人們一想到電動(dòng)汽車(chē)碰撞，通常就會(huì)想到電池是否會(huì)爆炸起火。其實(shí)未必如此，汽車(chē)碰撞考察的項(xiàng)目很多，電池安全只是其中一部分內(nèi)容。

例如，在今年2月初IIHS(Insurance Institute for Highway Safety)的碰撞測(cè)試評(píng)估中，純電動(dòng)汽車(chē)Tesla Model S和BMW i3都沒(méi)能拿到最高評(píng)分，而插電式混合電動(dòng)車(chē)Chevrolet Volt、Toyota Prius Prime都得到了最高評(píng)級(jí)TOP SAFETY PICK+。在這四種車(chē)型的測(cè)試中，電池本身在測(cè)試過(guò)程中都沒(méi)有什么問(wèn)題，Tesla和BMW的失分項(xiàng)目主要是在其他項(xiàng)目。例如，BMW 在Head restraints & seats和Headlights兩個(gè)項(xiàng)目上都是A等級(jí)，而Tesla在Small overlap front上得到了A，在Headlights項(xiàng)只有P(圖1)，這些失分項(xiàng)目并沒(méi)有直接與電池相關(guān)的。

圖1 2017 IIHS 電動(dòng)汽車(chē)評(píng)定等級(jí)

IIHS在1992年開(kāi)設(shè)了汽車(chē)研究中心(Vehicle Research Center ，VRC)，通過(guò)評(píng)定車(chē)輛的防撞性能，幫助消費(fèi)者選擇更加安全的汽車(chē)，同時(shí)也幫助汽車(chē)制造商改進(jìn)汽車(chē)安全設(shè)計(jì)。2004年開(kāi)始，美國(guó)IIHS和澳大利亞ANCAP(Australasian New Car Assessment Program)對(duì)混合電動(dòng)車(chē)和電動(dòng)車(chē)展開(kāi)了防撞測(cè)試(crashworthiness test)研究，測(cè)試項(xiàng)目主要包括：

· 25%重疊率正面偏置碰撞 Small overlap frontal，時(shí)速64km/h

· 40%重疊率正面偏置碰撞 Moderate overlap frontal，時(shí)速64km/h(圖2)

· 側(cè)面碰撞Side，時(shí)速50km/h

· 車(chē)頂強(qiáng)度 Roof strength

圖2 Moderate和Small overlap frontal crash的區(qū)別

這些測(cè)試項(xiàng)目與汽油車(chē)的防撞測(cè)試基本類似，但是電動(dòng)汽車(chē)的測(cè)試更關(guān)注于高壓電氣系統(tǒng)的危害，尤其是高壓電池在碰撞后可能帶來(lái)的潛在危險(xiǎn)：高壓漏電、電池電解液泄露、著火。根據(jù)電池的受損程度和電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)的快慢程度，電池造成的危害有時(shí)候可以直接表現(xiàn)出來(lái)，有時(shí)候卻不能直接表現(xiàn)出來(lái)，這也給我們處理這類碰撞車(chē)輛時(shí)帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)。這里我們回顧幾個(gè)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)生著火的經(jīng)典案例，分別展示了三種不同的電池失效模型。

2011年，通用汽車(chē)的Volt電動(dòng)車(chē)在位于威斯康星的MGA Research進(jìn)行了18英里/小時(shí)的側(cè)面碰撞測(cè)試。三個(gè)星期之后，Volt的鋰離子電池才開(kāi)始著火了，大火迅速蔓延到鄰近的三輛車(chē)子。事故調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)做完碰撞測(cè)試之后，有少量的電池冷卻液滲透到電池箱內(nèi)，造成了電池內(nèi)部短路，最后發(fā)展成電池的熱失控。

2012年，美國(guó)新澤西的颶風(fēng)Sandy造成了港口的16輛Fisker Karma電動(dòng)車(chē)的泡水、著火。事故后的分析顯示，泡水造成了其中一輛Karma電動(dòng)車(chē)的鋰離子電池的熱失控和著火，大火蔓延開(kāi)來(lái)后點(diǎn)燃了鄰近的15輛電動(dòng)車(chē)(該案例可能與碰撞的相關(guān)性不大，因?yàn)檎{(diào)查結(jié)果沒(méi)有談到颶風(fēng)是否造成了車(chē)輛的碰撞等外部機(jī)械沖擊)。

2013年，兩輛特斯拉Model S發(fā)生著火：第一輛車(chē)是在華盛頓的路上行駛時(shí)撞到了地面的金屬物，第二輛是在田納西州撞到了橫在路上的拖車(chē)拴鉤(trailer hitch)。這兩個(gè)事故都是由于道路上的碎片或雜物在汽車(chē)高速行駛中刺穿車(chē)輛底盤(pán)和電池包，造成了電池失效和熱失控。特斯拉后來(lái)在底盤(pán)上加裝了防護(hù)板用于保護(hù)電池。2014年，一位偷車(chē)賊在駕駛偷來(lái)的特斯拉電動(dòng)車(chē)時(shí)，電動(dòng)車(chē)發(fā)生碰撞后被解體成兩半，電池包被甩出車(chē)子并且起火。

