某电动汽车电池包挤压仿真分析

A. 现在的新能源汽车发生碰撞，电池会爆炸吗爆炸的威力有多大

新能源 汽车 的电能来源是锂电池，目前大多数车型都采用了能量密度更高的三元锂电池，这种电池遭遇外力破坏后会剧烈燃烧，但是因为车上并没有油箱，没有燃油的情况下车辆也只是自燃而已，而不是爆燃也不会发生二次爆炸。

虽然不会爆炸，但是燃烧的速度非常快，
几分钟就可以把一辆车烧毁。因此新能源 汽车 一旦燃烧，没有任何救下来的可能。

但是新能源汽并没有事故引发爆炸的案例。原因就是锂电池没有爆炸的条件，事故中锂电池会剧烈燃烧，把整辆车烧毁为止。

锂离子二次电池的特点就是容量密度高，而且容量密度还在不断刷新，只有密度上去了续航能力才能提上去。因此锂电池发展的方向就是不断的提高容量密度，那么锂电池为什么会自燃呢？我们看一下锂电池的结构与工作原理:

锂电池结构与电解电容高度相似:
正极材料、负极材料、中间的隔膜以及电解液、绝缘片构成。正极材料与负极材料紧紧的卷在一起，就像电容一样一层层的缠绕在一起，层与层之间由隔膜绝缘，外壳起到密封的作用，防止电解液外漏，电池芯整体泡在电解液中。我们再看一下锂电池工作原理:

充电时
锂离子从正极脱出，通过电解液进入到负极板中，此时负极材料富锂，正极材料脱锂，电子的补偿电荷从外电路供给到负极，以确保电荷的平衡。 放电时正好相反，锂离子从负极逸出，经电解液进入到正极内，正极富锂。当电池有异物刺破后，例如针刺。这时候就相当于在电池内部直接把正负极短路，锂电池短路电流非常大，因此会从电池内部开始剧烈的燃烧:

电池刺破
后剧烈燃烧是锂电池固有的缺点，目前比亚迪的铁锂电池做的比较好。

其他的诸如三元锂电池只能从别的地方想办法，例如提升外壳硬度、为电池做一个坚硬的外壳避免电池被异物刺破，降低爆燃的几率。或者想办法把电池装到不容易碰到地方，但是电池组体积非常大 、只能把电池放在底盘上，仍然有被异物刺破、挤压破裂的风险，这也是大多数新能源 汽车 无法回避的一个现实，即使是特斯拉也没有解决的办法。

其实传统燃油车爆炸的几率也是非常低的，虽然汽油是易燃易爆
的危险品，但是现实中很难看到 汽车 因为事故而爆炸的例子。

上图中这种爆炸往往是电影里为了烘托气氛而刻意制造出来的爆炸。 汽车 想要爆炸也很难的，油箱破裂时往往伴随着剧烈燃烧、汽油消耗完毕后也就结束了。

事故导致油箱破损汽油泄露，这时发生爆炸往往都是空气中油气浓度足够高的时候导致的闪爆。但是油箱内燃油有限、户外有足够多的空气，汽油很快就挥发掉或者燃烧掉，空气中油气浓度很难达到闪爆的临界点。所以 汽车 爆炸只发生在电影里，或者战乱地区用炸弹引爆，而现实生活中很难看到 汽车 爆炸！

可以肯定的和你说，新能源 汽车 一定会发生碰撞爆炸。这是毋庸置疑的问题。至于那些说不可能的人，麻烦你们仔细的想一下，只要关于电子产品之类的东西，就一定会爆炸。更何况是 汽车 ，你见过哪款 汽车 不爆炸？我指的是在发生交通事故的时候。

从2018年的数据来看，有超过五辆的新能源 汽车 因为充电而导致爆炸，当然，在我们的日常生活中，无论什么东西充电过多，也会导致爆炸。

在今年的六月份，特斯拉的一辆 汽车 发生了自燃现象，整辆 汽车 烧的只剩下 汽车 的架子，左香并没有人员伤亡。而像特斯拉自然这样的事情发生并不在少数。

在上海有一个特斯拉的客户，将自己的爱车停在地下车库的某一个位置，从监控可以看出，车子是慢慢的开始冒烟，然后开始走火，最后烧的只剩下一副骨架。而 汽车 公司露出官方回应，是这位用户的电池，由于自己的原因，使得电池变形，维修人员没有检查到，导致事故的发生。虽然这些事情都是小概率发生的。但是也会发生。

先说答案：不可能

再说原因

你可以去网络一下关于爆炸的4个前提条件：可燃物、助燃剂、封闭空间、火源

再不考虑新能源车（这里仅限纯EV车，不包括燃料电池）自身的一些防护手段（例如BMS等），就单纯电池自身以及其使用的工作环境而言，封闭环境是一个最难以满足的条件

当电池包装破损，电解液流出，电池发生自燃的时候，由于电池处于一个开放的环境，所以热量不会出现蓄积，所以即便会有明火，但也不会出现因压力增大而爆炸

这个道理同样适用于燃油车，燃油车爆炸的条件也很苛刻，就一个封闭环境就限制住了

大部分车辆自燃的结果就是一把火烧了，出现爆炸的可能性非常低

目前唯一有可能出现爆炸的车，就是包括天然气、氢气（燃料电池）在内的燃气能源动力车

气体压缩本来就是一个封闭且高压的环境，所以一旦出现碰撞破损，压力瞬间释放遇到明火，爆炸是极有可能的

不过目前随着技术的进步，常温常压储存技术也很成熟，所以未来包括氢气在内的大部分燃料电池车都可以做到安全性和普通电动车一样

不可能

近几年能源车起火事故视频让消费者非常紧张，新能源车主担心自己的车容易起火，其它车主也害怕新能源车起火而不敢将自己的车停在旁边，那么到底新能源 汽车 的电池安不安全？ 现阶段采用不同形式动力电池的新能源车都是如何保证电池的安全性的？

两大阵容PK，谁能登顶？

● 常见的三元锂电池形式

目前新能源乘用车主要采用三元锂电池，而传统的磷酸铁锂电池主要是商用车以及一些低端的微型车（比亚迪最新的磷酸铁锂刀片电池暂不讨论）。

将上述表格解读一下：

1、硬壳电芯（方形电芯）的最大优势是安全，毕竟铝合金/不锈钢壳子本身硬，而且厚度大，甚至连针刺试验的钢针都无法刺穿，但是硬壳电池的整包能量密度普遍不高，太多重量被用来保护电芯本身。这是大部分主流新能源车企的选择。

