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　　前 言

　　中國電動汽車百人會致力于打造國家在電動汽車及相關領域的高水平第三方智庫，課題研究是智庫建設的重中之重。在研究過程中，百人會搭建平臺， 整合內外部資源，組織專業人員開展調研活動，最終形成可供決策參考的研究報告。

　　本報告是百人會本年度選定的課題之一，報告還只是階段性成果，僅討論用，有不足之處課題組還會進一步完善。

　　本課題在研究過程中多次召開專家座談會，廣泛吸收了各方面專家的意見，如果說課題研究有一些有價值的發現，更準確地講應該是大家一起努力的結果。本研究還借鑒和直接使用了一些專家和機構的觀點及研究成果，在此表示感謝。

　　百人會的研究報告，很大程度上是充分反映多方的意見，注重集成與傳播，百人會作為一個研究平臺，不持特定觀點，不代表任何一方。

　　課題組成員

　　召集人

　　歐陽明高 清華大學 教授

　　中國電動汽車百人會 執行副理事長

　　王秉剛 科技部電動汽車重大項目監理專家組 組長

　　總體組

　　杜玖玉 清華大學 助理研究員

　　中美清潔汽車聯盟 中方辦公室主任

　　課題組研究人員

　　盧世剛 國聯汽車動力電池研究院 院長

　　劉永東 中國電力企業聯合會標準化管理中心 副主任

　　王 芳 中國汽車技術研究中心首席專家、新能源室 主任

　　盧蘭光 清華大學汽車工程系

　　馮旭寧 清華大學汽車工程系

　　李立國 清華大學汽車工程系

　　高明明 清華大學汽車工程系

　　王 佳 清華大學汽車工程系

　　陳文進 東風日產乘用車技術中心電系開發部 部長

　　周 鵬 華霆(合肥)動力技術有限公司 董事長

　　陳向軍 珠海泰坦電力電子集團有限公司 總裁

　　鄭 娟 中國質量認證中心產品一部 副經理

　　羅 亮 中國質量認證中心產品認證一部 充電業務開發部 部長

　　王慰祖 上海摯達科技發展有限公司 副總經理

　　李志剛 深圳奧特迅電力設備股份有限公司 總工程師

　　邵浙海 普天新能源有限責任公司 技術部總經理

　　劉 英 北京長安汽車工程技術研究有限責任公司 開發經理

　　李飛強 鄭州宇通客車股份有限公司國家電動客車電控與安全工程

　　技術研究中心 副主任

　　高 翔 特斯拉中國公共政策和充電基礎設施部門 總監

　　仝志明 微宏動力系統(湖州)有限公司 研發副總裁

　　樊曉松 上海捷新動力電池系統有限公司 總經理

　　楊 槐 北京普萊德新能源電池科技有限公司 副總經理

　　陳偉峰 寧德時代新能源科技股份有限公司 董事長助理

　　張成斌 中國電動汽車百人會研究咨詢部 主任

　　張 健 中國電動汽車百人會研究咨詢部

　　李松哲 中國電動汽車百人會研究咨詢部

　　張百杰 中國電動汽車百人會研究咨詢部

　　目 錄

　　一、 客觀認識電動汽車安全問題 1

　　(一) 保障安全是產業發展的首要目標 1

　　(二) 安全問題是系統的、動態的問題 1

　　(三) 安全問題的解決根本上要依靠技術進步和創新突破 2

　　(四) 安全問題的解決還需要建立配套管理體系 2

　　二、 電動汽車安全相關問題現狀 3

　　(一) 電動汽車產業發展現狀 3

　　(二) 電動汽車安全事故統計分析 4

　　(三) 充電安全新舊標準轉換期存在問題 7

　　(四) 電動汽車產品準入存在的問題 8

　　(五) 電動汽車智能網聯化帶來新的安全性挑戰 8

　　三、 影響電動汽車安全的關鍵技術解析 9

　　(一) 動力電池安全性技術 9

　　(二) 電動汽車整車安全技術 18

　　(三) 充電設施與充電安全技術 21

　　四、 全球電動汽車安全法規現狀 23

　　(一) 聯合國 23

　　(二) 美國 23

　　(三) 歐盟 24

　　(四) 日本 25

　　五、 建立我國電動汽車安全體系的建議 27

　　(一) 提高汽車安全性要求，引入強制認證制度，加強事后監管與責任追究 27

　　(二) 改革檢測體制，完善檢測方式 27

　　(三) 完善電動汽車安全標準體系，改革標準形成機制 28

　　(四) 建立電動汽車安全運行監控體系 29

　　(五) 明確責任主體，落實管理機制 29

　　(六) 完善相關消防法規 30

　　(七) 構建動力電池強制回收體系，明確賞罰辦法 30

　　(八) 建立動力電池安全監測機制，推出延保服務 31

　　(九) 重視對充電基礎設施安全的管理 31

　　圖 表

　　圖 1 2010-2016年6月我國電動汽車產量(單位：輛) 3

　　圖 2 2010-2016年4月我國動力電池出貨量(單位：GWh) 3

　　圖 3電動汽車安全事故年發生次數統計(單位:例) 6

　　圖 4電動汽車安全事故誘因(單位:例) 7

　　圖 5電動汽車安全事故車型分布(單位：例) 7

　　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) 10

　　圖 7熱失控誘因 11

　　圖 8碰撞引發VOLT插電式電動汽車著火 11

　　圖 9底盤刺穿引發特斯拉著火 11

　　圖 10電動公交車過充引發著火 12

　　圖 11低溫充電引發著火 12

　　圖 12純電動客車在水中浸泡一段時間后著火 12

　　圖 13停靠在站內的電動公交車電池包自燃(生命周期安全問題) 13

　　圖 14某款三元鋰離子動力電池熱失控實驗 13

　　圖 15某款三元鋰離子動力電池熱失控不同階段的機理示意圖 14

　　圖 16常見的充電電流控制策略對比(圖片來源于東風日產) 21

　　圖 17 ECER100法規架構 24

　　表 1電動汽車典型安全事件 4

　　表 2某廠家車樁匹配試驗 8

　　表 3 GB/T31485-2015標準測試內容 15

　　表 4 GB/T31467.3測試內容 16

　　表 5目前動力電池安全性標準與需求 16

　　表 6目前電動汽車整車安全性標準與需求 20

　　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2016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。為了支持電動汽車產業，政府已經投入了幾百億，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松;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、政府、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，政府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范。安全問題也不是一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。政府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，還需要加強事中事后監管，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周期當中，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，并在此基礎上研究出防范措施。