這幾個(gè)案例(除了第二個(gè)沒(méi)有直接證據(jù)顯示跟碰撞有關(guān))都對(duì)電池的防撞安全性能提出了挑戰(zhàn)，迫使電池制造商或者整車(chē)制造商在電池產(chǎn)品設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段就需要考慮到各種可能碰撞安全隱患，從而設(shè)定相應(yīng)的解決方案。隨著技術(shù)的進(jìn)步和經(jīng)驗(yàn)的積累，針對(duì)這些電池的安全性隱患/問(wèn)題，已經(jīng)有了很多標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)來(lái)規(guī)范它的安全性。例如，SAE J2464、J2929、J2380，ECER100。我們國(guó)家也制定了相應(yīng)的國(guó)標(biāo)，例如，GB/T 18384-2015、31467.3-2015、31498-2015。這些標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)介紹了各種測(cè)試驗(yàn)證方法，用于模擬不同環(huán)境下電池系統(tǒng)可能遇到的機(jī)械、電氣危害，并且在每項(xiàng)測(cè)試中，標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)通常要求電池不發(fā)生漏液、破裂、著火和爆炸，還有些項(xiàng)目要求絕緣電阻要大于100歐姆/伏或更高。

常見(jiàn)的安全測(cè)試包括：

·振動(dòng)

·熱沖擊

·機(jī)械沖擊、碰撞

·防火

·外部短路

·過(guò)充保護(hù)

·過(guò)溫保護(hù)

在整車(chē)級(jí)別的碰撞測(cè)試中，針對(duì)電池碰撞安全比較經(jīng)典的測(cè)試法規(guī)要求是美國(guó)的FMVSS 305 (Federal Motor Vehicle Safety Standard No.305)，它要求在碰撞測(cè)試中：

·儲(chǔ)能系統(tǒng)不侵入乘客倉(cāng)內(nèi)，能夠保持在原來(lái)位置

·儲(chǔ)能系統(tǒng)的絕緣等級(jí)不小于500歐姆/伏

·泄露的電解液不能進(jìn)入乘客倉(cāng)，并且乘客倉(cāng)外泄露的電解液不能超過(guò)5L

由于動(dòng)力電池自身帶有能量，所以在進(jìn)行電動(dòng)汽車(chē)碰撞測(cè)試時(shí)，除了傳統(tǒng)汽車(chē)碰撞需要的安全準(zhǔn)備之外，IIHS還針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)推薦了其他需要確認(rèn)的安全事宜，例如：

·手動(dòng)維修開(kāi)關(guān)的位置

·儲(chǔ)能系統(tǒng)的安裝位置和高壓線束

·檢測(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)絕緣電阻測(cè)試電路的連接位置

·儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電方法

·電池冷卻液的化學(xué)屬性

·電池及其組件的MSDS

·針對(duì)測(cè)試電動(dòng)車(chē)儲(chǔ)能系統(tǒng)的特殊危害信息

沃爾沃曾經(jīng)做過(guò)一個(gè)整車(chē)后碰實(shí)驗(yàn)(圖3)，安裝在后背箱的電池并沒(méi)有像想象中的那樣受到垂直碰撞而發(fā)生嚴(yán)重形變，而是與電池安裝連接部分的車(chē)身結(jié)構(gòu)發(fā)生了嚴(yán)重的變形，把電池拱了起來(lái)，這在一定程度上減小了電池受到的擠壓力，使得電池在碰撞過(guò)程中并沒(méi)有受到類似圖4所示的嚴(yán)重?cái)D壓變形，這說(shuō)明車(chē)身結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)也可以在一定程度上減小了電池受到碰撞擠壓的風(fēng)險(xiǎn)。聯(lián)想到在GB/T 31467.3-2015的7.6節(jié)擠壓實(shí)驗(yàn)要求制定過(guò)程中，在200kN的擠壓力要求上發(fā)生過(guò)較大的爭(zhēng)議，很多企業(yè)反映該擠壓力要求過(guò)大，不符合實(shí)際整車(chē)設(shè)計(jì)情況。在該標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施一段時(shí)間后，又發(fā)布了GB/T 31467.3-2015第一號(hào)修改單，標(biāo)準(zhǔn)制定機(jī)構(gòu)這次接受的企業(yè)的反饋，考慮了車(chē)身結(jié)構(gòu)對(duì)于電池的保護(hù)作用，將200kN的要求調(diào)低到100kN，這也與國(guó)際上現(xiàn)行的ECE R100和ISO12405-3的要求保持了一致，同樣這也體現(xiàn)了國(guó)標(biāo)在動(dòng)力電池法規(guī)要求上的進(jìn)步。

圖3 安裝在后背箱的電池

圖4 物體垂直受力擠壓變形

參考

CRASHWORTHINESS TESTING OF ELECTRIC AND HYBRID VEHICLES. IIHS & ANCAP

Volvo Cars: Crash Test Of Electric Cars

http://www.iihs.org

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