2、软包电芯的本体大家都见过，不少数码产品的电池就是它，软包电芯重量较轻，单体电芯一致性非常好，问题是加上温控系统之后的轻量化优势不多了。目前主要有通用、爱驰、前途等车企选择使用。

3、圆柱电芯的运用最广泛，而且散热好，能量密度较高。除此之外圆柱电芯的供应商特别多，中日美韩都有成熟的圆柱电芯生产企业，而使用圆柱电芯最出名的车企就是特斯拉。

● 锂离子电池的安全性

锂离子电池主要产生的安全性问题就是燃烧甚至爆炸，出现这些问题的根源在于电池内部的热失控。

一般电池的最佳工作温度范围在25℃左右，即使车辆在静置状态，电池也不会完全断电，电池管理系统会根据情况自动调整动力电池的输出功率。当电池包发生不可控的外力撞击或者内部短路时，电芯本身会不断发热，若无法及时将热量控制在合理温度，便会导致由内到外的燃烧。由于锂电池本身自带氧化剂，所以使用干粉或泡沫灭火器隔绝氧气的传统方法对其完全没用，只能用大量的水降温等它自己熄灭。

热失控的源头可以分为三大类：

1、电芯受外力挤压；

2、电芯内部短路；

3、电池管理系统(BMS)失控。

想让电芯不受外力挤压比较容易解决，只要在车体以及电池包的外层设计出有效的防护结构，在车辆发生碰撞的时候就能抗下所有冲击或者在一定程度上缓解冲击，就能很好地避免出现电芯受到外力的挤压。

动力电池普遍安装在乘员舱的正下方， 汽车 原本的结构就能够对前、后方的冲击起到有效的缓冲防护，一些车型甚至还额外进行了加固。例如奔驰的首款纯电动车型EQC就在车头设计了由多条钢管组成的安全笼结构。

而当面对来自侧向的冲击时，除了依靠车辆的B柱以及车身框架作为缓冲之外，电池包外壳的两侧还会额外设计有类似防撞梁的吸能结构，能够抵御对电池包本体的冲击。 但光应付外部的冲击还不够，内部也需要有框架来进行固定，即使冲击已经传到内部，也能保证电芯有足够的“生存空间”。

以蔚来70kWh的电池包为例，采用尺寸规格为PHEV2，容量50Ah的VDA方形电芯，4P96S电芯排列方式，即96颗电芯为一个模组，4个模组组成蔚来电池包，共计384颗方形电芯，每个电池模组内置有3个电芯温度传感器。

液冷恒温系统对纯电动车来说非常重要，蔚来将铝制液冷板铺于模组下，在模组与液冷板之间加入一层导热垫，并在液冷板与壳体底部之间再铺设有隔热和绝缘材料，进一步确保电池整系统的恒温和安全。工作时， 电芯的温度传递到模组与冷板接触的底部，再通过导热垫传给液冷板，液冷板外壁再把热量传导到冷却液，而在电池温度过低时也可以反向给电池加热。

通用旗下别克VELITE6使用的则是软包电池，内部的一片片软包电芯如同扑克牌一样竖直排列在一起。两个软包电芯、一片冷却片，再加上一个模组框架和一片隔热泡棉组成一个完整的“MINI堆垛单元”，而一个电池模块总成由26个“MINI堆垛单元”组成。此外，也可以通过线圈加热冷却液，使电池升温，即使在极端寒冷环境下，也能确保电池处于最适宜的工作温度。

虽然软包电芯的电池一致性相比硬壳要稍差，但可以通过良好的电池热管理系统来解决。而说到这里就不得不提特斯拉了，由数千颗21700锂电池组成的电池包拥有超高的能量密度，散热能力也更强，但过多的单体电池导致一致性非常不理想，这对电池热管理系统是一个不小的挑战，不过这正是特斯拉的强项。

在特斯拉的电池包内，所有圆柱形电池都被灌注水乙二醇的导热铝管所环绕，铝管外还有一层橘黄色的绝缘胶带，更大的散热面积加上强大的电池热管理系统让特斯拉在实际用车中很少因为电池过热出现问题。

过度充电是使用锂电池包方法不当行为中危害最高的一种。由于过量的锂嵌入，锂枝晶会在阳极表面生长，有刺穿SEI膜的风险。其次锂的过度脱嵌也会导致阴极结构因发热和氧释放而崩溃(NCA阴极的氧释放)，并加速电解质的分解，产生大量气体。由于内部压力的增加，排气阀打开，电池开始排气。电芯中的活性物质一旦与空气接触，就会发生剧烈反应，放出大量的热，从而引发锂电池的燃烧起火。

所以好的电池热管理系统同样会设置好最高以及最低电池SOC，并实时监测每个电芯以及模组的电量、温度等，避免过充过放，从源头抑制热失控。一些搭载高容量电池的中高端车型也会选择将部分电量隐藏，例如奥迪e-tron搭载的电池包容量为95kWh，但为了保证充电效率和电池寿命，在正常情况下的可用容量只有83.6kWh。

● 我国电动 汽车 首批强制性标准

即使已经做了如此多的努力，但事实证明我们还是不能100%确保纯电动车不会发生起火事故，但通过电池内部的阻燃材料以及电池热管理系统发出的预警，我们可以尽量将电池从升温到最终燃烧的时间延长。

在5月12日，国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会批准发布了《电动 汽车 安全要求》《电动客车安全要求》和《电动 汽车 用动力蓄电池安全要求》三项标准，计划于2021年1月1日起开始实施。

其中《电动 汽车 用动力蓄电池安全要求》在优化电池单体、模组安全要求的同时，重点强化了电池系统热安全、机械安全、电气安全以及功能安全要求，试验项目涵盖系统热扩散、外部火烧、机械冲击、模拟碰撞、湿热循环、振动泡水、外部短路、过温过充等。特别是增加了电池系统热扩散试验，要求电池单体发生热失控后，电池系统在5分钟内不起火不爆炸，为乘员预留足够的逃生时间。

