【 特邀专家 夏军】2015年12月16-17日，作为国内新能源汽车技术交流最具影响力的峰会，2015第二届中国新能源汽车高峰论坛暨总工技术交流会在深圳隆重召开。峰会历时两天，以“整车安全设计及技术路线、关键零部件安全设计及测试、新能源汽车整车及关键零部件安全测试与标准、新能源汽车运营模式创新及电动物流车产业发展”为主题，共举办三十余场主题演讲、2场互动沙龙、2场行业专家及技术总工交流会、10余场高端访谈。本届大会高举技术交流的大旗，务实而接地气，吸引了近600人到场参会。作为大会主办方和电动汽车行业专业网上平台，对本次峰会做全面回顾和总结。
在本次大会上，深圳星美新能源动力有限公司总监夏军作为重要嘉宾参加并在“动力电池安全技术交流会”上做重要演讲，夏总的演讲主题为“动力电池系统安全分析与防护”。以下为夏军演讲主要内容：
深圳星美新能源动力有限公司总监夏军现场精彩演讲
一、产品安全的系统方法论
动力电池系统构成及边界框图
动力电池包的系统复杂度
知其然，知其所以然，构建完整的体系
风险可度量，可控，可接受，事故发生概率低
以测试发现一部分问题，靠市场反馈一部分问题
事故发生概率大，风险不可控，危机公关代价高
产品安全是设计出来的，而不是测试出来的，怎么理解这句话呢？
国外部分车企在产品安全方面的组织和运作方式：
（1）独立的安全规则和流程，如ISO 26262所规定的相关内容；
（2）独立的安全团队，专门从事安全分析和评估（类似于品质管理部门）；
（3）独立的第三方安全评估（主要针对供应商）。
二、动力电池系统安全分析
GJB 900-90 | MIL-STD-882D | |
安全性Safety | 不发生事故的能力 | 不会引起死亡、伤害、职业病、设备的损坏或财产的损失，或环境危害的状态。 |
危险Hazard | 可能导致事故的状态 | 任何可能引起人员的伤害、疾病或死亡，系统、设备的损坏或财产的损失，或环境危害的实际或潜在的状态。 |
事故Mishap | 造成人员伤亡、职业病、设备损坏或财产损失的一个或一系列意外事件。 | 造成死亡、伤害、职业病设备的损坏或财产的损失，或环境危害的一个或一系列意外事件。 |
危险（Hazard）：事故发生之前的一种状态，当达到触发条件时，危险就会变成事故
事故（Mishap）：导致人员伤亡，财产损失，环境破坏的意外事件
安全（Safety）：阻止危险变成事故的机制或措施，将风险降低到可以接受的水平
安全机制：过充保护，切断危险到事故的过渡过程，避免起火。
安全措施：硬件保护，软件保护，充电机关断…
基本原则：避免单点故障发生，切断危险向事故转移的路径，确保多点故障发生概率达到可接受水平。
动力电池系统：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，以及相关的结构组件。
特点：是高能量载体，在不需要外部能量激励的情况下，本身就能够因能量非正常状态而产生很大的破坏力。
能量非正常状态的表现形式：
（1）电能非正常释放（事故：电击，车辆意外移动）；
（2）电能非正常中断（事故：行驶过程中发生碰撞）；
（3）化学能非正常释放（事故：燃烧，爆炸）；
（4）化学能非正常泄漏（事故：腐蚀）；
（5）电磁能非正常释放（事故：某些功能异常，如通信，数据）。
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，燃烧和化学性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。燃烧和化学性爆炸的主要区别在于物质的燃烧速度，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：
（1）输出电压通常高达300V以上（直流60V以下为安全电压）。
（2）存储的电能达到kWh级别（1kWh=3.6MJ）。
影响：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：
（1）电池单体中的电解液和系统中的塑料部件是可燃物。
（2）电池单体中的正负极材料是氧化剂。
（3）电池单体中的放热副反应会引起温度快速上升，成为火源。
影响：动力电池系统具有燃烧发生的一切要素。
动力电池系统的机械特性：
（1）为了防水防尘，呈空间密闭状态。
（2）为了经受强烈的机械载荷，壳体材料具有足够的强度。
影响：动力电池系统在发生剧烈燃烧时，有发生爆炸的可能性。
安全防护设计的目标：
（1）阻止能量的非正常释放——预防危害发生。
（2）阻断能量非正常释放的路径——阻止危害发生后的蔓延。
（3）降低能量非正常释放的破坏——降低危害所造成的损害。
构成直流触电的基本要素：
（1）电压等级超过安全电压标准（直流60V）。
（2）存储的电荷达到一定能量等级（几百焦耳的电能足以致命）。
（3）人体与高压直流电的两级构成回路（电流流过心脏才会致命）。
直流触电发生的必要条件是带电物体的正负极必须与人体构成放电回路，这决定了直流触电的发生概率和危害都小于交流触电。
导致动力电池系统发生触电的可能原因：
（1）外壳或高压端口的接触防护失效，人体同时接触到两个裸露的电极，构成放电回路。
（2）正负极与壳体的绝缘都失效，动力电池系统的外壳不同部位带电且电位不等（电位差大于60V），人体同时接触到这两个带电部位，构成放电回路。
第一种情况的发生概率和危害要高于第二种情况。第二种情况一般可以通过等电位的方式来做附加防护。
