动力电池安全——新能源汽车的“生命线”

文/C.G

随着新能源汽车技术的进步，电动汽车相较于传统燃油车的优势越来越突出，市场销量也是一年好过一年。种种迹象暗示，在电动汽车和燃油汽车的市场对垒中，天平就要向电动汽车倾斜了。

然而摆在电动汽车面前的道路并不平坦。长久以来，消费者对“电”的天然敬畏让他们对带有高压动力电池的电动汽车心存芥蒂。同时，电池起火燃烧事故更是横亘在电动汽车普及道路上的大号“绊脚石”。特别是在2019年，某些品牌的电动汽车接连发生了起火自燃事件，令电动汽车的普及蒙上了一层阴影。

电动汽车真的很危险吗？动力电池的燃烧风险真的如“魔鬼”一般难以驱散吗？当然不是！以比亚迪为例，在过去15年间，这家企业生产了60多万辆的新能源汽车，其间没有发生过一起因动力电池故障引发的整车安全事故！今天，我们就来看看比亚迪用哪些独特的理念和技术为动力电池的安全保驾护航。

“七维四层”的电池安全设计理念

理论上，任何带有高压电的电器，都存在漏电触电的风险；理论上，任何一款化学电池，都存在受损或短路后起火燃烧的风险。然而在现实中，和任何工业产品一样，只要做足科学合理的设计，电动汽车可以和冰箱、彩电、燃油汽车一样安全可靠、皮实耐用。

平心而论，目前各家车企都会针对动力电池做足安全保护设计，以杜绝漏电或者燃烧的可能。不过由于各家车企的安全理念、开发经验、管理能力、质量水平存在差异，因此，能像比亚迪这样做到15年动力电池零事故的企业并不多。

大家都知道，比亚迪最早是靠生产电池起家，同时，比亚迪也是全球最早生产新能源汽车的企业。因此，凭借二十多年的理论与经验积累，在动力电池安全这一课题上，比亚迪拥有一套非常完善的安全设计理念，比亚迪称其为“七维四层安全矩阵”。

什么是“七维四层安全矩阵”？简言之，比亚迪将可能引发电池漏电和燃烧的问题归纳为七个主要维度，即“连接问题、高压防护问题、碰撞问题、过度充电问题、外部电路短路问题、内部电路短路问题和电池热失控问题”。在进行动力电池设计时，比亚迪要求在四个主要设计层次，即“电池电芯设计、电池模组设计、电池包设计、电池管理系统设计”，都要针对上述七个维度的问题作出有效的保护性设计。

这种极其缜密的设计理念，从源头上隔绝了动力电池发生安全问题的可能，即便万一发生不测（如严重的外力碰撞），这一设计理念也能最大限度地阻止电池发生漏电或燃烧，以充分保护人的生命安全。

实时管控风险，杜绝漏电触电

有的消费者会有这样的疑问：纯电动汽车的电压高达五六百伏，如果漏电岂不是很危险？特别是在大雨天，有人甚至不敢开电动车上路，生怕经过涉水路面时电池包泡水，高压电泄露。但同时，我们也能看到这样的景象：积水路段，比亚迪电动汽车能从水中稳稳而过，旁边的汽油车却因进气口进水“趴了窝”。那么问题来了，泡在水里高压电池包是怎么做到不漏电的？

首先，比亚迪电动车上的所有高压部件和连接件都按照行业最高的密封标准“IP67”进行设计，动力电池包也不例外。不仅如此，国标要求电动车动力电池包在深为1米的水中浸泡30分钟不能出现进水现象，而比亚迪执行更严苛的企业标准——在深为1米的水中浸泡2个小时电池包不能进水，并且在出水后放置一个月，电池包不能出现短路、漏电等情况。

还有的消费者会有这样的顾虑：电动汽车发生碰撞事故后，如果电线、插接口、电池包等遭到破坏，高压电会不会泄露？

事实上，比亚迪对此早有考虑。首先，比亚迪电动车的高压系统有严密的漏电保护功能，不论在什么情况下，系统一旦侦测到高压电泄露，就会自动断电，并迅速将高压零部件内部电压释放至安全电压水平，一般这个过程不会超过3秒。