您好，很高兴回答您的问题，关于新能源 汽车 碰撞后是否会爆炸的问题没有绝对的答案，但是从概率上分析大概率是不会发生爆炸的。

大家看到过很多新能源 汽车 自燃事件，但据我所知国内还从未发生一起新能源 汽车 碰撞后导致人员死亡的事件，虽然说电池在受到冲压、碰撞、变形后会存在短路自燃的风险，但是电池包的抗击打能力也是非常强的，并且国家对动力电池还有相应的国标，下面看看威马 汽车 的电池包测试。

1、高空跌落

把威马 汽车 电池包直接从 3米的高度跌落到水泥地面上。据说3米大概是一层楼的高度，很多立体车库也差不多这么高，跌落后的电池包，外壳出现了轻微的凹陷，但是除此之外，没有其它异常情况。

既然从3米的高低跌落的电池包没有问题，那好奇实验室就把高度翻倍——提升到了6米。6米的高度大概是两层楼的高度，也是一般高架桥的高度。令人“失望”的是，摔下来的电池包外观仍旧正常，没有起火、没有爆炸，触摸时也没有漏电现象。

2、挤压。

把电池包抵在破碎机的率带上，然后用机械臂进行挤压，将电池包挤压到变形量超过30%的时候停止。据说挤压威马电池包的这台破碎机，平时是用来拆房子的。

挤压后的电池包一侧已经完全塌陷了，而变形最厉害的一面就是电芯所在的位置。虽然被挤得很惨，但是整个电池包也没有漏电的现象。

既然机械臂不行，那就换破碎锤的金属尖头（没错，就是拆房子的时候用的那个很粗的金属头），直接挤压电池的上壳体。挤压过后，电池包凹陷得很厉害，但是仍旧很稳定，没有起火，没有爆炸。

3、浸水 。

搭建了一个泳池，在泳池中倒入粗盐，使得泳池中NaCl浓度高于国标浓度。然后把威马 汽车 电池包直接浸入泳池水中三小时。

车辆在行驶过程中难免会遇到涉水的情况，如果电池包遇到积水，会不会短路起火？观察在盐水中浸泡三小时后吊起的威马 汽车 电池包，发现电池包外壳完好，没有冒烟、起火，也没有漏电的现象。

4、高温灼烧。

在油桶里倒入汽油，点火。然后在火焰燃烧最大的时候，把全新的电池包放在火焰上方烧烤。火势慢慢变大，窜起的大火把电池包完全包在里面，用红外线测温仪测得电池包表面的温度达到了217℃。

150秒后，把电池包移开，底部依然有零星的火焰，待火完全熄灭后，可以看到底部的涂层有些烧化。除此之外，电池包的外形结构依然完好，底部也没有烧穿，也没有出现起火、爆炸的现象。

不论是跌落还是挤压，是水泡还是火烧，经过这样摧残后的威马 汽车 电池包，都没有出现起火、爆炸、漏电的现象，可以说在安全性上是非常的利害了，所以说新能源 汽车 在发生碰撞之后爆炸的可能性非常小。

你担心多了，国家有严格规定

B. 如果电池包有“压力测试”，玛奇朵DHT-PHEV成绩是“全优”

新四化加速向我们驶来，汽车产业已经全面迈进新能源时代大门。无论是新势力造车还是传统品牌转向新能源领域，新能源技术起到了至关重要的作用。不过，值得一说的是，现在各主机厂都在宣传自己的技术可以纯电行驶多久、动力输出多强、燃油经济性多好，然而在用户安全方面的直面消费者却少之又少。

从挤压到外部火烧、整车浸水，玛奇朵DHT-PHEV电池包在重重考验中表现出优秀的安全性能，把新能源汽车的安全水平拉升至新高度，也提升了市场对新能源汽车的信心。沿着安全这条路继续前行，玛奇朵DHT-PHEV必将驶进更多消费者的心里。

C. 如何仿真电池特性进行电池管理系统的测试

北京群菱充分利用自己在蓄电池测试领域多年的经验积累，研发出了专门应用于BMS电池管理系统检测的专业系统平台。该平台满足各类BMS系统的工作状态模拟、测量参数校准、SOC、均衡充电能力检测、工程验收、型式试验等，是国内乃至国际上最专业的电池管理系统的检验测试工具。 BMS，全称电池管理系统（BATTERY MANAGEMENT SYSTEM）是电池与用户之间的纽带。主要为了能够提高电池的利用率，均衡电池电量保持电池的一致性，延长电池的使用寿命，对蓄电池容量进行精确评估及蓄电池的监控等。主要应用领域包括电动汽车、分布式储能电站、微网储能等。因此BMS系统的优劣将直接影响到上述设备大安全及可靠性。我司专业致力于BMS系统仿真检测平台的研究，经过多年的实践打造的BMS检测平台，可实现对BMS系统工作状态的全方位真实仿真模拟。为BMS系统的安全可靠性评估提供准确的科学依据，可应用于BMS生产厂家、性能检测、BMS管理系统的研发等领域。 平台描述 1) 平台由13个检测设备共同组成一个全自动检测系统。 2) 通过CAN总线通讯功能、监听通讯信号，测试BMS的控制模式和会话内容。 3) 通过CAN总线实现和充电机及其他设备的信号控制对接。 4) 设备的参数设置和数据显示，都在电脑上实现。由电脑管理各个模块的工作。 5) 可以对车载蓄电池管理系统BMS 进行全面的评测，可以模拟电压、电流、温度信号及异常事件的产生，可以捕捉BMS对异常型号的反应。 6) 用于评估BMS 在SOC或SOH状态下的估算精度。 7) 应用于：BMS的数据校准、性能检测、BMS管理系统的研发等领域。 可以实现以下测试 1、电池管理系统测量精度的检测及校正，主要包括电压测量精度、电流测量精度、温度检测精度、单体电压测量精度 。 2、BMS管理系统安全保护功能测试，目的是校验BMS保护动作的可靠性和灵敏度。 3、电池充放电功能测试。 4、BMS算法验证：验证SCO估算精度。

D. 汽车电瓶鼓包是什么原因

汽车电瓶鼓包的原因：

1、高温下，电池内部压力升高，电池限压阀迫于压力自动开启。限压阀一旦开启，就会加速电池失水速度。电池失水过度，电池活性下降，充电时容易出现壳体发热、起鼓、变形等问题，也就是电池充鼓现象。

