电动汽车动力电池系统安全分析与防护设计

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一、前言

随着电动汽车的日益普及，与电动汽车相关的安全事故也逐渐增多，不断刺激着公众的神经，加深了公众对于新产品、新事物的疑虑。

4月26日下午，深圳一辆电动大巴在公交场站充电时发生燃烧和爆炸，事故现场浓烟滚滚，事故车辆最后只剩下骨架，所幸未造成人员伤亡。7月22日清晨，厦门市湖里区东渡南通道公交场站内的新能源公交车起火，共造成8辆公交车被烧毁、3辆公交车被烧坏，1名场站值班人员灭火时突然倒地，在120送医救治途中死亡。

在信息化社会，这些安全事故的新闻以小时甚至分钟为单位快速扩散，造成了非常不利的社会影响。我们无意指责相关的整车企业或电池企业，事故的原因是复杂而深刻的，从电池企业、整车企业、充电设备制造商、到公交运营公司，每个环节都存在问题和过失，才导致了最终的安全事故。

安全是产品的根基，不管什么情况，都不能以牺牲产品安全为代价，为追逐物质利益造成人员伤亡或重大财产损失。在社会充满喧嚣和浮躁的背景下，除了政府层面应该制定严格的法律法规和产品准入标准之外，每一家企业都应该承担起自己的社会责任，从自身的角度，尽可能杜绝产品的安全隐患。

作者本人曾长期从事电动汽车动力电池系统的开发工作，也曾担任产品级的安全经理，对动力电池系统的安全风险和防护设计有一定的认识。写作此文，希望与业界同仁一起分享，共同推动行业的良性发展。

二、动力电池系统安全分析

1.系统级危害

作为纯电动汽车的唯一能量来源和混合动力汽车的重要能量来源，动力电池系统的安全性显得非常重要，稍有不慎即可能成为事故的源头，造成严重危害。

动力电池系统的定义：是一个能量存储装置，包括电池单体(电芯)或电池模组，电路和电控单元，以及相关的电气和结构组件。

动力电池系统的安全特征：作为高能量载体，在不需要外部能量输入的情况下，本身就能够因能量非正常释放而产生巨大破坏力。

能量非正常释放的表现形式：

Ø电能释放(电击)

Ø化学能释放(燃烧，爆炸)

燃烧和爆炸两者都需具备可燃物、氧化剂和火源这三个基本因素。因此，燃烧和爆炸就其本质来说是相同的，而它们的主要区别在于氧化反应速度不同。燃烧速度(即氧化速度)越快，燃烧热的释放越快，所产生的破坏力也越大。在有限的空间里产生急速燃烧，产生高温高压气体，就会发生爆炸。

燃烧：化学能转化为热能、光能等

爆炸：化学能转化为热能、光能，并伴有巨大的机械能

动力电池系统的电特性：

Ø输出电压通常高达300V以上(直流60V以上为非安全电压)

Ø存储的能量达到kWh级别(1kWh=3.6MJ)

动力电池系统的电压等级和能量足以造成电击伤亡事故。

动力电池系统的化学特性：

Ø电池单体中的电解液和系统中的塑料部件是可燃物，金属铝在高温下也会燃烧

Ø电池单体中的正负极材料是氧化剂

Ø电池单体中的放热副反应会引起温度快速上升，成为火源

动力电池系统具有燃烧发生的一切因素。

动力电池系统的机械特性：

Ø为了防水防尘，呈空间密闭状态

Ø为了经受强烈的机械载荷，壳体材料具有足够的强度

动力电池系统发生剧烈燃烧的时，有发生爆炸的可能性。