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周青:電動車動力電池的碰撞保護應針對多高的碰撞強度設計?

2025-05-14 13:11:31·  來源:汽車安全與輕量化  
 

我們不希望電動車在碰撞事故中電池發(fā)生起火,汽車企業(yè)對此都有安全性設計,但我們究竟應該針對多嚴重的碰撞事故來設計呢?是應該 30 km/h 碰撞不起火還是 130 km/h 碰撞不起火?對此目前還沒有任何法規(guī)要求或評測標準。這個問題之所以比較難回答,不是因為不急迫,而是因為影響因素太多,難以平衡。

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在過去幾年里,我在業(yè)內的汽車安全技術會議、汽車安全標準討論等場合多次提出:電動汽車碰撞下電池不發(fā)生起火的安全性設計應針對 80~90 km/h 或更高的碰撞強度來設定,其邏輯是,應“對齊”針對乘員的碰撞保護水平。

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我們先看一下,在目前的汽車安全設計和實際交通事故中,車輛對乘員的安全保護已經(jīng)達到了怎樣的一個水平?

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座椅安全帶是 1950 年代發(fā)明并開始使用的,氣囊是 1980 年代在車輛上逐漸開始成為標配的,全球第一項汽車安全保護法規(guī)是 1960 年代頒布并開始實施的。幾十年發(fā)展下來,乘員安全保護技術在交通出行中已經(jīng)達到了這樣一個水準:在安全法規(guī)評測的 50~60 km/h 的碰撞強度下,車輛對乘員的保護水平僅是一個及格線。所謂及格就是,對多數(shù)乘員而言,這個強度的碰撞事故造成的傷害,經(jīng)過救治不會影響未來的工作和生活。在事故中,多數(shù)乘員并未受傷或者只受了一點輕傷,當然,也會有少數(shù)乘員因為碰撞形式、年齡、坐姿等因素重傷或死亡。并且,在市場競爭推動下,企業(yè)對車輛安全性設計都設定了比及格線更加嚴苛的內部標準,這樣就使得,當發(fā)生 80~90 km/h 的碰撞事故時,車輛對乘員的保護也能達到一個不錯的水平。

使用中國汽研的未來出行交通事故場景研究(FASS)數(shù)據(jù)庫,我們統(tǒng)計了 2011~2024 年期間在中國發(fā)生的 1703 起乘用車正面受撞事故,共涉及 1884 輛乘用車和 3065 名車內乘員。其中,碰撞車速超過 80 km/h 的嚴重事故占比 17%。在這些嚴重事故所涉及的乘員中,未受傷乘員數(shù)占比約 28%,受傷乘員數(shù)占比約 39%(包括輕傷和重傷),死亡乘員數(shù)占比約 33%。我們再看碰撞速度超過 100 km/h 的更嚴重的事故,有約 42% 的乘員死亡,39% 的乘員受傷,還有一定比例的乘員未受傷。也就是說,在這些碰撞速度超過 80 km/h(甚至 100 km/h )的嚴重碰撞事故中,仍有相當大比例的乘員在事故中存活下來了!這樣的話,電動車電池包碰撞后不能起火的邏輯就順理成章了。并且,在嚴重的碰撞事故中,乘員受傷后往往失去了自救能力,很難自行脫困。因此,必須保證在接下來的事故救援過程中車輛也不能著火。

目前多數(shù)電動汽車還做不到在 80~90 km/h 的碰撞事故中電池不起火。并且,因為這樣那樣的原因,業(yè)界尚未推出相關的安全法規(guī)或評測辦法。隨著電動車在市場上保有量的快速增加,提升電池包在高速碰撞下的安全防護性能已經(jīng)迫在眉睫。這樣才能將電池的碰撞安全保護水平與目前針對乘員的碰撞安全保護水平對齊,不僅讓乘員在發(fā)生嚴重碰撞事故時不因碰撞而死亡,也不因電池包著火而失去生命。

目前的電動包碰撞安全設計一般是采用“添加”的手段。比如,在電池包側面增加防撞梁,在電池包底部增加防護板,在電池包內部增加電芯之間的緩沖層,等等。這些都是必要且有效的手段,但同時也增加了車重。未來如果把保護標準提高到高速碰撞下也不能著火,僅靠增加保護結構或緩沖結構的辦法從效率上就不合理了,還需要利用電池自身變形后的抗損傷能力,以及通過將電芯在電池包內更加合理排布等手段來提升碰撞安全性能。

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今年 4 月份,工信部正式發(fā)布了《電動汽車用動力蓄電池安全要求》(GB38031-2025),將于 2026 年 7 月正式實施。該國標被稱為“史上最嚴電池安全令”,但并未覆蓋本文所討論的工況,不包括電動汽車的前向碰撞、側向碰撞以及后向碰撞等事故工況。該國標中與碰撞安全保護相關的內容,是新增了底部撞擊測試,重點考查電池包底部受到撞擊后的防護能力。盡管電動車底部撞擊測試首次把電池包的碰撞安全防護要求提升到了強制性法規(guī)的層面,電動汽車的碰撞安全防護還有很長的路要走。

致謝

石亮亮博士提供交通事故數(shù)據(jù)。

孫志偉同學校對。

林靜河同學排版。

參考文獻

1. 中國汽車工程研究院. 未來出行交通事故場景研究. 2025.

    FASS – Future Mobile Traffic Accident Scenario Study

    https://fass.caeri.com.cn:8019/passport/login

2. 夏勇,周青. 《車用鋰離子動力電池碰撞安全》. 華中科技大學出版社,2023.

    https://mp.weixin.qq.com/s/i0idPnU1MJEduALvLeMWkQ

3. 周青. 電動汽車動力電池碰撞安全性及建模仿真.

    https://mp.weixin.qq.com/s/LRsbyJIjLekRu7lrA2aMUA

4. 十余篇動力電池碰撞安全推介文章,請見《汽車安全與輕量化》微信公眾號

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