2、过充是造成电池鼓包第二大原因。

防治电池鼓包：

1、不要过充。

2、不要使用劣质充电器。

3、不要高温下充电。

4、不要频繁使用大电流充电。

5、选用高品质电池。电池质量是影响电池鼓包最重要的因素，高品质电池鼓包现象少。

(4)某电动汽车电池包挤压仿真分析扩展阅读：

电瓶的保养：

1、养成定期检查电池的习惯

质量再好的电池也经不起瞎折腾!尤其是在使用车的过程中不注意保养，负载过重、急停急行、路段颠簸等都会损害电池。要做的就是定期检查电池，观察电池是否正常运行，以保证自身的人身安全。

2、选择正确的充电方法

很多车车主在充电过程中，没有正确充电，过充，少冲，充电过于频繁等，这些都会导致电池寿命缩短。

E. 深度解析比亚迪汉电池安全“独家秘笈”

作为中国新能源 旗舰 轿车， 比亚迪 汉 率先搭载的刀片电池，重新定义了动力电池的安全标准，彻底终结了电动汽车的安全痛点。凭借全面领先的安全、性能和豪华品质，比亚迪汉累计销量已突破 7.6万辆，持续领跑中国品牌中大型轿车市场，用高光市场表现证明：安全，才是一款电动汽车 最大的豪华！

高安全、高强度，刀片电池历经极端严苛测试

电动汽车的动力电池包覆盖成百上千个电池单体，只要一个单体发生短路引发热失控，整个电池包就有可能被殃及。导致电池热失控的原因有很多，比如外力破坏、高温炙烤等等，而最直接的检验方法当属针刺测试。针刺测试，就是在实验室环境下，利用钢针刺穿电池单体强制引发热失控，能够在针刺贯穿后 1小时内不爆燃、不起火的电池，才算通过针刺测试。

测试显示，三 元 锂电池在针刺瞬间发生剧烈燃烧的极端热失控，电池表面的鸡蛋被炸飞；传统块状磷酸铁锂电池在被针刺后无明火、有烟，电池表面的鸡蛋被高温烤焦；刀片电池在针刺穿透后无明火、无烟，表面温度在 30-60℃区间。截至目前，汉搭载的刀片电池是全球唯一安全通过针刺测试的动力电池。

电动汽车的电池包一般都放置在底部，当车辆托底或者受到撞击时，如果电池包受到挤压发生变形，同样有可能伤及电芯引发热失控。刀片电池既是能量体也是结构体的特点，使其成功通过了极端强度的碾压测试。测试中，一辆 46吨重的满载重卡从刀片电池包上碾压通过，最终电池包无漏液、无变形、无冒烟现象，装回原车依旧可以正常使用。

刀片电池的高安全、高强度不仅通过了针刺和碾压测试，还历经球击、顶压、火烧、涉水等多项严苛的测试，这也为比亚迪汉在电池安全行业领导级的地位奠定坚实基础。

由外而内层层防护，比亚迪汉铸就顶级电池安全

作为全球超安全智能新能源旗舰轿车，比亚迪汉的电池安全不只是在电池包层面，还体现在对动力电池的高压系统安全防护和整车安全防护等层面上。

在高压系统安全防护层面，比亚迪汉针对高压零部件展开了高压标识、绝缘耐压、绝缘电阻、产品和连接器防护等级、主被动放电、绝缘检测、高压互锁、碰撞断高压、接触器及烧结检测、熔断器和电池过充、过放、过温、低温保护等 1 1 项 防护措施，并且通过了难度极大的侧面柱碰、电池托底、涉水等测试项目，确保整车在极端情况下安全无漏电。

在整车安全防护层面，比亚迪汉通过标准化模块的应用和标准化车身构架的开发，提高了热成型钢和高强钢的使用占比，车身关键部位热成型钢的使用量达 97 公斤，在中国量产轿车中排名第一。汉的高安全车身大幅增强了抗撞击能力，碰撞发生后能够有效降低结构变形挤压电池包的可能性。

无惧针刺碾压，直面火烧涉水，刀片电池的顶级安全性能，来源于比亚迪对用户安全的高度责任心，追求极致的制造标准和极端严苛的测试验证。正是这些，铸就了比亚迪汉在电池安全领域的行业领导级地位，拥有其它电动汽车无可比拟的安全优势，更由此树立了新能源汽车的安全标杆，生动诠释了 “安全才是电动车最大的豪华”。

F. CTP电池封装技术解析：宁德时代和比亚迪刀片电池有何优劣

随着补贴政策退坡，车企和电池生产商都不得不在成本控制上再下功夫，包括贵金属材料成本、研发和制造成本的降低，会大幅减轻整车的规划压力，一方面给品质提升预留更大空间，一方面保持价格优势，提升整体性价比，国产特斯拉在售价跌破30万大关后引来大批消费者关注就是最好的例子。

如今电池厂商做模组并非强赢利点，并且大多数车企自己可以做模组，例如华晨宝马、北京奔驰、通用汽车等，反而做PACK才是可行的出路。而电池厂商只有转变为CTP方案，之后才有机会去做整个PACK，CTP因此也被打包和宣传为动力电池的下一个风口。

编辑总结?/

不知道通过此篇文章您看懂CTP“套路”了吗？正如双离合+TIS被打包宣传成黄金动力组合动力强油耗低，但它没有说其可靠性一般维修成本高且并不适合中国拥堵路况的弊端，CTP技术的确可以较为明显的提升电池能量密度，但是也的确存在着相对不稳定的硬伤。作为消费者，你可以选择做第一个吃螃蟹的人，从中获得一些与众不同的体验，也可以选择保守观望。

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

G. 「科普」新能源车动力电池安全风险与应对方法

1、新能源车电安全引人担忧

近年来伴随新能源车市场的火爆， 社会 上已发生多起新能源车起火事故，电池安全渐渐成为了新能源电动 汽车 最重要的议题之一，也是各方关注的焦点。新能源 汽车 国家大数据联盟在2019年08月发布的《新能源 汽车 国家监管平台大数据安全监管成果报告》显示：2019年5月起3个月之内共发现79起安全事故，涉及96台车，情况很严重。已查明着火原因主要是电池自燃、车辆碰撞、车辆浸水、车辆不合理使用问题，它们导致了锂离子热失控。事故车辆中磷酸铁锂电池占比7%左右、三元锂离电池占比86%左右，剩余车辆电池不明。