导致动力电池系统发生燃烧或爆炸的可能原因：
（1）电芯的发热副反应导致热失控，引燃电解液，隔离膜和其他可燃物质。
（2）局部连接阻抗过大，导致温度上升，达到着火点温度，引燃动力电池包内部的可燃物质。
（3）动力电池包外部发生火灾，导致动力电池包温度持续上升，达到着火点温度，引燃内部的可燃物质。
针对电动汽车的使用情况而言，第一种情况的发生概率最高，危害最大。电芯的发热副反应导致热失控，是动力电池系统发生燃烧或爆炸的主要原因。
锂离子电池内部主要放热反应有：
（1）SEI膜的分解（90~120℃）；
（2）负极与电解液的反应（120℃以上）；
（3）电解液分解（200℃左右）；
（4）正极与电解液的反应，伴随正极分解，析出氧气（180~500℃）；
（5）负极与粘结剂的反应（240℃）等。
电芯热失控（燃烧，爆炸）的原因：电芯内部的发热副反应导致热量累积，电芯对外热交换的速率小于热量累积速率，温度持续升高，直至达到着火点温度，引起燃烧和爆炸。
电芯中的热过程遵循热量平衡：
Qp = Qe + Qa。
Qp—电芯内部各种副反应产生的热量。
Qe—电芯与环境交换的热量（散热）。
Qa—电芯自己吸收的热量。
如果Qe ≥ Qp，则Qa为负值或零，电芯内部温度不会上升，不会产生热失控。
如果Qe < Qp，则Qa为正值，电芯内部温度持续上升，直至热失控（200~300℃）。
避免电芯热失控的措施：
（1）降低外部触发因素发生概率（过充，过热，短路，挤压，穿刺等），或中断其过程，如增加保险丝，或在正负极材料与集流体之间增加PTC材料；
（2）降低放热副反应所产生的热量，如选择磷酸铁锂正极材料，改变电解液的有机溶剂成分等；
（3）提高着火点温度，如在电解液中添加阻燃材料，选用陶瓷隔膜等；
（4）提高散热能力，避免热累积，如采用高效的液冷设计方案等。
三、动力电池系统安全设计
针对电击危害：
（1）主要依靠预防，保证足够的绝缘强度和有效的接触防护；
（2）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；
（3）一旦发生，因为能量释放太快（毫秒级），无法进行中断或降损。
针对燃烧危害：
（1）预防，中断和降损有效结合；
（2）良好的结构防护，隔绝外部触发因素；
（3）良好的散热能力，降低内部热累计速度；
（4）内部组件的着火点温度阈值足够高；
（5）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；
（6）阻燃材料，降低燃烧损害；
（7）主动检测与灭火装置。
针对爆炸危害：
（1）预防为主，避免燃烧；
（2）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。
四、动力电池系统相关国标
序号 | 新标准 | 旧标准 |
1 | GB/T 31484-2015 电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法 | QC/T 743-2006 电动车用锂离子蓄电池 |
2 | GB/T 31485-2015 电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法 | QC/T 743-2006 电动车用锂离子蓄电池 |
3 | GB/T 31486-2015 电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法 | QC/T 743-2006 电动车用锂离子蓄电池 |
4 | GB/T 31467.1-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第1部分：高功率应用测试规程 | \ |
5 | GB/T 31467.2-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第2部分：高能量应用测试规程 | \ |
6 | GB/T 31467.3-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第3部分：安全性要求与测试方法 | \ |
7 | GB/T 18384.1—2015 电动汽车 安全要求 第1部分：车载可充电储能系统 | GB/T 18384.1—2001电动汽车 安全要求 第1部分：车载储能装置 |
8 | GB/T 18384.2—2015 电动汽车 安全要求 第2部分：操作安全和故障防护 | GB/T 18384.2—2001电动汽车 安全要求 第2部分：功能安全和故障防护 |
9 | GB/T 18384.3—2015 电动汽车 安全要求 第3部分:人员触电防护 | GB/T 18384.3—2001电动汽车 安全要求 第3部分:人员触电防护 |
10 | GB/T 31466-2015 电动汽车高压系统电压等级 | \ |
动力电池系统安全相关的国标
标准 | 防护目标 | 层级 |
GB/T 31485 | 化学能 | 单体/模组 |
GB/T 31467 | 化学能 | 系统 |
GB/T 18384 | 电能 | 系统 |
GB/T 18387 | 电磁能 | 整车（涵盖电池系统） |
国标必须认证研究并满足，国标不是万能的，但可以保证产品达到最低的安全防护等级
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