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、安全操作規范等。電動汽車產業如果要快速并健康的發展，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升來解決，它同時也是一個管理問題。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周期建立的安全管理體系，包括產品認證、運行安全、維護保養、退役回收等環節，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2014年爆發式增長之后，2015年再創歷史新高，達到37.9萬輛，根據工信部公開數據統計，截至2015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，據高工鋰電的數據，2015年我國車用動力電池出貨量達到15.7GWh，同比增長3.2倍。

　　(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是通過網絡資料整理的2011年-2016年7月全球電動汽車典型安全事件的不完全統計。

　　以上49例典型電動汽車著火事件中，2015年火災發生事故為14例，2016年1-7月15例，2015年至今已經超過一半，著火事件發生頻率呈上升趨勢。

　　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，占比約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。

　　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，占比約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。由于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。

　　(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臺后，使得新建基礎設施與充電系統在安全方面得到了提升，但前期已經安裝的符合采用舊標準的系統升級較為遲緩，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。

　　(四) 電動汽車產品準入存在的問題

　　我國自2009年實施《新能源汽車生產企業及產品準入管理規則》之后，對電動汽車企業及產品采取公告管理，強調了企業的研發能力和產業基礎，并要求電動汽車符合常規汽車和電動汽車專項檢驗標準，雖然采取了準入管理的制度，但是產品安全門檻并不高，導致我國推薦目錄中出現了大量車型。比如2009-2015年《節能與新能源汽車示范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，2015年發布532款，較2014年的87款增加6倍，2016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，接插件阻燃性達不到要求，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) 電動汽車智能網聯化帶來新的安全性挑戰

　　汽車智能化、網絡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能化、網絡化的最佳載體。隨著電動汽車的智能化和網聯化發展，汽車信息安全將會逐漸顯露。首先是信息安全，黑客可以通過與總線通訊交換車輛數據，控制車輛部分功能;其次，環境感知部分的各類傳感器，也是汽車為了感知外部環境新設的數據入口，黑客可以模擬超聲波、毫米波、激光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、生命周期安全。

　　² 結構安全：振動、機械沖擊、跌落、擠壓、翻轉、碰撞、刺穿;

　　² 電安全：過充電、過放電、短路、低溫充電、電擊(系統)、灰塵污染、涉水、水淹、火燒、濕氣;

　　² 熱安全：外部高溫、大阻抗;

　　² 化學安全：腐蝕性、可燃性;

　　² 功能安全(動力電池系統)：BMS冗余功能、電磁兼容;

　　² 環境安全：溫度沖擊、濕熱循環、高海拔、電磁兼容;

　　² 生命周期安全：全生命周期內動力電池(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性能。

　　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：溫度沖擊、濕熱循環、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展引起的燃燒或爆炸。

　　2. 動力電池熱失控與擴展分析

　　所謂熱失控(thermal runaway)是指單體電池放熱連鎖發硬引起電池自溫升速率急劇變化，不可逆，引起過熱、起火、爆炸現象。熱失控擴展(thermal runaway propagation)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，并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升高，電池噴閥破裂后，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。

　　(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。

　　機械誘因引發的熱失控及擴展引起火災的典型案例包括全球銷量領先的美國通用公司的VOLT插電式混合動力轎車在碰撞后發生著火的研究結果，如圖 8所示。以及全球最受歡迎的純電動轎車特斯拉Model S運行過程中由于底盤被路上突出物刺穿，引發著火，如圖 9所示。

　　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于過充電引發著火事件(如圖 10所示)，以及特斯拉Model S在冬季低溫充電發生著火的事故等，如圖 11所示。

　　熱觸發熱失控引起電動汽車起火的典型例子是一輛豐田普銳斯插電式混合動力轎車在運行中起火，其原因是一個連接部件的松動使得系統產生高溫，從而引發電池包的熱失控與擴展。

　　電動汽車高壓系統在水浸泡可觸發熱失控，從而引起電動汽車著火，典型案例是南京純電動公交車在大雨過后的積水里浸泡后一段時間后著火，如圖 12所示。

　　以上熱失控誘因是直接可觀的，除此之外，對于使用中的電動汽車有一個生命周期安全性問題，比如使用一段時間的電動汽車在無任何觸發事件情況下會發生由電池部件的熱失控引發的自燃，如圖 13所示公交車在場站靜置停靠時自燃，并且引燃了附件停靠的公交車，造成較大損失。