图1 电动 汽车 起火相关案例

基于此，针对电动 汽车 的法规升级越加频繁，要求也越来越高。国标GB30381-2020《电动 汽车 用动力蓄电池安全要求》加入了电池热失控预警要求，要求车辆在热失控导致乘员舱发生危险前5min发出提示信息提示人员安全撤离，对热失控的检测以及蔓延抑制提出了紧迫而具体的要求。C-NCAP在2021年也引入了柱碰测试法规，国外机构Tesla、三洋、三星等在2014年前就电池热失控领域开展了大量研究，Tesla已申请60多份相关专利；国内机构如CATL、清华大学近几年均成立专门的技术团队研究电池安全特性；以清华大学为例，其热失控方面部分研究成果已用于宝马、戴姆勒、三星、长安、CATL等合作项目。

图2 电动 汽车 中涉及电池安全的相关标准

由于法规的升级和树立 汽车 品牌形象需要，目前国内越来越多的主机厂生产的新能源电动车也开始考虑了绝缘安全防护，如基本绝缘、外壳防护、漏电监测、手动断开等安全防护措施；除此之外，在新能源 汽车 安全开发过程中，GB 以及NCAP 工况只是基本的考核要求，为实现真正的新能源 汽车 的安全性，减小消费者对新能源车不安全的误区，我们需考虑更多的实际交通道路事故中所出现的碰撞工况，在所有测试工况下避免高压电防护失效导致的高压伤害。

图3 新能源车型电安全开发考核工况

2、动力电池简介

从系统的角度来说，电池分为化学电池、物理电池和生物电池三大类。对于我们比较熟悉的化学电池，则是按正负极材料进行分类，有铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等车辆比较常用的动力电池。铅酸电池技术成熟、价格便宜，但其污染严重，比能量低，一般应用于大型不间断供电电源以及电动自行车；镍氢电池安全性高、耐过充过放性能好，但其比能量低、低温性能差、自放电率高，一般应用于混合电动 汽车 以及电动工具；锂离子电池相比以上2种电池具有比能量高、循环寿命长、充电功率范围宽、倍率放电性能好、污染小等优良特性，现今被电动 汽车 广泛采用，也是现今国网力推的一种电动 汽车 充电电池类型。

图4 电池分类

市场上常见的锂离子电池基本分为4类，其中磷酸铁锂电池的热稳定性最好，锰酸锂电池次优，三元锂LiNiCoMnO2电池略差，而钴酸锂电池最差。磷酸铁锂电池循环寿命长、毒副作用小、成本低廉、充放电倍率大、高温稳定性好，但一致性不好，能量密度低。锰酸锂电池成本低，毒害性较低，但热稳定性差，循环寿命短，应用较少。三元锂（LiMn2O4）电池能量密度高，但大功率充放电后温度升高，高温时释放氧气，热稳定性较差，寿命较短。钴酸锂电池热稳定性最差，它的正极在高温时容易分解，加速热失控，但能量密度高，续航更出色，特斯拉 汽车 采用了这种电池。

图5 主流锂离子电池性能比较

这些种类的锂离子电池最大的区别就是正极材料的不同, 实际上正极材料是影响锂离子电池性能和成本的关键因素，目前国内新能源 汽车 动力电池应用最多的是磷酸铁锂电池和三元锂电池。

图6 磷酸铁锂刀片电池

图7 三元锂硬壳电池

图8 一般动力电池包结构形式

3、电池存在的安全风险

各种电池起火的共性原因是电池热失控，隐患总体可以分为三大类，一类是环境高温，引起电池正负极的剧烈反应，反应会向可燃的电解液中释放大量的能量，并析出氧气，导致电池膨胀、过热甚至失火；一类则是外部的物理性破坏，导致电池隔膜贯穿，正负极直接接触使得电池内短路，短时间内释放大量电能（可转换成热能），导致电池热失控；最后一类则是电池过充、过放导致的内部结构损坏，从而引发电池的热失控。

热失控(Thermal runaway)是指由于锂离子液态电池在外部高温、内部短路，电池包进水或者电池在大电流充放电各种外部和内部诱因的作用下，导致电池内部的正、负极自身发热，或者直接短路，触发“热引发”，热量无法扩散，温度逐步上升，电池中负极表面的SEI(Solid Electrolyte Interface)膜、电解液、正负极等在高温下发生一系列热失控反应(热分解) 。直到某一温度点，温度和内部压力急剧增加，电池的能量在瞬间转换成热能，形成单个电池燃烧或爆炸。引起单个电池热失控的因素很多、很复杂，但电流过大或温度过高导致的热失控占多数，下面重点介绍这种热失控的机理。

以锂离子电池为例，温度达到90 时，负极表面SEI膜开始分解。温度再次升高后，正负极之间的隔膜（PP或PE）遇高温收缩分解，正、负极直接接触，短路引起大量的热量和火花，导致温度进一步升高。热失控时，230 250 的高温导致电解液几乎完全蒸发、分解了。它含有大量易燃、易爆的有机溶剂，逐步受到热失控的影响，最终分解发生燃烧，是热失控的重要原因。电解液在燃烧同时，产生一氧化碳等有毒气体，也是重大的安全隐患。电解液如果泄漏，在外部空气中形成比重较大的蒸汽，容易在较低位置大范围扩散，这种扩散范围极易遇火源引起安全事故。清华大学的研究显示：正极中含镍越多则热稳定性越差，碳素材料的负极在寿命的前期较稳定，但是寿命衰减后变差。这从侧面说明三元锂电池的高镍比例，虽然容量更大，但会导致更大的热失控风险。

图9 热失控随温度的变化过程

4、应对电池可能存在的电池安全风险

应对电池可能存在的电池安全风险，可以从四个层级、七个维度来考虑电池的安全，四个层级指电芯、模组、电池包、整车，七个维度包括可靠连接、高压防护、机械挤压、过充、布置形式、短路和热失控，在每个维度跟层级都有对应的防护措施，全方位有效的保护电池安全。

新能源 汽车 发生冒烟起火的场景一般为车辆静置时充放电和车辆行驶中发生碰撞，下面我们基于锂离子动力电池在机械挤压这个维度来讲解下目前开展的一般研究方法，探究整车碰撞中电池包的受力形态与损伤（失效、起火、爆炸）机理。