其次，在碰撞事故发生时，比亚迪电动汽车中的安全气囊总成会给电池管理系统（BMS）发出警告信号，BMS得到警告后会立即命令电池包内部的电池模组断开串联连接，串联电路断开了，原本存在于电池包正负极两端的高电压就被分成了若干“段”存在于电池包内部的安全低电压。这种独特的“高压分段”设计可以确保碰撞事故发生后，不会发生车内人员或救援人员的触电伤害事故。

疏堵结合，最大限度防止电池起火爆炸

2019年发生的几起纯电动汽车电池起火爆炸事故引发了全行业的担心。动力电池为什么会起火爆炸？简单地说，电池爆炸和燃烧是由于电池电芯过热并引发如同多米诺骨牌效应的“热失控”而引起的。“热”是关键——造成电池电芯过热的成因较多，比如电池过充、电路短路、电池遭挤压变形、电池遭破坏性穿刺等，电池被外部火灾“烧烤”等，都会引起电池电芯的过热。

因此，要想防止电池起火和爆炸，首先要对电池电压、电池温度进行实时监控，一旦电压、温度出现异常，电池管理系统BMS必须作出应对，如采取断电保护、释放电池电压、调用热管理系统给电池冷却降温等，都是防止“热失控”的有效手段。

其次，比亚迪还在电池电芯和电池包上做了一些独特的设计以进一步保障电池安全。

例如，在电动车充电时，如果由于充电系统故障导致电池过充，电池温度会持续升高，将电池内部的电解液分解气化，导致电芯内的压强不断升高，产生爆炸隐患。此时，比亚迪电池电芯上一个叫“CID”的机械装置会发挥作用，这个CID受压强控制，当电芯内部压强超过设定值时，CID会自动弹开，断掉电芯与电芯之间的串联电路，强行终止充电过程。

如果CID仍没有遏制住电芯的过热，那么安装在电芯顶部的防爆阀就会自动打开，排放电芯内蓄积的高压气体，排放出的气体会沿着电池包内部事先设计好的气体排放通道绕开可能产生电火花的路径，经电池包的泄压阀，安全地排放至电池包外部。

此外，在车辆遭受严重撞击时，强大的撞击力可能导致电池电芯遭受挤压变形，造成电池内部短路，严重的情况下会引发电池起火或爆炸。为了尽可能防止这种情况发生，比亚迪首先对车身进行优化设计，将电池包布置在整车下部的中间位置，距离车头和车尾都留有足够的缓冲区。为防止侧面撞击挤压电池包，比亚迪还特意加固、加厚了电动车型的左右纵梁，以此加强侧面的抗撞击能力。

同时，比亚迪电池包下部的“托盘”采用高强度铝合金材料制造，其边框采用蜂窝状设计，可以在电池包遭受严重的侧面挤压时，尽可能保证电池包内的电芯不受侵害。目前国标要求在承受100kN挤压力或者电池包的变形量达到30%时，电芯不出现起火爆炸情况，而比亚迪的企业标准要求电池包在遭受120kN挤压力的情况下，电池包塑性变形不得超过14%，且电芯不受到丝毫伤害，标准之严苛过于国标，尽最大可能确保了电池在碰撞情况下不发生恶性的起火爆炸事故。

动力电池安全是新能源汽车的生命线

其实，前面介绍的电池安全保护措施，只是比亚迪“七维四层”电池安全设计理念下的一部分保护措施。针对动力电池的安全问题，比亚迪还有许许多多独特的技术尚未揭开面纱。比亚迪之所以对解决电池安全问题如此不遗余力地投入，是因为比亚迪深知：动力电池安全是整个新能源汽车行业的“生命线”，如果这条“生命线”被轻视，最终影响的是全社会对新能源汽车的信心，挫败的是汽车行业拥抱新能源汽车的勇气。

如今，比亚迪已经宣布将包括动力电池在内的“e平台”核心技术模块向全球汽车行业开放共享，其目的就是希望更多的汽车企业能以更高效的方式采用到更可靠的电动汽车核心技术，进而促进整个新能源汽车市场的发展，加速电动汽车的普及。我们也希望看到，有朝一日，消费者能放下顾虑，安心畅享电动汽车带来的美好生活！