电池是否会爆炸起火？介绍测试电动汽车碰撞后的电池安全问题

人们一想到电动汽车碰撞，通常就会想到电池是否会爆炸起火。其实未必如此，汽车碰撞考察的项目很多，电池安全只是其中一部分内容。

例如，在今年2月初IIHS(Insurance Institute for Highway Safety)的碰撞测试评估中，纯电动汽车Tesla Model S和BMW i3都没能拿到最高评分，而插电式混合电动车Chevrolet Volt、Toyota Prius Prime都得到了最高评级TOP SAFETY PICK+。在这四种车型的测试中，电池本身在测试过程中都没有什么问题，Tesla和BMW的失分项目主要是在其他项目。例如，BMW 在Head restraints & seats和Headlights两个项目上都是A等级，而Tesla在Small overlap front上得到了A，在Headlights项只有P(图1)，这些失分项目并没有直接与电池相关的。

IIHS在1992年开设了汽车研究中心(Vehicle Research Center ，VRC)，通过评定车辆的防撞性能，帮助消费者选择更加安全的汽车，同时也帮助汽车制造商改进汽车安全设计。2004年开始，美国IIHS和澳大利亚ANCAP(Australasian New Car Assessment Program)对混合电动车和电动车展开了防撞测试(crashworthiness test)研究，测试项目主要包括：

·25%重叠率正面偏置碰撞 Small overlap frontal，时速64km/h

·40%重叠率正面偏置碰撞 Moderate overlap frontal，时速64km/h(图2)

·侧面碰撞Side，时速50km/h

·车顶强度 Roof strength

这些测试项目与汽油车的防撞测试基本类似，但是电动汽车的测试更关注于高压电气系统的危害，尤其是高压电池在碰撞后可能带来的潜在危险：高压漏电、电池电解液泄露、着火。根据电池的受损程度和电池内部化学反应的快慢程度，电池造成的危害有时候可以直接表现出来，有时候却不能直接表现出来，这也给我们处理这类碰撞车辆时带来了一定的挑战。这里我们回顾几个电动汽车发生着火的经典案例，分别展示了三种不同的电池失效模型。

2011年，通用汽车的Volt电动车在位于威斯康星的MGA Research进行了18英里/小时的侧面碰撞测试。三个星期之后，Volt的锂离子电池才开始着火了，大火迅速蔓延到邻近的三辆车子。事故调查发现，当时做完碰撞测试之后，有少量的电池冷却液渗透到电池箱内，造成了电池内部短路，最后发展成电池的热失控。

2012年，美国新泽西的飓风Sandy造成了港口的16辆Fisker Karma电动车的泡水、着火。事故后的分析显示，泡水造成了其中一辆Karma电动车的锂离子电池的热失控和着火，大火蔓延开来后点燃了邻近的15辆电动车(该案例可能与碰撞的相关性不大，因为调查结果没有谈到飓风是否造成了车辆的碰撞等外部机械冲击)。

2013年，两辆特斯拉Model S发生着火：第一辆车是在华盛顿的路上行驶时撞到了地面的金属物，第二辆是在田纳西州撞到了横在路上的拖车拴钩(trailer hitch)。这两个事故都是由于道路上的碎片或杂物在汽车高速行驶中刺穿车辆底盘和电池包，造成了电池失效和热失控。特斯拉后来在底盘上加装了防护板用于保护电池。2014年，一位偷车贼在驾驶偷来的特斯拉电动车时，电动车发生碰撞后被解体成两半，电池包被甩出车子并且起火。

这几个案例(除了第二个没有直接证据显示跟碰撞有关)都对电池的防撞安全性能提出了挑战，迫使电池制造商或者整车制造商在电池产品设计验证阶段就需要考虑到各种可能碰撞安全隐患，从而设定相应的解决方案。随着技术的进步和经验的积累，针对这些电池的安全性隐患/问题，已经有了很多标准法规来规范它的安全性。例如，SAE J2464、J2929、J2380，ECER100。我们国家也制定了相应的国标，例如，GB/T 18384-2015、31467.3-2015、31498-2015。这些标准法规介绍了各种测试验证方法，用于模拟不同环境下电池系统可能遇到的机械、电气危害，并且在每项测试中，标准法规通常要求电池不发生漏液、破裂、着火和爆炸，还有些项目要求绝缘电阻要大于100欧姆/伏或更高。

常见的安全测试包括：

·振动

·热冲击

·机械冲击、碰撞

·防火

·外部短路

·过充保护

·过温保护

在整车级别的碰撞测试中，针对电池碰撞安全比较经典的测试法规要求是美国的FMVSS 305 (Federal Motor Vehicle Safety Standard No.305)，它要求在碰撞测试中：