本研究从卷芯到单体到模组再到电池包共4个层级，每个层级的研究又分为试验和仿真两个方面，通过不同加载方向、不同加载速度的试验来研究卷芯、单体和模组的各向异性和应变率效应，以及加载方向和加载速度的不同给动力电池变形行为和失效行为带来的影响，全面认识动力电池在不同载荷工况下的响应规律和内在失效机理；借助对试验结果的认知，开发能够表征其应变率效应、各向异性和失效行为的卷芯模型，并以卷芯模型为基础，逐级向上开发兼顾仿真精度和计算效率的电池单体模型和模组模型，以试验结果为参考对各仿真模型的仿真精度进行验证，为电动 汽车 电池包碰撞安全保护的开发提供虚拟仿真工具。

图10 研究总体框架

1）卷芯层级研究

卷芯是组成单体进而构成模组的基础，也是电池包里面最基本的电化学单元，了解卷芯的力学性能，及其力学失效和电化学失效之间的联系，有助于深入认识电池包在碰撞挤压载荷下的响应规律和失效机理。锂离子电池的正极材料通常以铝质集流体为基底，涂布钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）和磷酸铁锂（LiFePO4）等锂离子活性物质。负极材料通常以铜质集流体为基底，涂布石墨或硅层。而隔膜则常为由聚乙烯或聚丙烯等材料制成的多孔薄膜。通过对卷芯中的正极复合体、铝箔、隔膜、负极复合体、铜箔等进行拉伸、压缩、穿孔试验，得到相应材料的材料卡片，为卷芯的精细化建模搭好基础。

图11 卷芯组分研究流程图 研究总体框架

2）单体层级研究

电池单体是向下集成卷芯、向上构成模组的结构，每一个单体都是一个可以独立工作的电化学集合体。目前车用锂离子动力电池单体，通常采用卷绕或叠片式卷芯（交替布置的正负电极和电极间的隔膜）和液态电解质，用金属外壳封装成圆柱形（a）或方形硬壳电池（b），或用镀金属塑料膜封装为软包电池（c）单体层级研究。

图12 (a) 圆柱形硬壳电池单体 (b) 方形硬壳电池单体

(c) 软包电池单体

为了全面了解电池单体在碰撞挤压载荷下的响应规律和失效机理，研究同样对单体进行了不同加载方向和不同加载速度的挤压试验。

图13 （a）Z向圆柱挤压 (b) Y向圆柱挤压 (c) X向圆柱挤压

(d) Z向球头挤压 (e) Z向锥面挤压

通过实验，可以得到对应的力-位移-电压曲线，结合对样件电镜扫描结果，来研究响应规律和失效机理，和建立了单体的有限元模型。

图14 某工况下单体力-位移-电压曲线

对于电池单体，我们通过多种方向和多种不同的加载速度的组合试验对其力电响应进行了测试，可以发现，单体也有着明显的各向异性和应变率效应。其次，单体的短路行为也具有明显的各向异性，相比于Y向和X向，Z向是单体最容易发生短路失效的挤压方向。借助对试验结果的认知，开发能够表征其应变率效应、各向异性和失效行为且兼顾仿真精度和计算效率的单体模型。

图15 单体有限元模型

3）模组层级研究

模组是将一个以上电池单体按照串联、并联或串并联方式组合，并作为电源使用的组合体。其研究方法与单体基本一致，但由于其结构比单体更加复杂多元，研究中需要考虑多种失效形式，包括单体之间的粘胶，壳体撕裂，端板断裂的现象。

图16 模组测试系统

图17 模组试验形式及样件变形情况

通过研究发现，相比单体内短路（卷芯断裂）压降失效而言，模组试验中更多的是由于结构失稳或外部侵入而发生的外短路；由于蓝膜、胶层和铝合金在冲击下韧性明显下降，更易发生失效破坏，而这些失效形式是导致模组发生外短路的关键因素，进而使得模组压降对应的力和位移的响应在准静态和存在较大差异。

图18 某工况下单体力-位移-电压曲线

通过模组多工况试验标定，建立模组有限元模型。

图19 模组有限元模型

4）电池包层级研究

通过对锂离子从卷芯到单体到模组的研究，对电池本身具备充分的了解，包括电池在冲击下的变形和失效规律，内部损伤发生的历程和机理，在发生严重损伤前所能承受的载荷、变形、能量等的最大限度，以及损伤发生过程中机电热的相互耦合和作用关系等。基于仿真模型，便可以开展多工况下电池包层级的研究与对标工作。

图20 电池包系统多工况研究

在新能源 汽车 安全开发过程中，电池包作为更加复杂的系统，不同的试验工况下，会有多种不同的失效形式，其产生的原因和所造成的危害也不尽相同。

图21 常见的动力电池失效形式

5、结语

锂离子电池凭借其能量密度大、循环寿命长、充电效率高等优点，被广泛应用于纯电动或混合动力 汽车 的储能系统。然而，锂离子电池在能量密度迅速增长的同时，对于整车的安全性设计又提出了新的挑战。特别是在经受复杂且严峻的碰撞工况时，为最大程度地发挥电池系统防护结构的作用，最大限度地在碰撞防护和轻量化设计之间寻求平衡，必须首先深入研究锂离子电池的机械性质和碰撞安全性，不但能够对新能源车辆设计和制造提出指导性的建议，也有利于新能源车辆的后期维护和事故处理等工作的进行。

为解决电池单体在机械加载下的力学响应与损伤行为预测问题，开发预测电池包力学响应和失效行为的工具，最终服务于电动 汽车 碰撞安全设计，第一阶段针对典型的车用动力电池开展了从卷芯到单体再到模组共三个层次，逐步深入的研究。每个层次的研究又分为试验和仿真两个方面，通过不同加载方向、不同加载速度的试验来研究卷芯、单体和模组的各向异性和应变率效应，以及加载方向和加载速度的不同给动力电池变形行为和失效行为带来的影响，全面认识动力电池在不同载荷工况下的响应规律和内在失效机理；借助对试验结果的认知，开发能够表征其应变率效应、各向异性和失效行为的卷芯模型，并以卷芯模型为基础，逐级向上开发兼顾仿真精度和计算效率的电池单体模型和模组模型，以试验结果为参考对各仿真模型的仿真精度进行验证，为电动 汽车 电池包碰撞安全保护的开发提供虚拟仿真工具。

