电动汽车电池安全事故分析与研究现状丨JME封面文章
动汽车在全球范围内的普及与推广是重要发展趋势，近年来，在环境污染与能源紧缺等问题的推动下，以电动汽车为代表的新能源汽车行业发展迅速，但是，随着电动汽车产销量的急剧上升，电动汽车电池起火事件引起了极高的公众关注度，仅2019年4月就接连发生了两起特斯拉电动汽车着火事件，使人们对电动汽车这一新生事物的安全性产生了严重质疑。电动汽车起火、爆炸的根本原因是由电池故障引发的热失控。热失控问题不仅制约电动汽车的普及与商业化应用，同时也为人民生命财产和交通安全带来了严重隐患。如何对热失控问题进行防控，并建立全面、有效的电池安全管理系统，是当前亟待解决的重要技术难题。
科研工作者陈泽宇、熊瑞和孙逢春在《机械工程学报》2019年第24期发表了《电动汽车电池安全事故分析与研究现状》(封面文章)一文，他们对近五年的主要电动汽车安全事故进行统计分析，归纳电动汽车起火事件的历年起因分布及规律，对几种主要的事故起因背后的电池故障特性及其对热失控触发机理进行了描述，进而综述了国内外主要团队在电池过充电、外部短路、内部短路、过放电以及挤压碰撞等电池安全问题的研究现状，讨论现有主要研究成果及不足之处，最后对电池安全及热失控的诊断、预警的研究趋势及思路进行几点探讨。
完备的试验数据库构建任重道远
电池安全数据匮缺是导致电池安全管理技术不成熟的重要原因。传统汽车安全技术的发展经历了大量的试验研究，甚至包括大量成本昂贵的碰撞安全试验，才逐步完善。电池安全研究也不例外，只有建立充足且完备的电池安全性试验数据库，通过对试验现象的发现、观察和探索，方有可能从根源上得以突破。如今不论研究机构还是汽车企业，对电池安全领域的试验都只处于起步阶段，试验条件单一、试验数据匮缺，远不能够支撑当前电池安全技术研究的需要，在后续的工作中，针对多种电池电极材料、多种电池型号类型，考虑多种复杂故障状态，在全SOC区间、全温度范围、全寿命周期内建立丰富的电池安全试验数据，是电池安全研究的重中之重。
动态加载的滥用试验尚需进一步开展
电动汽车碰撞过程中，外力对电池结构的破坏可以视为一种动态冲击载荷作用过程，这与电池静态挤压/穿刺试验所反应的结果存在很大差别。动态加载下的滥用试验需要考虑两个层次，一是发生故障时的电池充放电负载是动态的，应与实车运行工况相吻合；二是施加的机械破坏应是动态冲击而非简单的静态挤压。目前多数的机械滥用试验是对静置电池的准静态加载，而动态冲击载荷下的电池响应特性、塑性破坏、产热机理及故障诊断的研究都十分匮缺。
高可信度电池故障模型是必由之路
故障状态下的电池特性极其复杂，对电池故障特性进行模型表征是进行故障诊断和分析故障特性的有效措施，然而现有的电池安全研究多数是依赖于传统的电化学模型或等效电路模型的基础上稍加修改而形成，这些模型在故障状态下的可信度与适用性有待考究。电池发生故障时其内部的电化学特性与正常运行时有很大差异，一些在正常情况下的电池“副反应”此时反而可能变成起主导效果的“主反应”，与之对应的等效电路特性也有了很大变化，因此传统的电池模型并不能准确刻画故障状态下的电池机理，针对电池各类故障失效形式，分析并建立高精度、高可信度的电池模型，是透析电池安全问题本质、建立有效诊断机制及安全管理方法的必由之路。
多故障复杂状态的特性研究是趋势
现有故障诊断研究多是针对某单一故障的“0/1”诊断，而实际情况下电池故障类型未知且不确定，甚至可能多种故障并发，其特性相互耦合，现有的故障诊断策略的适用性难以保证，另一方面，热失控是动力电池起火的主要根源，但并非所有的电池起火一定源自热失控，在车辆发生碰撞时，猛烈的撞击有可能会直接导致电池剧烈受损、电解液大量泄漏，并逸散出可燃性气体，如遇明火则立刻起火甚至爆炸。因此，仅从“热”或“电”等某单一角度切入，不能准确地描述电池的安全问题。今后的研究中，必须结合“热-电-流体-化学-力学”等多学科领域，探究包括极端故障及多故障并发复杂情况下的电池多域特性耦合机理，建立全面有效、面向实际的电池安全管理体系。
对近五年严重的电动汽车电池起火事件进行了统计，分析了起火事件的起因分布，阐明了真实的事故起因与其背后所隐含的电池故障间的关联性，讨论了电池内部短路、外部短路与过充电等主要电池故障类型的失效原理及其对热失控的触发机理；对电池安全研究现状进行了综述，列举了各大技术团队的研究方向和已取得的研究成果，最后围绕当前的研究工作不足和未来的技术路线给出了几点探讨。本文内容对电池安全性研究的必要性和关键性提供了事实支撑和评价，并为未来研究工作开展给出了一定的依据和思路。
陈泽宇，男，1982 年出生，副教授。主要研究方向为动力电池故障诊断及安全管理。
熊瑞(通信作者)，男，1985 年出生，教授，博士研究生导师。主要研究方向为电动汽车动力电池系统管理与综合控制。
孙逢春，男，1958 年出生，教授，博士研究生导师，中国工程院院士。主要研究方向为车辆电传动，车辆动力学。
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