我國電動汽車安全分析報告

2023-02-10 02:18:06 字數 4540 閱讀 3078

一、客觀認識電動汽車安全問題

(一)保障安全是產業發展的首要目標

當前全球電動汽車發展勢頭迅猛,但也要注意到近些年來,尤其是2015和2023年,電動汽車安全事故發生次數較多。這固然與電動汽車保有量的增加有關,但更與產業發展初期,各界對安全問題的認識不足有關。為了支援電動汽車產業,**已經投入了幾百億,社會投資更是踴躍。

安全問題如果得不到重視,出現了大問題,就有可能對電動汽車產業產生毀滅性的打擊。因此,各方不能只關注量的增長而忽略質量的提公升,需要保持理性,應當在滿足市場需求的同時,對安全問題絕對不能放鬆;不能像產業發展初期那樣,將研發環節當成市場環節,把不成熟的產品投入到市場中,拿消費者做試驗。

電動汽車正從初創期進入到穩步上量的階段,這個時候更要堅持「安全第一」的原則,發展速度要以安全為前提保證。但也要看到,安全問題不能無限放大,更不能因為安全被重視就否定了電動汽車。從新興產業發展的一般規律來看,在發展初期,產品容易出現一些問題,這是正常的。

應當對初創產品持包容的態度,允許發生一些錯誤,給出一定的空間和時間,不能因為出現錯誤,就限制其發展。

(二)安全問題是系統的、動態的問題

電動汽車的安全問題不完全是技術問題,涉及的面較廣,包括企業、**、消費者等主體,也包括公交、出租、充電等多個領域,是個跨行業、跨學科的系統性問題。沒有規矩不成方圓,**部門應當組織開展電動汽車安全問題的系統性研究,從標準、認證、檢測、監管等諸多方面予以規範。安全問題也不是乙個孤立的產品質量問題,還應當包括使用過程中的安全監管。

**部門研究制定相應的安全標準和法規來約束上市產品的同時,還需要加強事中事後監管,對已經上市的電動汽車安全狀態進行定期檢查,將安全隱患消滅在萌芽狀態。另外,除了產品本身的安全以外,還要考慮到操作人員安全、維修人員的專業培訓等。安全應當貫穿在電動汽車全生命週期當中,是動態的,而不是靜態的。

(三)安全問題的解決根本上要依靠技術進步和創新突破

安全問題是電動汽車產業發展的核心問題,真正解決安全問題還是要依靠技術進步和創新。企業需要對電動汽車安全事故進行分析研究,從機理上找到事故發生的原因,並在此基礎上研究出防範措施。安全問題是個系統性問題,不能只考慮產品本身,更要從整體出發,研究系統性的安全解決方案。

這就需要加快技術攻關和創新研究,如制定電池系統安全標準、整車碰撞時動力電池箱的防護標準、著火時乘員逃生時間設定、車載滅火裝置研發、安全操作規範等。電動汽車產業如果要快速並健康的發展,必須加強安全技術創新方面的攻關。

(四)安全問題的解決還需要建立配套管理體系

安全問題不能僅依靠產品質量無限制地提公升來解決,它同時也是乙個管理問題。安全管理如果執行不到位或者不落實,就容易引發安全事故,給人們的生命財產造成損失,而且在客觀上也阻礙了社會生產力的提高。因此應當從電動汽車全生命週期建立的安全管理體系,包括產品認證、執行安全、維護保養、退役**等環節,以及有關的安全標準和法規等。

二、電動汽車安全相關問題現狀

(一)電動汽車產業發展現狀

電動汽車近幾年發展迅速,繼2023年爆發式增長之後,2023年再創歷史新高,達到37.9萬輛,根據工信部公開資料統計,截至2023年12月底,我國電動汽車產量已經突破50萬輛。伴隨電動汽車的快速發展,動力電池需求量急劇增加,據高工鋰電的資料,2023年我國車用動力電池出貨量達到15.

7gwh,同比增長3.2倍。

圖12010-2023年6月我國電動汽車產量(單位:輛)

圖2 2010-2023年4月我國動力電池出貨量(單位:gwh)

(二)電動汽車安全事故統計分析

隨著電動汽車保有量的快速增長,電動汽車安全事開始增多,引起了廣泛關注。表1是通過網路資料整理的2023年-2023年7月全球電動汽車典型安全事件的不完全統計。

表1電動汽車典型安全事件

以上49例典型電動汽車著火事件中,2023年火災發生事故為14例,2023年1-7月15例,2023年至今已經超過一半,著火事件發生頻率呈上公升趨勢。

圖3電動汽車安全事故年發生次數統計(單位:例)

以上電動汽車著火事故中,由自燃導致的火災事故最高,為23例子,佔比約47%,充電、碰撞、浸水導致的分別為7例、6例和3例,其他零部件引起的6例,不明原因的4例。

圖4電動汽車安全事故誘因(單位:例)

從以上電動汽車著火事故的車型構成來看,新能源客車22例,佔比約45%,全部為國內車型,轎車為27例,國內車型中,新能源客車發生事故次數比轎車多。由於新能源客車承載人數多,乘客需要的逃生時間較長,火災事故影響嚴重。

圖5電動汽車安全事故車型分布(單位:例)

(三)充電安全新舊標準轉換期存在問題

充電基礎設施安全性和互聯互通新國標出台後,使得新建基礎設施與充電系統在安全方面得到了提公升,但前期已經安裝的符合採用舊標準的系統公升級較為遲緩,在一定程度上,這些電動汽車產品也存在一定的安全隱患。某一電動汽車品牌對新標準的符合性進行了車樁匹配試驗發現,目前市場上很多充電產品未能滿足新標準的要求,一些產品甚至沒有絕緣診斷等功能。