　　(2)熱失控機理

　　在外部誘因作用下，經過演變過程，電池事故將會進入“觸發”階段。一般地，進入觸發階段之后，鋰離子動力電池內部的能量將會在瞬間集中釋放，此過程不可逆且不可控，即熱失控。熱失控后的電池發生劇烈升溫，在高溫下可以觀察到冒煙、起火與爆炸等危險現象。

　　當然，從廣義的“安全性”的定義來看，電池安全事故中，也可能不發生熱失控。比如電池發生碰撞事故后并不一定發生熱失控;而電池組絕緣失效造成人員高電壓觸電，電池漏液產生異味造成車載人員身體不適等情況下，電池也不會發生熱失控。在動力電池系統的安全設計當中，以上情況都需要考慮。而熱失控則是安全性事故最常見的事故原因，也是鋰離子動力電池安全性事故特有的特點。

　　大量實驗現象表明，熱失控后的電池不一定會同時發生冒煙、起火與爆炸，也可能都不發生，這取決于電池材料發生熱失控的機理。圖 14與圖 15展示了某款具有三元正極/PE基質的陶瓷隔膜/石墨負極的鋰離子動力電池的熱失控機理。圖 14為該款鋰離子動力電池絕熱熱失控實驗中的溫度與電壓曲線，根據其熱失控溫度變化的特征，將熱失控過程分為了7個階段。在不同階段，電池材料發生不同的變化，圖 15通過一系列的圖片解釋了各個階段電池材料的變化情況。

　　圖 14某款三元鋰離子動力電池熱失控實驗

　　圖 15某款三元鋰離子動力電池熱失控不同階段的機理示意圖

　　對于冒煙的情況而言，在階段V，如果電池內部溫度低于正極集流體鋁箔的熔化溫度660oC，電池正極涂層就不會隨著反應產生的氣體噴出，此時觀察到的會是白煙;而如果電池內部溫度高于660oC，正極集流體鋁箔熔化，電池正極涂層隨著反應產生的氣體大量噴出，此時觀察到的會是黑煙。對于起火的情況而言，熱失控事故中的起火一般是由于電解液及其分解產物被點燃造成的。所以，從階段II開始，從安全閥泄漏出來的電解液就有可能被點燃而起火。從燃燒反應的三要素(可燃物，氧氣，引燃物)來看，可燃物即是電解液;氧氣在電池內部存在不足，因此電解液需要泄漏出來才會發生起火;引燃物可能來自于電池外短路產生的電弧，也可能來自熱失控時，高速噴出的氣體與安全閥體摩擦所產生的火星。對于爆炸的情況而言，爆炸一般表現為高壓氣體瞬間擴散造成的沖擊。電池內部具有高壓氣體積聚的條件，而安全閥則是及時釋放高壓積聚氣體的關鍵。安全閥體如能在電池殼體破裂之前開啟，并釋放足夠多的在熱失控過程中產生的高壓氣體，電池就不會發生爆炸;安全閥體如不能及時開啟，就可能會發生爆炸事故。

　　3. 動力電池安全性技術標準需求

　　安全性測試標準對于提升動力電池的安全性水平尤為重要。基于上述動力電池安全性問題的梳理，對相應的安全性技術測試標準提出了迫切的需求。目前國內采用的動力電池安全性測試的標準主要包括GB/T 31485-2015 電動汽車用動力蓄電池安全要求及試驗方法循環壽命要求及試驗方法和GB/T 31467.3-2015電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統第3部分：安全性要求與測試方法。

　　GB/T31485-2015主要考核動力電池單體和模組的安全指標，圍繞化學能的防護，給出了一系列濫用情況以及極端情況下的安全要求和檢驗規范。GB/T31467側重于電池包或電池系統級的檢驗規范。GB/T 31467.3-2015主要針對安全要求和測試方法做了明確的規定。結合GB/T31485-2015，構成了從電池單體、模組、到動力電池包和動力電池系統的完整的化學能防護規范。目前，總體上動力電池相關測試標準較國外嚴格。

　　表 3 GB/T31485-2015標準測試內容

　　表 4 GB/T31467.3測試內容

　　表 5目前動力電池安全性標準與需求

　　通過上述分析可以看出，在動力電池安全性標準方面，目前模塊、系統對熱失控的防熱誘因測試方面、以及單體、模組和系統的生命周期安全性測試標準缺失，亟待研究與制定。現行國家安全標準主要針對源自電池外部因素的安全風險，尚無檢測電池內部熱失控的項目。

　　目前，經動力電池創新聯盟對高比能量動力電池安全性的測試結果顯示，國內企業高比能量的三元電池安全性不達標比例較高，生產一致性較低，電池比能量提高時，安全風險加大，所收集數據中，未能通過標準檢測的電池單體均為超過150Wh/kg的高比能量電池，且高比能量電池一旦發生熱失控，易發生起火爆炸。

　　4. 提高安全性的技術手段

　　(1)單體安全性技術提升

　　提高動力電池單體安全性的技術手段主要包括：

　　² 提高材料安全性，比如開發高全電池材料，改變電解液的有機溶劑成分，采用陶瓷隔膜，在電解液中增加阻燃劑等;

　　² 改進工藝提高安全性;

　　² 采用自發熱控制技術，比如阻斷放熱副反應的正反饋過程等;

　　² 增加保護措施，降低外部觸發因素發生概率(過充、過熱、短路、擠壓、穿刺等);