H. 动力电池包热失控是怎样发生的

电池包作为车辆的核心部件关乎车辆用车体验和车辆使用安全，近年来，国内外汽车品牌发生多起新能源汽车由于电池包热失控导致的自燃事故，对于电池的安全引发关注，那么电动汽车的电池包热失控是怎么样发生的？

综上所述电池包热失控产生有内部的电解质原因，同时也有外部因素，当然随着电动汽车保有量的提高，电池技术不断的提高，对电池包安全防控的技术要求会越来越高。

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

I. 文科生也别怕 一文带你看懂比亚迪刀片电池针刺实验

本周，比亚迪发布了磷酸铁锂电池、三元锂电池与比亚迪刀片电池做针刺实验的对比视频。网友们都对这个视频非常感兴趣，有人认为，实验结果直接证实了比亚迪刀片电池更加安全，也有人对于实验的过程提出了质疑。今天就基于《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》和大家好好聊聊动力电池安全实验，以及针刺实验究竟难在哪里。

推荐车型目录乘用车磷酸铁锂电池占比（图片来自：汽车与配件）

特别是在刀片电池的推出之后，体积能量密度提升，整体的重量以及接近于三元锂电池，能量密度也足以满足大多数家用车的需求。加上轻薄的设计，可以满足不同种类的纯电动的布局需求。

新能源车企工程师看法

基于电池线路的选择，我们也采访了北汽新能源BEIJING品牌工程师几个问题，工程师的具体回答如下。

1、部分车企开始重新使用磷酸铁锂电池，以后磷酸铁锂电池是否会成为主流？

十三五期间三元电池快速发展的同时，磷酸铁锂电池的能量密度也有了较大提升，从2015年的约125Wh/kg提升到了接近170Wh/kg，部分电芯已经达到了180Wh/kg。得益于磷酸铁锂电芯能量密度约50%提升，以及电池系统集成技术的提升，现在同样相同体积下，2015年只能跑200km的车现在也能跑到300-350km，这一里程范围已经能够满足部分市场需求，再加上相对于三元电池的成本优势加持，使得磷酸铁锂电池在这一市场站稳脚跟。

但是，根据中国信息数据中心公布的数据显示，400km以上的续航里程，仍然是当前电动汽车绝大多数用户的需求，据此判断，高比能三元电池仍然将会是市场主流需求。

2、预测一下磷酸铁锂和三元锂两种电池方案的未来发展方向？

面对差异化的市场需求，对于长续驶里程的车型仍会采用高能量密度的三元锂电池，而相对于一些仅需要满足其日常里程需求，追求性价比的用户来说，磷酸铁锂电池恰恰是一种更好的选择。因此我认为两者会各自占领其不同的市场份额。未来三元锂电池在发挥高能量密度优势的同时着力于解决自身电池安全不稳定的问题，而磷酸铁锂电池会继续提升能量密度。

3、BEIJING品牌的车型未来是否会换上磷酸铁锂电池？

北汽新能源为用户提供丰富多样的产品配置，其中会包括磷酸铁锂电池配置的车型。差异化的市场需求带来差异化的产品配置，针对不同的用户群体打造不同产品矩阵。

对于动力电池线路的选择问题，上汽乘用车的工程师也给出了他们的见解。工程师的看法如下：

在电动汽车发展前期，电池包能量密度＜140Wh/kg，这样整车NEDC续航里程大多低于300km。当时影响电动汽车发展的瓶颈在于续航里程，且有国家补贴政策支持，可弥补经济性的不足，所以三元锂电池是首选。随着国家新能源补贴政策的退坡，大家都面临巨大降本压力。与此同时，磷酸铁锂电池被人诟病的能量密度和充电缺点，也在随着技术的发展得到改善。

?能量密度方面，随着CTP（CelltoPACK），即是电芯直接集成为电池包技术的成熟，更高效电池包集成、更低整车能耗，磷酸铁锂车型的续航已有能力提升至400km甚至500km以上。

?充电方面，随着电芯快充、热管理、充电桩技术的发展，应用于乘用车的磷酸铁锂电池也基本可以做到与现有主流三元相同的快充速率。

?成本方面，国家补贴政策退坡，NCM811电池虽降低了钴含量降低成本，但工艺复杂，现阶段生产成本较NCM523无明显优势。此时成本更低、寿命更长的磷酸铁锂电池，自然被更多车企选择，成为主流趋势。或者说销量占比会很高。

总的来说，今后这两种电池材料将同时存在。据市场端需求定位规划，为用户购车提供了更多的选择，不存在谁替代谁。

1）磷酸铁锂电池充分发挥其在成本、寿命及安全方面优势主打中低端的车型和运营车，续航里程≥400km，也可以达到500甚至600km。

2）三元依赖于其高的能量密度、更快的快充速度、更长的续航里程，主打中、高端的私人销售端车型，续驶里程≥500km，可以达到600甚至700km。

蔚来的工程师也基于这个问题给出了自己的观点

如果铁锂流行，可能意味着以能量密度为基础的补贴政策将不再作为车企的追随目标。三元和铁锂各有优缺点，不能简单说铁锂就是将来唯一的方向。

编辑总结?/

一段视频将磷酸铁锂电池和三元锂电池线路之争的话题炒的火热，在与专业工程师沟通之后，我也聊聊我的观点。对于这两种正极材料不同的锂电池，我认为可以当成是互补的关系。就好比是涡轮增压以及机械增压一样，同样是提高发动机的功率，结构的不同的两种技术可以适合不同性格的汽车。而对于新能源车同样如此，磷酸铁锂电池和三元锂电池各有自己的优势，对于不同设计取向的新能源车，同样可以选择最适合的动力电池。而随着电池技术的不断提高，纯电动车的续航、充电速度以及电池耐久度也会迈入新的台阶。