表2某廠家車樁匹配試驗

(四)電動汽車產品准入存在的問題

我國自2023年實施《新能源汽車生產企業及產品准入管理規則》之後,對電動汽車企業及產品採取公告管理,強調了企業的研發能力和產業基礎,並要求電動汽車符合常規汽車和電動汽車專項檢驗標準,雖然採取了准入管理的制度,但是產品安全門檻並不高,導致我國推薦目錄**現了大量車型。比如2009-2023年《節能與新能源汽車示範推廣應用工程推薦車型目錄》中,共發布了3409款車型,尤其是中小型客車,2023年發布532款,較2023年的87款增加6倍,2023年實施的《新能源汽車推廣應用推薦車型目錄》3批名單中,共1022款新能源車型入選,其中客車為760款,超過了70%。然而我國部分新能源客車企業的產品類似常規車的拼裝,產品質量參差不齊,有些產品的高壓熔斷器、igbt等元器件可靠性不高,接外掛程式阻燃性達不到要求,bms對充電管理存在缺陷,這些都有可能導致電動汽車事故的發生。

(五)電動汽車智慧型網聯化帶來新的安全性挑戰

汽車智慧型化、網路化將會成為汽車未來發展的大趨勢,而電動汽車將是實現汽車智慧型化、網路化的最佳載體。隨著電動汽車的智慧型化和網聯化發展,汽車資訊保安將會逐漸顯露。首先是資訊保安,黑客可以通過與匯流排通訊交換車輛資料,控制車輛部分功能;其次,環境感知部分的各類感測器,也是汽車為了感知外部環境新設的資料入口,黑客可以模擬超聲波、公釐波、雷射雷達的返回波模擬外部環境,使車輛對周圍障礙判斷失誤,從而引發安全事故;第三,充電時充電基礎設施及bms也存在被外界控制的風險。

黑客可以利用汽車系統的漏洞及對車輛相關環境設施的控制對車輛進行攻擊。

三、影響電動汽車安全的關鍵技術解析

(一)動力電池安全性技術

動力電池作為高能量載體,在不需要外部能量輸入的情況下,本身就能夠因能量非正常釋放而產生巨大破壞力,因此動力電池安全是電動汽車安全技術的重中之重。

1.動力電池安全性分類

動力電池安全性包括:結構安全、電安全、熱安全、化學安全、環境安全、三防安全、生命週期安全。

結構安全:振動、機械衝擊、跌落、擠壓、翻轉、碰撞、刺穿;

電安全:過充電、過放電、短路、低溫充電、電擊(系統)、灰塵汙染、涉水、水淹、火燒、濕氣;

熱安全:外部高溫、大阻抗;

化學安全:腐蝕性、可燃性;

功能安全(動力電池系統):bms冗餘功能、電磁相容;

環境安全:溫度衝擊、濕熱迴圈、高海拔、電磁相容;

生命週期安全:全生命週期內動力電池(系統)的機械安全、電安全、熱安全、濫用安全、環境安全和三防安全效能。

從電池系統安全來講,最終的結果是關注熱安全和電安全,在這兩個終極目標的外圍是前幾道防線:

(1)正常工作情況下防護(防塵防水、防結構侵入和損失、正常環境載荷:溫度衝擊、濕熱迴圈、高海拔、耐干擾);

(2)濫用情況下的防護(過充、過放、短路、低溫充電、高溫用電);

(3)事故情況下(跌落、擠壓、翻轉、碰撞、針刺、火燒、熱失控、海水浸泡。

動力電池安全性問題來自其能量釋放,形式包括電能釋放和化學能釋放。電能釋放形式形成的安全性問題表現為電擊(主要指6v以上的高壓系統)。化學能釋放引起的安全性問題最終表現形式為熱失控和熱失控擴充套件引起的燃燒或**。

2.動力電池熱失控與擴充套件分析

所謂熱失控(thermalrunaway)是指單體電池放熱連鎖發硬引起電池自溫公升速率急劇變化,不可逆,引起過熱、**、**現象。熱失控擴充套件(thermalrunawaypropagation)是指電池包,或者電池系統內容的單體電池或者電池模組單元熱失控,並觸發電池系統中相鄰或其他部位的動力電池的熱失控的現象。圖1為清華大學得到的某款常見材料的鋰離子動力電池熱失控的機理,可以看到熱失控發生時,各種材料相繼發生熱化學反應,放出大量的熱量,形成鏈式反應效應,使得電池體系內部溫度不可逆快速公升高。

鏈式反應過程中,電解液氣化及副反應產氣造成電池體系內壓力公升高,電池噴閥破裂後,可燃氣體被點燃發生燃燒反應。單體電池的熱失控特性表現為其組成材料反應熱特性的疊加。

圖6鋰離子動力電池單體熱失控鏈式反應機理(引自清華大學研究結果)

(1)熱失控誘因

熱失控主要誘因包括:機械誘因、電誘因和熱誘因,如圖7所示。以上誘因可單獨或者結合引發熱失控。

圖7熱失控誘因

,如圖8所示。以及全球最受歡迎的純電動轎車特斯拉models執行過程中由於底盤被路上突出物刺穿,引發著火,如圖9所示。

圖8碰撞引發volt插電式電動汽車著火

圖9底盤刺穿引發特斯拉著火

電誘因引發的電動汽車著火的案例中典型代表是中國某品牌公交車在充電站由於過充電引發著火事件(如圖10所示),以及特斯拉models在冬季低溫充電發生著火的事故等,如圖11所示。

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