　　(2) 電池模組安全性提升

　　動力電池成組安全性技術包括集成化、模塊化技術和封裝技術等。

　　(3)電池系統安全性提升

　　動力電池系統的安全性提升依賴于先進的BMS技術、熱管理系統、構型技術、防護系統設計和保護電路等。其中BMS功能應該至少包括：電池參數檢測(SOC、SOH、SOE)、故障診斷、安全控制與報警、充電控制、均衡、溫度控制、功能安全、EMC等。

　　動力電池系統安全性提升主要在以下幾個方面：

　　² 機械安全：強度機械部件的剛度校核，實現殼體等具有固定、柔性、緩沖性能，密封技術;

　　² 電氣安全：電器件布局，電聯接可靠性，防護、絕緣、電氣間隙，高壓保護，等電位;

　　² 功能安全：濫用保護、過壓/欠壓/過流保護、高低溫閥值、碰撞時斷高壓、ASIL評定與管理;

　　² 策略安全：高低壓互鎖、高低壓隔離、充放電策略、安全預警和保護;

　　² 工藝安全：焊接和聯接工藝、防錯、過程防護、SOP;

　　² 運維安全：手動維修開關、快速維修口、安全標示、警示信息、防護和包裝;

　　² 環境安全：溫度監控和熱管理，防火、阻燃、防水、防腐蝕，EMC和EMR，高IP防護等級;

　　² 碰撞安全：防護系統，提高框架剛度;

　　² 防爆安全：泄壓裝置、防止熱失控。

　　(二) 電動汽車整車安全技術

　　電動汽車整車安全主要包括：碰撞安全、電氣安全、功能安全和維修安全等。

　　² 碰撞安全：營救保護、機械保護、高壓保護;

　　² 電氣安全：高壓安全、充電保護和GB18384-2015中有關高壓安全的內容、涉水、浸水;

　　² 功能安全：GB18384-2015中有關功能安全的內容、控制策略有效、EMC;

　　² 維修安全：維修過程的人員保護。

　　1. 電動汽車整車安全性技術

　　(1)碰撞安全

　　碰撞是電動汽車最為重要的安全問題之一，相比于傳統內燃機汽車，由于動力系統的特殊性，電動汽車的安全系統設計更為復雜。如果車輛在充電及行駛過程中出現碰撞、翻車等事故，可能造成動力系統的短路、漏電、燃燒、爆炸等，由此對乘員造成電傷害、化學傷害、燃燒傷害等。當車輛發生碰撞時，碰撞過程中以及碰撞后都要保證相關人員的人身安全。由于電動汽車既有傳統燃油車的一般碰撞安全問題，又有純電動汽車的高壓碰撞安全問題。因此，對于純電動汽車來說，除了傳統汽車的相關保護需求之外，還應當滿足電動汽車的高壓安全條件。

　　² 防觸電安全：慣量電路、高壓瞬時斷電等功能實現了在碰撞過程中斷開高壓電回路，避免乘員和行人遭受觸電風險，保證人員安全的情況下盡量保護關鍵零部件不受損害。汽車碰撞后保證維護和救援人員沒有觸電風險;

　　² 電池碰撞安全：碰撞后動力電池系統熱失控擴展的控制技術要保證人員逃生時間要求;

　　機械防護安全：乘用車滿足碰撞法規、NCAP等碰撞工況要求，針對電驅動系統特點，需進行高壓電系統的碰撞安全布置空間校核，需進行車身和底盤等關鍵零部件碰撞傳力、吸能設計，保證碰撞過程中車身對動力電池系統的防護，避免碰撞過程中電池漏液、燃燒、爆炸。在高速碰撞工況下，保證大質量電池與車身安裝固定的可靠性，避免電池脫落對乘員和第三方造成傷害。

　　由于客車沒有碰撞測試要求，正在制定中過的《電動客車安全技術條件草案》已經將其納入。

　　(2)電氣安全

　　純電動汽車的電氣安全主要包括以下方面:防止人員接觸到高壓電、電池能量的合理分配、充電時的高壓安全、行駛過程中的高壓安全。

　　² 高壓互鎖安全：防止人員接觸高壓;

　　² 涉水安全：當電動汽車遇到涉水、暴雨等工況時，由于水汽侵蝕，高壓的正極與負極之間可能出現絕緣電阻變小甚至短路的情況，可能引起電池的燃燒、漏液甚至爆炸，若電流流經車身，可能使乘員遭受觸電風險。

　　當電動汽車發生高壓電氣安全事故，首先可及時預警，即事故發生后，保證人員安全逃生。需要的安全疏散時間也要滿足：

　　1) 有人員被困的情況下：

　　=“停車時間”+“消防隊到場時間”+“解救被困人員時間”

　　2) 沒有人員被困的情況下：

　　=“停車時間”+“人員自主逃生時間”

　　兩排座5人的轎車人員逃生時間大約是10s。客車人員逃生時間要求為2-5min。

　　(3)功能安全

　　² 扭矩安全：為了防止汽車出現期望之外的運動，則應該要在汽車的安全系統中加入扭矩安全管理系統;

　　² 充電安全系統：在充電的時候很容易出現車輛移動的情況，對此，應該要對車輛的充電安全進行控制;

　　² 電控系統功能安全：電控系統在故障情況的保持工作的能力;