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

J. 新能源汽车电池包故障是什么原因

一、新能源电动汽车电池管理系统故障排除案例（4个）
01
高压电池采样线故障
故障现象
比亚迪唐车辆SOC78%，无EV模式。如下图所示，仪表报“请检查动力系统”，BMS存在故障码：P1A3D00（负极接触器回检故障）。
仪表显示“请检查动力系统”
BMS系统存在故障码内容
检修过程
① 因车辆提示动力系统故障，且BMS存在故障码P1A3D00。首先对BMS负极接触器电源、控制电路进行检查。
② 检查BMS负极接触器F脚电源供给正常（k161母端）。
③ 进一步排查发现高压电池采样端子（k161公端——公端可理解为插头端子，母端为插座端子，下同）F脚出现退针现象。
连接端子退针
故障排除
更换高压电池采样端子，如无单独部件更换，则须更换高压电池包总成。
//////////
02
电池管理系统初始化失败
故障现象
江淮新能源车辆无法启动，系统故障灯点亮，上位机上报故障为电池管理系统初始化失败（P3013）。
故障分析
① LBC板供电线路故障。
② LBC板故障，LBC板实体如下图。
故障排除
断开高压电池低压端接插件，车辆上ON挡电，检测LBC板12V供电是否正常。如供电正常，则为LBC板故障；如供电异常，则需结合维修手册排查供电线路。
高压电池低压接插件端子
//////////
03
高压电池严重不均衡
故障现象
比亚迪e6车辆充满电后只能行驶80km左右，仪表报“请检查动力电池”，用诊断仪读取故障码为：P1AB800（BIC均衡硬件严重失效）、P1ABA00（电池严重不均衡），见下图。
仪表提示，故障码显示及数据流
故障排除
① 对车辆进行全充全放一次。
② 调换BMS，测试80%、50%、0%单节电池电压数据流，观察最低电压电池号是否一致；数据如上图所示。
③ 更换高压电池。
//////////
04
高压电池采集器通信超时
故障现象
比亚迪e6车辆无法上高压，挂挡不走。仪表提示“请检查动力电池”。
仪表检修提示
故障排除
① 用诊断仪检测电动机控制器无故障码，检测高压电池管理器均报0～9号采集器通信异常，见下图。
高压电池管理器报故障
② 检测电池包采样线无12V输入，CAN-H与屏蔽地阻值大于1MΩ，CAN-H与CAN-L阻值123Ω。e6A高压电池包采样端子定义如下图所示，e6B高压电池包采样端子定义如下图所示。高压电池包体采样端子电压与阻值如下：
e6A高压电池包采样端子定义
e6B高压电池包采样端子定义
◆ X-V12+对与X-V12–电压：12V左右（注：此值为线束端的测量值）。
◆ CAN-H与CAN-L阻值：122Ω左右。
◆ CAN-H与屏蔽地阻值：正常值>1MΩ。
◆ CAN-L与屏蔽地阻值：正常值>1MΩ。
◆ 电池包正极与X-V12–电压：正常值＜20V。
◆ 电池包负极与X-V12–电压：正常值＜20V。
◆ 电池包正极对负极（电池包总电压）。
二、新能源电动汽车无法充电、挂挡无法行使故障（3个）
案例1：挂挡无法行驶故障
故障现象 比亚迪e6车辆挂挡无法行驶，仪表各功能显示正常，OK灯点亮，挂D挡及R挡时加油车辆无反应。
故障分析 ① VTOG控制器故障② 制动开关及低压线路故障③ 加速踏板故障
检修过程
① 用诊断仪读取了系统故障：P1B3200（GTOV电感温度过高），故障码可以清除，但是车辆还无法行驶。
故障码读取 ▲
② 读取VTOG系统数据流发现电感温度显示无效值，有时达到160℃，温度异常，见下图。数据流分析 ▲
③ 根据数流分析电感温度过高导致电动机控制器进行热保护，初步判定为VTOG内部故障。
故障排除 更换双向逆变器总成后故障消失，可以挂挡行驶。
维修小结 VTOG是双向逆变充放电式电动机控制器的英文缩写。控制器类型为电压型逆变器，利用IGBT将直流电转换为交流电，额定电压为330V，主要功能是控制电动机和发电机等根据不同工况控制电动机的正反转、功率、转矩、转速等。即控制电动机的前进、倒退，维持电动车的正常运转。关键零部件为IGBT，IGBT实际为大电容，目的是为了控制电流的工作，保证能够按照我们的意愿输出、输入合适的电流参数。控制器总成包含上中下三层，上下层为电动机、充电控制单元，中层为水道冷却单元，总成还包括信号接插件（包含12V电源/CAN线/挡位油门刹车/旋变/电动机过温信号线/预充满信号线等。
比亚迪e6先行者电动机控制器总成安装位置 ▼
案例2：比亚迪e6高压互锁故障
故障现象
车辆无法启动，系统故障灯点亮，电池故障灯点亮，上位机读取故障码为P3011。
仪表故障灯点亮 ▲
故障原因
高压互锁线路中出现断路，导致VCU没有接收到12V，从而策略保护。
原理分析
前舱室外继电器盒内的MC继电器在钥匙置于ON挡时，87号针脚（PU01）通电12V，经过前舱线束与前舱控制线束对插接插件（PU01），到达高压接线盒低压接插件，进入高压接线盒内部，再次经过前舱线束与前舱控制线束对插接插件（BX08），到达高压电池低压接插件，进入电池内部，最终到达整车控制器（VC39），如下图。
高压互锁线路连接器件 ▲
故障排除 ① 高压接线盒内部互锁接插件虚焊或脱落（PU01b针脚测量有12V，BX08针脚测量无12V）。② 前舱线束与前舱控制接线束对插接插件内部针脚退针，断开接插件，检查PU01针脚和BX08针脚。③ 高压电池内部互锁接插件虚焊或脱落（BX08测量有12V，VC39测量无12V）。④ VCU接插件VC39针脚退针。
案例3：车辆无法充电故障
故障现象 比亚迪唐车辆无法充电，故障码为P158200（H桥故障）。
读取故障码信息 ▲
故障分析 ① 车载充电器软件故障。② 车载充电相关线路故障。③ 车载充电器故障。④ 车载充电器熔丝（30A）烧蚀。
检修过程 ① 使用VDS1000将车载充电器软件版本更新至3.00.09，故障无法排除。② 排查充电相关线路，未发现异常。③ 对车载充电器进行调换后，测试车辆仍无法充电。④ 重新用VDS1000读取故障码为：P157216（车载充电器直流侧电压低）。⑤ 检查车载充电器熔丝（30A），发现熔丝内部烧蚀，更换车载充电器及熔丝（30A），故障排除