三、 安全防护设计
1. 整体思路
动力电池系统安全防护的根本原则：阻止电能和化学能在系统正常运行状态和某些非正常状态(法律法规、标准所规定的情况，以及典型的失效情况)，以不可控的方式释放，或减轻其不可控释放所带来的危害。
安全防护设计的主要方法：
1) 阻止能量的不可控释放——预防危害发生
2) 阻断能量不可控释放的路径——阻止危害发生后的蔓延
3) 降低能量不可控释放的破坏——降低危害所造成的损害
针对电击危害：
? 被动预防为主，保证足够的绝缘强度和有效的接触防护
? 采取有效的主动干预机制(针对绝缘缓慢失效)，阻止危害发生，保证安全裕量
? 一旦发生，因为能量释放太快(毫秒级)，无法及时进行中断或降损
针对燃烧危害：
? 预防，中断和降损有效结合
? 主动防护，阻止过充，短路，过热等滥用情况，避免危害发生
? 良好的结构防护，保护电池在撞击，挤压，穿刺，跌落等情况下的安全性
? 良好的散热能力，降低内部热累计速度，避免热失控
? 内部组件的着火点温度阈值足够高，提高危害发生的门槛
? 防火槽，隔热材料，导火导热装置等中断火灾蔓延路径，阻止连锁反应
? 阻燃材料，降低燃烧损害
? 采取危险源检测与主动灭火装置
针对爆炸危害：
? 预防为主，避免燃烧
? 中断和降损为辅，在发生爆燃时，有泄压装置，快速释放高温高压气体，避免爆炸，或降低爆炸的力度
2. 工程方法
安全的防护设计，是一个系统工程，切勿从局部入手，仅根据某些典型的失效案例，采取有限的应对措施，或者仅根据国外和国内标准的要求，简单通过相关的测试和认证。
在产品的安全设计工作中，要追根溯源，抽丝剥茧，综合运用多种工程方法和措施，从系统级到子系统、部件、零件等各个层级都采取完整而有效的解决方案，从而实现整个系统的安全性。
在项目的早期，产品仅处于概念或草案阶段，此时需要结合已有的工程经验，综合考虑产品所面向区域的法律法规、标准规范、典型案例、客户需求等因素，确定产品的系统级安全目标。
项目早期(概念阶段)：
? 工程经验
? 法律法规
? 标准规范
? 已有案例
…
在产品的方案阶段，则要根据产品的总体架构和接口定义，基于产品的系统级安全目标，综合运用头脑风暴、鱼骨图分析、FTA、System-FMEA、建模仿真等工程方法，确定详细的安全目标和相关指标，并分解至子系统或零部件，同时确定相互之间的安全设计配合。
项目早期(方案阶段)：
? 头脑风暴
? 鱼刺图(鱼骨图)
? FTA(故障树分析)
? S-FMEA
? 仿真
…
在接下来的开发过程中，仍然需要将安全的相关设计目标往下分解，直至最底层的零件，建立完善的需求分解和追溯系统。运用DFMEA、测试、安全评估等方法，验证安全设计的有效性和完整性。
项目过程中(设计/验证阶段)：
? D-FMEA
? 测试
? 安全评估
…
在产品的安全设计方案方面，应该结合主/被动安全防护设计，达到最佳的安全防护效果，提升动力电池系统的安全性能。
被动安全防护设计：
? 结构强度
? 绝缘材料
? 防水防尘
? 快速散热
? 防火阻燃
? 压力泄放
…
主动安全防护设计：
? 专有的安全防护电路与软件模块
? 绝缘、烟雾、压力、气体、液体检测
? 达到阈值门槛，执行报警、切断输出、主动灭火等措施
…
通过系统级防护设计和零部件防护设计相互结合，能够获得较高的安全冗余，从而提升动力电池系统的安全性能。
系统级安全防护设计：
? 环境防护
? 滥用防护
? 压力平衡
? 主动安全防护
…
零部件级安全防护设计：
? 电芯在极端情况下的安全性
? 部件在高温下的阻燃特性
? 控制单元的功能安全
…
3. 建立企业内部规范
欧美企业在发展过程中，会逐步建立自己的产品开发规范，从设计要求、设计方案、设计检查、评审评估等各个方面都有严格规定，从而在企业内部建立一个防火墙机制。国内企业在这方面则重视不够，产品开发过程受人的影响非常大，不能将经验的积累转化为一种制度性的强制约束，会一而再再而三的重复别人或自己曾经犯过的错误。此外，每个公司的资源都是有限的，如果不同产品的经验不能积累成通用化的平台并充分共享，必然导致资源的投入永远跟不上业务扩张的速度，企业决策和管理层疲于奔命，工程师累的崩溃，产品问题层出不穷。
在动力电池系统的安全防护方面，企业应该逐步为自己建立一个行之有效的安全设计规范，来约束不同产品的开发目标和过程。如有可能，应该逐步推动企业内部标准的建立。
四、 总结
从2013年开始，电动汽车的发展呈现出一种比较“火热”的状态，一是发展的速度确实以倍数在增长，不仅是中国市场井喷，全球电动汽车的产销都在快速增长；二是安全事故层出不穷，国内外都有很多案例，除了新事物本身的不成熟之外，企业的社会责任感不足也是非常重要的因素，在涉及到人身安全的产品推广和普及方面，我们应该慎之又慎。
本文写作的目的，不是要阐述某个具体的动力电池系统安全设计方案，不同的产品，其类型、应用、架构都有很大差异，所采取的安全方案也不完全一样。我们的目的，是探讨如何在系统层面把握产品安全分析和设计的方法，建立适合自己的一套体系和规则。
在整个行业还不成熟，且国内的技术水平还明显落后于国外的情况下，我们反对照搬国外的游戏规则，如同在温饱问题没有解决的情况下，不要过度追求物质享受。如ISO 26262标准所规定的体系要求，在未来的几年内，国内没有一家企业可以达到，与其耗费大量资源去钻研国外的规则，不如踏实做好自己的工作，一步一步积累，推动产业的健康发展。产业发展到一定阶段的时候，接轨甚至超越都是很自然的事情。
在新能源汽车的发展道路上，我们任重而道远。
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