　　² 電磁兼容：通過減小干擾源發射強度、切斷傳播途徑、提高敏感部件EMC水平等手段，達到國標GB/T 18655要求。

　　(4)維修安全

　　維修安全是純電動汽車安全系統設計的一個重要內容，主要指的是高壓安全，工作人員在對汽車進行操作的時候，必須要確保這個汽車本身的電壓是處于安全范圍內的，以防對汽車的使用人員產生影響。為此，在這個系統的設計上，應該要注意安裝維修開關，當汽車的維修開關斷開的時候，汽車的電力輸出就處于中斷的狀態，可以有效地防止出現高壓危險。

　　2. 電動汽車整車安全測試標準

　　目前出臺GB/T18384-2015標準適用于3.5噸以下的電動乘用車或電動商用車，整車層面針對電動汽車動力系統所提出的安全通則，包括：車載可充電儲能系統、操作安全和故障防護、人員觸電防護3部分，更側重于針對電能和電磁能的安全規范和故障保護。

　　電動客車乘員多、疏散慢、裝載電池能量大，電池發生安全事故的危害程度高，國內電動客車增速過快，部分電動客車整車安全設計與驗證不足，而電動客車安全標準不完善。而電動客車的安全性備受關注，《電動客車安全性技術條件》的標準正在制定、征求意見。

　　表 6目前電動汽車整車安全性標準與需求

　　(三) 充電設施與充電安全技術

　　1. 充電設施與充電安全分類

　　充電設施與充電安全包括：充電設施安全、充電策略安全、冗余保護安全。

　　² 充電設施安全：安全防護、建設規范等;

　　² 充電策略安全：車輛充電策略安全、充電基礎設施充電策略安全;

　　² 冗余保護安全：對控制系統冗余保護機制;

　　(1)充電設施安全

　　充電基礎設施在相關的技術標準、建設規范等方面已經非常成熟。如電擊防護、電容放電、溫度保護、過載保護、短路保護、漏電保護等。作為獨立的電氣設備，充電設備安全的重點不在技術而在管理。

　　(2)充電策略安全

　　優秀的充電電流控制策略對車輛安全、使用壽命都有非常大的幫助。下面以三種不同的充電電流控制策略為例：

　　控制方式1電流從充電開始呈線性上升，到130A時趨于平穩，直至充滿。這種控制策略的優點是電流達到130A后恒定不變，技術難度較低，容易實現。但恒定大電流充電容易導致鋰電池過充，同時，過快的充電可能超過鋰電池內部反應物質的量濃度允許的反應速率，因而可能導致大量放熱及鋰電池容量減小、壽命縮短。控制方式2電流從充電開始呈線性上升，達到峰值后電流開始以梯形結構下降，直至充滿。這種控制策略可以為動力電池在充電過程中的不同階段，提供不同的充電電流，實現相對簡單。然而其充電電流的下降不是連續性的，電池的使用壽命和安全會受到影響。控制方式3電流從充電開始呈線性上升，達到峰值后逐漸連續下降，電流的實時調整實現了真正意義上的滿充。即使出現過充現象，由于后期的電流較小，也可以防止出現嚴重的充電事故，安全性較高。這種控制策略相對比較復雜，在開發階段需要投入的成本很高。優秀的電流控制策略不僅有助于提高充電的安全性，還能延長動力電池的使用壽命。

　　(3)冗余保護安全

　　冗余保護安全是指采用備用的硬件或軟件參與系統的運行或處于準備狀態，一旦主系統出現故障，能自動切換，以保證系統繼續執行工作命令。它可以確保在充電過程中，由于某些主控模塊出現故障時，仍然可以將充電行為安全的進行或強制中斷，可有效避免意外事故的發生。比如：深圳4.26事件主要是由于BMS系統故障，在車輛充滿電后充電機沒有接收到停止充電的信號反饋而持續過量充電78分鐘，而引發的起火事故。如果當BMS主控模塊出現故障時，冗余保護機制能夠立刻生效，及時終止充電行為，是可以避免事故發生的。

　　建議我國應盡早制定一個類似ISO26262的安全標準，要求產品在設計時應提供保持安全狀態的機制或安全地切換到安全狀態的能力。比如：要求所有的高安全性的主控系統都需要設置冗余保護機制，以此來避免由于主控模塊故障，而引起的充電安全事故。

　　2. 充電設施與充電安全技術標準需求

　　充電設施在電氣安全方面已經有大量的標準可以借鑒，但是由于涉及電動汽車充電，因此在完善已有的充電接口互操作性及通信協議一致性標準外，還需要加快充電設施消防安全設計和驗收規范、動力電池管理系統安全技術評價標準(或測評技術規范)和新能源汽車防火災設計技術等安全技術標準的研究和出臺。

　　四、 全球電動汽車安全法規現狀

　　(一) 聯合國

　　關于電動汽車安全法規，聯合國方面在世界車輛規律協調論壇框架下成立了工作組，并展開了相關工作。2012年EVS(電動車輛安全)工作組在WP29(世界車輛法規協調論壇)的GSRP(車輛被動安全項目組)下成立，由TF1防水保護專項組、TF2低電量防護專項組、TF3電解液泄露專項組、TF4可充電儲能系統專項組、TF5熱失控專項組、TF6電池荷電狀態專項組、TF7防火專項組、TF8商用車專項組、TF9可充電儲能系統安全報警專項組等9個專項組(TF)組成，其中，中國牽頭參與了TF1、TF5、TF8三項技術研究。EVS-GTR大會自2012年成立以來已經進行了11次全體討論大會，研究了電動汽車正常使用和碰撞后的潛在安全風險，包括高壓電路的電擊危害、鋰電池系統或其他儲能系統的潛在安全隱患。另外，聯合國于2016年3月9日在日內瓦的歐洲總部召開會議，通過了主要內容為“要求電動汽車發出與汽油車同等音量”的安全標準方案。

