本文聊一下動力電池的危害模式和風(fēng)險降低分析（Hazard Modes & Risk Mitigation Analysis，HMRMA）方法。

HMRMA一般遵循以下三個原則：

1. 風(fēng)險評估和降低需要對風(fēng)險進行量化

2. HMRMA需要包括所有感知、控制、保護方式，以及對最高等級系統(tǒng)的影響

3. HMRMA在所有層級（電芯、模塊、電池包、整車）的設(shè)計過程中不可或缺的工具

HMRMA方法主要包括兩個步驟：

第一步：識別危害、估算相關(guān)風(fēng)險

第二步：檢測和控制風(fēng)險

這里主要介紹第一步里面涉及的一些概念定義。 

危害模式（Hazard Modes）

“危害”定義為由內(nèi)部或外部激發(fā)的事件，該事件可能導(dǎo)致材料受損，嚴(yán)重時會危害到壽命。在可充點能兩存儲系統(tǒng)中，這些危害一般可以歸納為四類（如下表所示）：

a) 電氣危害Electrical Hazard。例如短路、過充電，這些都屬由外部激發(fā)的危害。微短路，這屬于由電芯內(nèi)部造成的危害。

b) 熱危害Thermal Hazard。例如升溫過高、起火等。這可以是由內(nèi)部或外部激發(fā)。

c) 機械危害Mechanical Hazard。例如擠壓、針刺、跌落。

d) 系統(tǒng)危害System Hazard。對電池之外的系統(tǒng)造成危害。例如，接地故障、高壓連接斷開。

嚴(yán)重度（Severity）

危害的嚴(yán)重度用0-7中的一個整數(shù)表示。對一個特定的危害，需要根據(jù)觀察的反應(yīng)或效果判斷嚴(yán)重度。這些效果包括了在極端情況下的爆炸、釋放出超過OSHA暴露限值的有毒物質(zhì)（Level 7），也包括最簡單情況是失去某些功能，這些功能是可以重新恢復(fù)的。

下表總結(jié)了嚴(yán)重度等級，用S表示。這里的S主要是采納了EUCAR標(biāo)準(zhǔn)。這個EUCAR評判系統(tǒng)最初被同來確定電芯級別的危害嚴(yán)重度。但是在HMRMA中，經(jīng)過一些調(diào)整之后，它被擴展應(yīng)用到所有層級：電芯、模塊、電池包、整車系統(tǒng)。目前這個EUCAR危害的評判標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被大多數(shù)廠家所使用。

置信水平（Likelihood Level）

用1-10其中一個正數(shù)表示在整個壽命期間危害的發(fā)生率（Rate of Occurrence，ROO）。一般電池壽命設(shè)計要求在10-15年，或16萬-24萬km（USABC）。

需要注意的是，ROO的確定需要采用統(tǒng)計，考慮統(tǒng)計數(shù)據(jù)的誤差和一定的置信水平。用L表示置信水平，L含義類似于FMEA中的用法。通常，歷史數(shù)據(jù)有助于選擇置信水平。例如，在擠壓這個機械危害例子中，整車在整個壽命期間的碰撞事故的統(tǒng)計數(shù)據(jù)是可以得到的，這些數(shù)據(jù)可以用來選擇合適的L。在一些缺少統(tǒng)計數(shù)據(jù)的情況下，經(jīng)過受訓(xùn)之后的工程推測得到的L對于開始一個HMRMA過程也是可以的。在這個過程中，當(dāng)收集到的數(shù)據(jù)增多時，可以相應(yīng)的調(diào)整L。下表是整個壽命中L隨著ROO變化的函數(shù)，用ppm或%表示。

置信水平跟嚴(yán)重度不一樣，不需要一定是一個整數(shù)。如果ROO在兩個整數(shù)之間，使用分?jǐn)?shù)是允許的。L=0對應(yīng)了ROO=0，說明危害不可能發(fā)生，不需要考慮風(fēng)險分析。 

危害風(fēng)險值和風(fēng)險空間（Hazard Risk Number and the Risk Space）

嚴(yán)重度S和置信水平L的乘積是危害風(fēng)險值HRN（Hazard Risk Number）：HRN=S*L。

當(dāng)特定危害的嚴(yán)重度S增加時，置信水平L必須降低，這樣才能得到可接受的HRN。如果將這個可接受的HRN用R0表示，則可以用一個第一象限的雙曲線來表示經(jīng)常性風(fēng)險（constant-risk）曲線：S*L=R0。

S-L圖構(gòu)成的二維圖也叫風(fēng)險空間（Risk Space），constant-risk雙曲線將風(fēng)險空間劃分為兩個區(qū)域：低風(fēng)險區(qū)、高風(fēng)險區(qū)，如下圖所示。

風(fēng)險空間邊界（Risk Space Boundaries）

在風(fēng)險空間，除了高風(fēng)險和低風(fēng)險的邊界之外，在關(guān)系到所有危害的風(fēng)險空間區(qū)域還有一些限值。例如，對于一個嚴(yán)重度很高的危害，即使置信水平較低，也是不可接受的，需要設(shè)置一個限值S=SL。同樣的，發(fā)生率ROO高、嚴(yán)重度S低至1的危害會導(dǎo)致不可靠的產(chǎn)品，因此需要設(shè)置一個置信水平限制L=LL。這兩個沿著constant-risk雙曲線設(shè)定的限值把低風(fēng)險區(qū)進一步限定在下圖的陰影區(qū)域。

參考

Analysis of Battery Safety and Hazards Risk Mitigation

返回第一電動網(wǎng)首頁 >