现在大家买电动车，还会像以前一样担心电池安全问题吗?

目前新能源车的购车成本几乎与同级别的燃油车相差无几，使用成本更是远低于燃油车，而且新能车有着燃油车无法比拟的优点，比如动力澎湃，行驶安静，电动车更加智能等，但是很多消费者仍然是持币观望。非常重要的一个原因是对新能源汽车安全的疑虑，其实北理工的大数据平台统计过，新能源汽车起火的概率和燃油车相差无几，只是新能源汽车是个新生事物，受到各种媒体的持续重点关注。

纯电动汽车起火的导火索主要来自外部机械碰撞和内部电池故障失效。对于外部机械碰撞，包括车辆高速行驶时引起地面石子等异物对电池包底部的撞击，对于电池内部故障失效的原因就有很多了。电池内部故障失效主要有电池系统设计缺陷，电池管理系统失效，电池热管理系统失效，电芯自身质量问题等。

对针对上面谈到的引起电池热失控的导火索——外部机械碰撞和内部电池故障失效，电池工程师主要从pack系统层面，对电池安全主动设计和被动安全保护两方面来考虑，PACK层面重要的工作则是构建一个有效的防护系统，将各种方案和技术配置一个最适合自己的设计。本文想结合大众ID系列电池包的拆解材料，来普及一下主机厂在改善电池安全上到底做出了哪些努力。

上汽大众ID.3电池包箱体采用的高强度铝合金电池壳体，铝合金的热膨胀系数、热传导系数都是钢的数倍，且铝合金比钢材更加活泼，这都导致了铝合金焊接的难度比钢材上了一个台阶，铝合金MIG焊接可有效确保焊接强度。电池包的侧面和正面的群边均为挤压件，这是专门针对正面或背面或侧面的碰撞，碰撞发生时，这些挤压件首先会溃缩吸能，有助于保护电池包内部电池组的安全。

两排模组之间有一条横梁，结构强度加强梁。每个模组通过2个定位螺栓孔，将电池组连接到底盘。除了中心的加强梁之外，相邻模组之间也有一根横向的梁，其作用由两个，一个是阻断热失控传播，如果一个模组发生热失控，横梁能将热失控控制在单个模组内部，另外一个是加强电池包横向结构强度，整体提高车身的刚度。

上汽大众ID.3的电池包结构相比于目前国内比较火热CTP结构而言，在集成效率和能量密度上并不占优势。但是这种传统的电芯，到模组，模组到pack的三级架构，保留了纵向和横向梁结构，使电池包结构强的得到的很好的保证。

下面这个图是ID3电池底部的保护板，位于电池水冷板的下面，这块保护板非常重要，它可以防止石子或其他东西从下方直接冲击电池包箱体底部，造成电池热管理系统的水冷板变形，甚至造成电芯变形。

电芯一旦发生热失控，会快速产生大量高温气体，使PACK箱体内压急剧增加，如果气体不能得到有效释放，将造成两个潜在危害：（1）高温气体（与熔融物）加热周围电芯，可能引发其他电芯发生热失控；（2）IP68级的箱体，具有很强的密闭性，有可能会炸裂，或严重形变，让外部空气进入，产生明火。所以，电池箱体要设计有效的防爆排泄路径、排泄口，对外的引导方面，排放方向应避免进入乘客舱。

下面这张图中蓝色痕迹是密封垫的痕迹，壳体由密封蜡、密封圈、密封胶三道密封，确保电池密封性。ID3上下壳体采用一体式发泡胶与液体密封胶自动涂敷工艺及自攻流钻螺钉联接，密封性和定位精度双重保证下壳体与底部水冷板采用结构胶、双道密封胶及高速冲铆工艺，保证连接强度同时，满足气密性和水密性要求

ID系列电池包的水冷系统直接集成到电池箱体上，从结构集成和功能集成的层面来对之前既有的箱体结构与水冷结构分离的方案，进行一个优化和提升。集成的好处很多，减少体积占用，轻量化，避免冷却液泄漏带来的安全隐患等。液冷集成后，需要应对的一个主要问题是冷却液的进、出、分配，可以都由中央通道进、出，向每个模组方向去分配，也可以两侧进、出，向每个模组去分配，或是直接在模组底部流过，从电池包的一侧进、另一侧出。从拆解图上看上汽大众ID.3电池包采用的是第一种方案，独立的液冷循环回路来精确地控制所有电芯温度保持在±2℃的温差范围以内，以适应-30℃~55℃的环境温度，从而保证电芯性能的一致性。

下电池模组安装在箱体底部上面，模组的热通过导热胶和水冷板传导给冷却液，冷却液将电池热量带出包外，实现电池降温，加热过程则是反过来的。面这张图就能很明显的看到电池箱体底部的导热胶，导热胶的作用有两点，一是将模组固定到电池箱体，防止模组移动，二是将模组内部电池产生的热量传递给底部的水冷板。

ID系列纯电动车的热管理系统都采用的是热泵方案，在今年的2023 Tech Day 上，大众汽车对电池、充电和电子元件领域进行电动汽车创新进行了展望。下面这张图展示的是未来新的热管系统对比现在的热管理系统，大众汽车将整车热管理系统进行了垂直整合，通过类似的超级阀体，来代替当前大量的独立模块和各种管路连接，以形成更紧凑高效的热管理系统，大众称之为“all-in-one module”，整个热管理系统估计一个行李箱就能装下。

从图中可以很直观的看到ID.3电池内部，不管是高压走线还是低压走线异常简洁干净，而且几乎没有裸露的高压接触点，这一点对电池组装和电池维修技师非常友好。

高压配电系统中，包括两个电流传感器，属于冗余配置了，BMS的功能安全等级满足ASIL D完全没有问题；同时还包含一个高压紧急切断开关，这个是我在别的电池包上没有看到过的。出于安全原因，联合国欧洲经济委员会(UNECE)法规 R94已经规定，在发生碰撞后，除电池本身外，任何车辆部件的电压必须在极短时间内降至安全水平 (60 V)以下。为适应这种情况，电动汽车为在碰撞后立即触发的保护模式。断路器将立即跳闸，将电池与其他部件隔离开来。在 IIHS 碰撞测试中，任何未切断电压的碰撞车辆将获得“差”评级，即最低评级。

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D.3的BMS采用NXP的硬件系统，一主（master）四从（slave），一个从板控制包含4片MC33771B AFE芯片，一个从板负责四个模组的采样，主板和从板的主芯片都是采用32位的芯片，还是挺下血本的。

BMS实时采集每颗电芯的温度，电流，电压，通过BMS内部的电池模型的安全边界条件，判断电池的状态是否在安全范围之内，同时BMS也会根据电池的电压，电流，温度的信息，准确的估计电池目前的核电状态（SOC），健康状态（SOH）等。

另外BMS根据电池温度，冷却液温度，环境温度等温度信息，控制热管理系统的水泵，高压加热器等，将电池温度维持在一个电池舒服范围之内。

本文主要是想通过介绍大众这样的造车老势力的电池包设计理念，电池工程师们是如何通过方方面面的考虑来确保电池的安全性和可靠性的。细细分析的时候，感触比较深的是大众这样的造车老势力，在技术上是保守的，为了保证电池安全，在硬件上做了非常多的冗余设计。在还没有对电池有足够的深入了解和足够的数据反馈之前，保守没什么不好，对自身品牌和消费者也是一种负责，先做加法再做减法。