　　世界各國雖大多都暫無電動汽車專屬的法規體系，但是一些國家和地區將電動汽車納入到車輛法規體系中進行管理，并推進電動汽車安全法規體系的建立。

　　(二) 美國

　　傳統的汽車產品管理法規體系中涵蓋了電動汽車尤其是儲能系統電解液和電擊防護方面的安全技術法規。

　　美國聯邦機動車安全標準(FMVSS)305對車輛撞擊后，電解液溢出量、蓄電池/轉換裝置穩定性、以及對有害的觸電保護提出了詳細要求，以降低車輛撞擊事故中由于推進裝置蓄電池電解液溢出、推進裝置蓄電池系統部件刺入乘客車廂以及電擊等因素造成的人員傷亡風險。FMVSS是美國《國家交通及機動車安全法》授權美國運輸部(DOT)對車輛以及車輛的裝備和部件制定并實施的，并有與其配套的管理性汽車技術法規，整個法規體系是較為嚴格的。另外，在電動汽車低噪音安全方面，美國國家公路交通安全管理局(簡稱“NHTSA”)計劃出臺針對電動汽車和混合動力汽車出臺的行人保護措施計劃，預計2016年底前發布。

　　(三) 歐盟

　　歐盟電動汽車市場準入制度整體上沿用了傳統汽車產品的法規體系。

　　在歐盟范圍內對汽車產品制定和實施統一型式批準制度，主要基于EC指令和UNECE法規等強制性技術要求。電動汽車安全法規(UNECER100)是聯合國歐洲經濟委員會針對電動車輛的電氣安全通用法規，適用于最大速度超過25km/h的M型和N型的所有的電動汽車，包括純電動、混合動力、可插電式混合電動汽車、氫燃料汽車等，其主要從電擊保護、可再充儲能系統、功能安全和氫氣排放判定要求等四個方面對電動汽車進行了最低安全風險規范。歐盟委員會于2010年6月15日形成提議，把ECER100作為歐盟電動汽車型式認證的強制性法規，以彌補對電動汽車電氣安全要求的不足。

　　圖 17 ECER100法規架構

　　另外，歐盟關于電動汽車相關電氣產品也在電氣安全法規中予以了規定。為適應歐盟新立法框架(New Legislative Framework，NLF)，2014年3月29日，歐盟官方期刊公布了新版本的低電壓指令2014/35/EU，用以替換原有的低電壓指令2006/95/EC。新指令將于2016年4月20日起執行，要求各成員國必須在2016年4月19日前完成立法程序。即2016年4月21日開始賣到歐洲去的或者在歐洲上市的產品，對于電氣產品必須要通過危險性分析，否則不允許上市。通過危險性分析的步驟是：首先，定義出產品的使用場所和整個生命周期;其次，根據使用環境在產品的整個生命周期里分析每一個階段、每一個操作過程、操作階段的狀態;根據危險和操作者的狀態通過定量的方式計算出每個階段的危險等級，如果結果均在可接受的范圍內，則該產品可以上市，如果某個階段超出安全范圍，則該產品不允許上市，需要采取相應措施，修改產品設計，以確保電氣產品包括電動汽車及相關部件的安全性。

　　(四) 日本

　　日本電動汽車安全相關法規主要有《道路車輛法》、《報廢汽車回收法》、《電力企業法》、《電器及材料安全法》以及合理利用能源相關法案等，其中《道路車輛法》涉及電動汽車安全項目最多。有關行車安靜的電動汽車(EV)等靠近行人時用聲音進行安全提醒的通知裝置，日本國土交通省計劃于2018年要求國內的EV及混合動力車(HV)、燃料電池車等新型車適用基于國際規則的安全標準。目前市場上銷售的新車也標配這種裝置，但國交省表示也有可能較聯合國標準更為嚴格。

　　在具體電池和充電設施領域的安全法規方面，根據中國汽車技術研究中心報告，只有中國、日本出臺了電池性能的法規，其中中國還有電池耐用方面的法規;只有歐盟有非車載充電的法規。從全球來看，電動汽車安全相關法規體系建設都還處于起步階段，雖然美國和歐盟雖然在原有汽車安全法規中進行了電動汽車安全項目的增加，但還需要進一步完善。無論在原有汽車安全法規體系下建立還是新增電動汽車安全專項法規，各國都應都應盡快建立電動汽車安全法規，以保證電動汽車能夠“安全”發展，也為電動汽車后續的科研創新和技術發展指明方向。

　　五、 建立我國電動汽車安全體系的建議

　　(一) 提高汽車安全性要求，引入強制認證制度，加強事后監管與責任追究

　　我國對電動汽車實行生產企業和產品公告管理制度，盡管增加了專項檢驗標準，但是由于安全準入門檻比較低，在電動汽車碰撞、防塵防水等安全方面要求不高，導致公告中滋生了大量存在安全隱患的車型。有些企業過多注重產品目錄申報，卻對進入市場的產品安全問題重視不夠，容易引發產品安全事故。應出臺加快電動汽車安全評估辦法，提高產品準入的安全門檻，將安全方面不合格的產品擋在市場之外。

