剪式舉升機(jī)，市面上正在逐步普及，必須考慮這種舉升機(jī)頂在電池包上的可能性，它可能導(dǎo)致電池包變形。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：如果有變形，電池殼體內(nèi)表面不能觸及電池外表面。

車輛行駛中可能遇到各種小石頭，它們會被車輪帶起來，擊打在電池包的底部，長期的打擊會導(dǎo)致電池包外保護(hù)層破壞，石子卡在小縫隙里面，或者外殼出現(xiàn)凹坑。外保護(hù)層被破壞后，再遇到水或泥的侵蝕，最終導(dǎo)致外殼腐蝕穿孔，遇水會觸發(fā)熱失控。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：小石子不允許擊打在無防石擊涂料或護(hù)板保護(hù)區(qū)域，保護(hù)區(qū)域內(nèi)的涂料或護(hù)板不允許出現(xiàn)嚴(yán)重傷害。

如果電池包下方有塑料的導(dǎo)流板，它可以保護(hù)外殼免受石擊，可以取消該試驗(yàn)。如果外殼采用防石擊涂料，必須進(jìn)行該試驗(yàn)。

為了控制電池包的溫度在一定的范圍之內(nèi)，許多車輛采用的電控液冷保溫技術(shù)，冷卻液在電池包內(nèi)流動(dòng)，如果泄漏就會直接接觸單個(gè)電池，產(chǎn)生很大的安全風(fēng)險(xiǎn)。為此，必須在整車狀態(tài)下對冷卻系統(tǒng)進(jìn)行密封性測試。整車廠通常在每一臺車加注冷卻液之前會進(jìn)行氣密性檢測，合格之后才會加注。同時(shí)整車的空調(diào)環(huán)境模擬或電池冷卻系統(tǒng)性能試驗(yàn)時(shí)，可以檢測電池冷卻系統(tǒng)的密封性或系統(tǒng)壓力，如果壓力達(dá)標(biāo)則密封性肯定無問題。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：不能出現(xiàn)液體泄漏。

這個(gè)試驗(yàn)專門針對PHEV插電混合動(dòng)力小型乘用汽車，通常它的電池包和燃油箱并排布置在車輛后部。整車試驗(yàn)時(shí)模擬電池包發(fā)生熱失控時(shí)，導(dǎo)致相鄰的燃油箱外部溫度升高，燃油箱通常采用塑料材料，此時(shí)燃油箱不允許出現(xiàn)融化現(xiàn)象。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：燃油箱塑料殼體不能出現(xiàn)融化現(xiàn)象。如果不滿足要求，燃油箱外部必須增加隔熱板。

該試驗(yàn)?zāi)M電動(dòng)汽車遇到外部火源之后，電池包被引燃，出現(xiàn)毒氣，消防員進(jìn)行滅火，冷卻電池防止燃燒的場景。目前國內(nèi)該試驗(yàn)還處于研究階段，也沒有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)要求。該試驗(yàn)?zāi)M電動(dòng)汽車的完全或大部分在水中浸泡8 h，從水中取出來靜置30 min，觀察電池包是否會出現(xiàn)重新復(fù)燃的現(xiàn)象。目前國內(nèi)該試驗(yàn)還處于研究階段，也沒有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)要求。
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