·储能系统不侵入乘客仓内，能够保持在原来位置

·储能系统的绝缘等级不小于500欧姆/伏

·泄露的电解液不能进入乘客仓，并且乘客仓外泄露的电解液不能超过5L

由于动力电池自身带有能量，所以在进行电动汽车碰撞测试时，除了传统汽车碰撞需要的安全准备之外，IIHS还针对电动汽车推荐了其他需要确认的安全事宜。

例如：

·手动维修开关的位置

·储能系统的安装位置和高压线束

·检测储能系统绝缘电阻测试电路的连接位置

·储能系统的充放电方法

·电池冷却液的化学属性

·电池及其组件的MSDS

·针对测试电动车储能系统的特殊危害信息

沃尔沃曾经做过一个整车后碰实验(图3)，安装在后背箱的电池并没有像想象中的那样受到垂直碰撞而发生严重形变，而是与电池安装连接部分的车身结构发生了严重的变形，把电池拱了起来，这在一定程度上减小了电池受到的挤压力，使得电池在碰撞过程中并没有受到类似图4所示的严重挤压变形，这说明车身结构的合理设计也可以在一定程度上减小了电池受到碰撞挤压的风险。联想到在GB/T 31467.3-2015的7.6节挤压实验要求制定过程中，在200kN的挤压力要求上发生过较大的争议，很多企业反映该挤压力要求过大，不符合实际整车设计情况。在该标准实施一段时间后，又发布了GB/T 31467.3-2015第一号修改单，标准制定机构这次接受的企业的反馈，考虑了车身结构对于电池的保护作用，将200kN的要求调低到100kN，这也与国际上现行的ECE R100和ISO12405-3的要求保持了一致，同样这也体现了国标在动力电池法规要求上的进步。

根据相关统计，目前我国电动自行车保有量超过2亿辆。随着电动自行车的普及，电池问题愈发成为不少市民投诉的焦点。记者调查发现，一方面市面上销售的电动自行车本身属于“超标”物品；另一方面，用户在为电池充电时，由于充电器类型不配套、放电后不及时充电、充放频率高、大电流放电等原因，也常常造成损坏。

电池成为车主普遍的“痛”

记者发现，经常被市民吐槽的，是电动自行车销售员嘴里“每日能走60公里”的说法。“都是假的，我们几个的电动车都是只能跑十几公里。”一名刚把电池送修的车主告诉记者，这是她两年来第4次送修电池了，“每次都说检验合格，但安上车子就是只能跑十几公里。我上班远，单程刚刚好。每次到了公司都要插上重新充电。有一次，新电池还没有换下来的旧电池好用。”

据了解，我国电动自行车保有量目前已超过2亿辆，年产销量超过2000万辆。这么庞大的市场，吸引了一批中小品牌进入，但是这些企业大多没有生产资质，兜售的车辆大多超标。

在电动自行车的论坛上，电池问题一直是热门话题。记者了解到，购买电动车时多数都配有充电器。但为了方便使用，很多车主都购买了非配套充电装置。“到公司就没电了，我就在网上随便买了一个。配套的也贵些，都是充电，没那个必要了。”“走着走着没电了，我就在路边的充电桩充了。”

然而，这些随意买来的充电装置，事实上很少与车主的车辆功率配套，这也在一定程度上导致电池难以达到最大使用效果。

劣质充电器对电池伤害大

市面上电动车充电器种类繁多且良莠不齐。据介绍，劣质充电器可能会导致电池内部线路短路，长久使用劣质充电器为电池充电，则会使得电池充不满或电阻鼓包。

记者走访几家品牌电动自行车销售点，销售人员向记者介绍，有些车辆的电池所配备的充电器只能在室内充电。“在室外充电会缩短充电器的使用寿命。”不仅如此，销售人员还会叮嘱购买车辆的用户研读产品说明。然而，实际中却鲜有车主会认真阅读产品说明书。记者阅读说明书后发现，“用于户内或谨防雨淋”、“在接通或断开电池充电器与电池连接前，先断开电源”等字样的提示，赫然写在上面。

据销售人员介绍，顾客购买电动自行车时都会推荐购买配套充电器。“虽然可能稍微贵点，但比外面卖的肯定要稳定。从路边买一个，电压不匹配，很有可能充着充着就鼓包了。”据了解，市场上销售的电动车电池充电电压各不相同。“静止电压有13.2V、14.7V、10.5V的，最高还有15V的。”

此外，不少用户尤其是年轻人在充电的时候往往不怎么放在心上，直到快用完了才充。据业内人士介绍，在这种情况下，电池往往会面临一个过度放电的问题。“过度放电对电池的危害非常大，甚至能够让电池提前报废，所以用户在使用过程中一定不要过度放电。”