　　引入產品安全強制認證。第三方認證機構對產品安全性認證，并對上市產品的安全性背書，連帶承擔相應的行政、經濟及法律(包括刑事)責任。但是認證并不是萬能鑰匙，因此在認證的基礎上還需要引入保險公司，發揮保險機制在保障安全方面的作用。

　　由重事前監管向事后監管轉變。美國汽車行業管理的一個非常值得借鑒的地方是，由企業自己及第三方機構對汽車的安全、環保性負責。政府頒布相應法規，不管準入，重在對企業產品上市后進行監管，一經發現有不達標或不合規的汽車，美國有一整套的、基于法律的處罰體系，讓違規者必須承受足夠的代價。在美國總有汽車企業會支付高達數十億甚至過百億美元的懲罰是不足為怪的，這些案例對業界的警示作用比我們國家要有效的多。

　　(二) 改革檢測體制，完善檢測方式

　　電動汽車檢測機構肩負著對電動汽車檢驗、檢測的重任，其檢測的嚴密性直接影響到產品的安全、影響到乘客和行人的安全、影響到車輛和基礎設施服務人員的安全，對保障我國電動汽車的安全水平有重要作用。

　　我國應繼續保持強制性檢測制度。安全檢測各國做法不同，美國主要采取非政府參與的自行檢測認證。歐洲與中國類似，采取型式認證，即在獲得銷售許可之前，生產商必須向相關政府機構證明其產品符合各項管制要求。我國的情況是，根據工信部《新能源汽車生產企業及產品準入管理規則》，新能源汽車產品需滿足的檢驗項目包括汽車產品強制性標準檢驗項目及新能源汽車專項檢驗項目。這項制度應繼續保持。然而，近期我國新能源汽車發展迅猛，市場上的產品質量一致性參差不齊、良莠混雜，一方面新產品迭代較快，檢測機構任務繁重;另一方面量產車型市場保有量較小，我國電動汽車產品的檢測和監管力度有限。

　　改革我國現有的汽車檢測體制，加強對檢測機構的中立性監督。公立的檢測機構應體現中立與非盈利原則，由政府要承擔相應的費用，以保證這類機構不為商業利益驅使。要防止檢測機構利用特殊地位與職能謀取商業利益，防止其被不法企業綁架。建立檢測機構的責任體系，確保其對檢測結果負責的可清晰性和準確度。

　　(三) 完善電動汽車安全標準體系，改革標準形成機制

　　我國電動汽車的研發和產業化工作發展很快，而相關標準的制修訂工作周期相對較長，現有的新能源汽車標準體系和標準對一些新技術和新產品覆蓋不全面，存在某些產品或某些技術領域缺乏標準或標準不能滿足實際安全需求，同時還存在標準的制修訂工作跟不上發展需要的情況，要盡快完善相關標準。包括：提高動力電池全生命周期安全標準，如動力電池單體、模組和系統的全生命周期安全性測試標準，以及動力電池模塊、系統對熱失控的防熱誘因測試標準，彌補現有標準的不足，同時更進一步激勵技術提升，為市場提供更多安全系數高、可靠性好的產品;提高動力電池箱防塵防水標準，提高我國動力電池箱的安全防護等級;制定動力電池退役報廢標準，根據不同類型動力電池的特征，研究制定動力電池退役、報廢的技術條件及檢測評估方法，為動力電池梯級利用和報廢回收相關管理規定提供技術標準支撐;提高建筑設計配電標準，對新建住宅或其他公共場所配電時，要從長遠的角度考慮，提高最大負荷量設計，以避免電網的反復改造;加速信息安全標準制定，國內外目前對于電動汽車的信息安全暫無標準體系，而隨著智能網聯的發展，電動汽車已經成為能源、信息和物流終端，大量的信息交互必然帶來信息安全問題，信息安全對電動汽車的安全影響也越來越大，我國應加快電動汽車信息安全標準的研制，實現國際上信息安全標準為零的突破。

　　研究汽車行業標準形成機制的改革，在可能的情況下要縮短標準的修訂周期，提前布局標準體系。現階段，電動汽車技術發展較快，其相關標準的制定或者修訂應考慮到行業需要，適時縮短部分標準的修訂周期，以緊跟行業發展需要。例如我國現行的電動汽車標準修訂時間間隔在4-8年的范圍內，均值為5.25年，遠遠落后于電動汽車技術和產業的發展。另外，對于如無線充電等新型技術應提前立項研究，以盡早確定新技術標準框架，有利于規范技術和市場的安全發展。標準由誰提出、誰來制定及標準制定過程的透明度，這些在我國目前都還存在問題，這涉及標準形成機制的改革。標準的背后是巨大的國家與企業利益，應著手研究我國標準形成機制的改革問題。

　　(四) 建立電動汽車安全運行監控體系，落實車輛年檢

　　目前為了防止電動汽車意外事故的發生，各大汽車廠商和動力電池生產廠商都加大了整車和動力電池安全系統的投入，配備了許多安全防護措施，其中就包括在線監控系統，但仍參差不齊，有些有名無實。建議在強制性要求廠家完善監控系統的基礎上，要建立國家和省級層面電動汽車在線安全監控系統，并要求整車廠、充電基礎設施運營商將與安全相關的數據上傳至該系統。為了激勵整車廠和充電基礎設施運營商按要求將數據按時上傳至國家和省級層面的電動汽車在線安全監控系統，可以將此項內容與銷售補貼和建設補貼掛鉤。

