为什么进行整车带电碰撞试验的必要性不大？

　　在电动汽车的碰撞事故中，电池有可能发生损坏，电池破坏可能导致热失控甚至着火。研究电池碰撞损伤、建立电池模型及研发保护方法都需要进行实验，针对电动车电池碰撞安全性也需要出台试验评测方法。试验评测是不是就必须进行整车的带电碰撞试验呢？事实上，我认为整车或整个电池包层级的带电碰撞试验不是必要的，因为从碰撞安全保护设计的角度，我们并不是要评估碰撞后着火有多么剧烈，而是要评估碰撞是否引发了着火的前提条件。

　　在电池不充电状态下进行碰撞试验，可以评估结构和材料的破坏，也可以评估各电池组是否发生了短路。在碰撞下，电池发生短路是发生热失控或着火的必要条件。我这里强调的是，“在碰撞下”发生短路是发生热失控的必要条件。在其他情况下，如在电动车的正常行驶或停置（包括充电）时，电池发生热失控则可能存在其他原因。

　　采用不带电或带很低电量的碰撞试验，完全可以检测出因碰撞破坏导致的短路或其他热失控的指征，是因为即使充电量（State of Charge or SOC）为0或者很低，电池或电池组的电压、电阻、电阻抗等参数都会有明显的响应，都能明确指征短路是否发生了。这样来评测电动车电池的碰撞安全性比较合适，既不保守，也不激进。偏保守的要求是，在给定的碰撞工况下，不允许电池包或电池发生变形破坏，这会导致保护结构比较重。比较激进的做法是，不仅允许电池发生变形破坏，也允许发生短路，只是不允许发生热失控，但这样对测试对象和试验测量都比较敏感，不容易给出可靠的评测方法或评测结果。我们认为，比较适中的评测要求是，允许电池发生变形，但不允许发生短路，以是否发生短路为危险指标。

　　带不带电以及带电量多少对电池及组分材料的力学性能可能有影响，因此，如果以研究电池碰撞失效和短路发生机理为目的，是需要进行电池的带电碰撞实验的。尽管带电量在整车层面也有影响，但并不意味整车层级的电池碰撞安全性评测试验需要带电。我们的研究表明，电池带电或SOC高的状态一般更危险，那不带电试验就是一个偏保守的试验。在有多个代表性工况的情况下，可选择偏保守的工况进行测试。

　　在电动车整车或者整个电池包的碰撞安全评测中不上电，还有助于保证实验室安全并提高试验工作效率。如果采用电池包或电池模组带较多电量进行碰撞试验，尽管不是每次试验都发生着火，但一旦发生大面积热失控或剧烈着火，增加了清理时间，影响工作效率。此外，碰撞试验已经导致了结构和材料破坏，如果再伴随有着火，则很难对试验后的电池进行观察和分析。

　　汽车碰撞安全评测试验中一个可以类比的例子是，燃油车针对油箱的碰撞安全性评测试验是通过注入不可燃液体替代燃油进行整车碰撞试验的，评测指标是碰撞后油箱是否有液体泄漏，不是油箱是否变形，也不是是否着火。要求碰撞后油箱不泄漏也是一个适中的准则，而要求碰撞后油箱不泄漏且不变形就是一个偏保守的准则，允许泄漏但要求不着火则是一个偏激进的指标。

　　如果碰撞事故导致着火的话，电池包带多少电与发生事故后着火的剧烈程度有关，是消防和救援层面需要评估的问题。电池着火后的危害程度当然也需要研究，但可以设计专门的试验来评估，通过整车或电池包的碰撞试验并不是最好的方法，况且碰撞试验不一定会引发着火，电池着火也还有碰撞以外的诱因。因此建议，不要通过碰撞，而是通过其他方法诱发热失控，研究或评估不同数量的电池堆积以及不同的带电量下热失控的扩散程度以及着火的剧烈程度。

　　以研究电池碰撞失效和短路发生机理为目的，我们搭建了能确保实验安全的台架，并于2015年底首次进行了电池和电池模组的带电碰撞实验（见下面的视频），后来也做过整个电池包不上电的碰撞测试。在电池单体静态挤压或碰撞变形实验中，材料破坏一般都引发内短路，但不一定发生热失控，也有一些实验确实发生了热失控，产生烟雾、火花、甚至燃烧。电池实验后一般需要解剖、观察、分析电池内部的材料破坏情况，这也只能针对未发生燃烧的电池才能进行。

图2.变形实验后的电池及破坏

图3.碰撞燃烧后的电池模组

　　在电池单体层级和电池组分材料力学性能层面，我们通过实验研究其力学特性和短路发生与SOC的关系，建立可靠的电池单体模型，进而输入考虑SOC影响的电池模型参数，进行电动车的整车碰撞仿真和高带电量的电池碰撞仿真来预测失效，以仿真手段评估SOC的影响。

　　综上，对电动车电池安全问题的研究和防范应区分层次和目的，相应采取不同的实验手段或与计算机仿真相结合的手段。针对电池在外部机械载荷（如碰撞）作用下的安全问题及安全保护，应以电池变形和破坏是否引发短路为危险评价准则，不需要进行整车的带电碰撞试验来评测。如果需要评估电池发生热失控以后着火的剧烈程度，可以采用其他手段引发电池的热失控，碰撞并非可靠和可控的手段。只有分层次和目的考察，才方便观察现象和分析机理，进而建立影响参数的模型。如果采用整车带电碰撞来引发着火，会将多个因素耦合在一起，不易满足评测试验的可靠性和可重复性等要求，无法很好的达到研究或评测的目的，往往还影响实验研究或试验评测的工作效率。

　　致谢：邢伯斌、潘哲鑫、祝凌霄、夏勇对本文修改提出了建议，魏新奇协助搜集图片和视频。