　　要進一步完善監控數據體系。在整車方面應包括電機溫度、電機控制器溫度、電機母線電流等;動力電池方面應包括單體和電池包的溫度、電流、電壓等;充電基礎設施方面應包括充電電流、充電電壓、充電溫度等。還可根據技術發展情況，進一步調整相關數據要求。

　　落實車輛年檢制度。在線平臺可以監測車輛安全狀態，但有些檢測仍然需要專業的人員進行檢測，如高壓電路由于老化振動等帶來的短路、接地;動力電池箱防護是否失效等。

　　(五) 明確責任主體，落實管理機制

　　落實產品鏈條上不同主體的責任。電動汽車安全的責任認定相比燃油車更加復雜。除整車廠外，部件特別是電池的責任，以及使用者的責任，在認定時都非常復雜。現有的技術手段基本能解決大部分問題，但責任在產品鏈條如何傳遞與劃分目前都還存在困難。原則上講，整車廠一般要對汽車安全負總責，其可依法依約追究零部件企業的責任，但如果有刑事上的責任，二者如何認定還沒有現成案例可參考。

　　要明確管理方責任和處置機制。一旦發生安全事故，首先應由安全事故責任分析牽頭單位召集相關部門對事故原因進行調查分析，并將調查結果進行公示。對于有責任的相關單位除了要承擔經濟處罰外，還要面臨更加嚴厲的行政處罰，比如某企業的電動汽車在一定期間內安全事故率達到一定比例后，將會取消公告資質;某運營商的充電事故率在一定期間內超過一定比例后，將暫停其對外充電的業務，并強制整改等。

　　(六) 完善相關消防法規

　　目前，國內對于電動汽車火災機理研究只局限于動力電池的內部機理，而未涉及動力電池和整車燃燒規律以及相關消防安全技術。我國現有消防規范對電動汽車充電站要求沒有針對性和特殊性，多為電力設備設施設計要求，2014年住建部發布的《電動汽車充電站設計規范》對消防安全設計只是要求符合《建筑設計防火規范》、《建筑滅火器配置設計規范》的規定，但《建筑設計防火規范》中涉及的10種新建、擴建和改建的建筑類別并不能完全涵蓋所有種類的充換電站;《建筑滅火器配置設計規范》中滅火器的配置規則主要根據建筑物的火災類型和風險等級，但是充電基礎設施周圍的動力電池是A、B、D、E類火的復合形式，設計和管理部門對滅火劑的配置類型、規格和數量都無法獲得明確規定，比如地下車庫屬于中危險級場所，但沒有針對動力電池的滅火設備，停留和充電時存在安全隱患。目前急需對電動汽車滅火技術進行攻關，并完善消防法規。特別是要加大力度研發新型、高效滅火劑及防火、滅火技術，有效抑制電動汽車火災，開展電動汽車及充換電基礎設施消防規范研究，規范滅火和應急救援操作規程，編制并出臺針對電動汽車及充換電基礎設施的防火規范，為電動汽車行業的快速發展保駕護航。

　　(七) 構建動力電池強制回收體系，明確賞罰辦法

　　受現階段技術水平和管理制度的限制，電池回收和梯次利用經濟性不高，動力電池存在退役后被遺棄的可能。而被遺棄的電池在靜置過程中會伴隨熱行為的發生，不合理的儲存方式會導致電池破損，有毒有害物質泄露，嚴重時會引發電池熱失控，造成起火、爆炸等安全問題。為此，應加快制定動力電池回收再利用實施辦法，對企業和消費者建立明確的賞罰機制。對電池回收和再利用企業按照電池套數、容量等方式進行補貼，對未履行責任義務的企業進行必要的懲罰。鼓勵消費者主動上交退役動力電池，并給予額外補償，培養消費者動力電池回收的意識。

　　(八) 建立動力電池安全監測機制，推出延保服務

　　目前電動汽車缺乏質保期過后的保障機制，繼續使用存在安全隱患。我國初期推廣的電動汽車中，動力電池質保期一般為5年/10萬公里，大批電池將面臨質保過期問題。目前，除了少數廠家對電池提供終身質保或動力電池折價回收措施外，很多廠家還未明確提出對質保期過后動力電池等零部件的處理方案。加上我國對過質保期后的電池也沒有明確的保障機制，消費者可能會繼續使用，而質保期過后的電池由于老化等原因，存在安全隱患。

　　要建立動力電池安全監測機制，要求企業利用電池編碼和監控平臺手段，對動力電池的健康狀態進行評估，政府主管部門利用平臺系統對企業行為進行監督，并要求企業對問題電池在一定期限內進行維修、檢測處理，否則進行一定的處罰。

　　整車或電池企業對質保期之后的電池提供檢測、維修、延保等有償服務或終身質保服務，保障產品在使用過程中安全性，并對無法繼續使用的電池進行折價回收。

　　(九) 重視對充電基礎設施安全的管理

　　為了加強充電的安全性和可靠性，一個可行的辦法是對充電基礎設施采用質量控制認證，分為產品認證、到樣抽查、安裝完成測試、定期巡檢四個階段。但一個比較實際的問題是，在我國現有認證體制下，對充電設施的認證是否真正能解決安全性問題，是否會無故增加企業成本，這是必須認真思考的問題。從食品、藥品等采用認證的行業來看，如果認證不權威，或者認證只是一個花錢就可做到的事，充電領域再引入這種制度就對安全性意義不大。充電領域引入認證制度的前提是認證機構要么必須獨立和非盈利，要么可盈利但必須建立認證者的責任與風控體制，防止認證被扭曲為撈錢的工具。