动⼒电池系统对于电动汽车⽽⾔，犹如汽油之于传统燃油车，是车辆的重要能量来源或唯⼀能量来源。我们知道，动⼒电池（电芯）技术是电动汽车的三⼤核⼼技术之⼀，但是如果考虑技术复杂度和重要性，动⼒电池系统集成技术⽐动⼒电池的单体技术尤有过之。
动⼒电池系统内部，除了作为能量载体的动⼒电池之外，还包括电池管理系统（BMS）、电压/ 电流/ 温度传感器（也可能有烟雾/ 化学/ 湿度传感器）、热管理系统、⾼低压线束/ 连接器、开关器件（继电器、保险丝、MSD等）、安装组件（⽀架，托盘、压杆、螺栓等）、壳体、辅助组件（密封圈、橡胶垫、密封胶、卡扣、扎带）等。动⼒电池系统产品，涉及的专业领域包括电⼦、电⽓、信息、软件⼯程、半导体、电磁学、材料、电化学、化学⼯程、机械⼯程、传热学、⼯程热⼒学、流体⼒学等众多学科（图1），技术整合难度和系统集复杂度可想⽽知。 图1 动⼒电池系统构成与相关专业领域
做个形象的⽐喻，动⼒电池系统如同⼀⽀军队，要打⼀场持续很久的战争（5 ～ 10 年）。系统⾥⾯的⼀个个动⼒电池单体（电芯），就是军队的作战单元——⼠兵，承担基本的作战任务（存储或释放电能），是军队的基⽯。电池管理系统（BMS）如同军队的司令部，接受上级指令（通信），搜集情报（采样），运筹帷幄（计算），下达作战命令（控制），必要时还要做战术后撤（保护）。热管理系统如同军队的后勤保障体系，为了保障⼠兵能够打胜仗，需要令其吃好喝好睡好（加热或冷却），保持较佳的战⽃状态。各类传感器如同侦察兵，负责情报采集，线束和连接器则如同通信和运输系统，负责信息的传递和兵⼒的输送。其他⼀些组件，就好像军队的各类物资，虽不承担主要职能，但是对战争胜负都有重⼤影响。
在动⼒电池系统的⽣命周期中，可能要经历各种各样的情况，有时候在低于–30℃的冰天雪地，寒冷⼲燥；有时候在夏季的太阳下暴晒，温度⾼达50℃以上，酷热潮湿；有时候在海边，受到盐雾侵蚀；有时候要涉⽔，甚⾄会长时间浸泡在⽔中；有时候要跨越艰难险阻的道路，经受强烈的振动；有时候还会遇到强烈的碰撞，以⾄于扭曲变形。可是不管使⽤环境如何变化，动⼒电池系统都应该能够稳定可靠地⼯作，直⾄达到产品退役的条件，这才算是合格的产品。
系统简单模型
系统简单模型
系统安全分析需要将复杂系统简化成易于理解的物理、电⽓和数学模型，让分析⼈员能够⾮常清晰地了解组成系统的⼦系统、⼦系统之间的接⼝，系统与外部环境的接⼝，系统如何运⾏，以及系统的功能等要素。
动⼒电池系统的定义：动⼒电池系统是⼀个能量存储装置，包括电池单体（电芯）或电池模组，电路和电控单元（电池管理系统），以及相关的电⽓和结构组件。我们将动⼒电池系统的简单物理模型描绘成图2 所⽰。
图2 动⼒电池系统物理框图
从图2 可以看出，动⼒电池系统被特定的环境和边界所包围，内部⼦系统包括电芯、电池管理系统、热管理系统、⾼低压电⽓组件（开关、保险丝、线束、连接器等），以及相关的结构组件（壳体、紧固件等），系统与外部的接⼝包括通风接⼝，⾼压接⼝、低压和通信接⼝、冷却接⼝、安装接⼝等。基于上述⼦系统及接⼝，进⼀步描绘系统的电⽓模型，如图3 所⽰。
图3 动⼒电池系统电⽓模型框图
汽车扎带
系统的相关属性
系统的属性为系统的设计、构造、运⾏和分析提供了框架，所以定义和理解系统关键属性是⾮常必要的，也是进⾏安全分析⼯作的基础和前提。 在本⽂中，我们初步梳理动⼒电池系统的属性，将其归纳如表1 所⽰。
表1 动⼒电池系统属性
以上所整理的内容，并不是动⼒电池系统的全部属性，⽽仅仅作为⼀个⽰例，启发⼤家思考。为了进⾏完整彻底的危险分析，必须理解系统的每个属性，制定完整的系统属性表，并对属性之间的相互关系有充分认识，从⽽保证对整个系统进⾏全⾯的安全分析，⽽不是只分析局部。
举例来讲，系统的通信异常，可能导致电池管理系统接收到错误的数据，造成动⼒意外中断或动⼒输出不能按要求关断，进⽽发⽣事故。这意味着通信功能会对系统的开通和关断功能产⽣影响，并造成安全危险，我们在做系统安全分析时就需要考虑安全防范措施，如果分⽴考虑通信功能和开通/ 关断功能，就难以发现它们之间的相互作⽤，从⽽遗漏隐藏的安全危险。
本⽂摘编⾃王芳、夏军等著《电动汽车动⼒电池系统安全分析与设计》（责任编辑：朱丽刘冉）第四章，内容有删节，标题为编者所加。
电动汽车动⼒电池系统安全分析与设计
王芳夏军等著
北京：科学出版社 2016.09
978-7-03-049621-8
《电动汽车动⼒电池系统安全分析与设计》意在通过对电动汽车核⼼零部件——动⼒电池系统（Pack）进⾏系统化的安全分析，提出⼀些合理的安全设计⽅法，从⽽推动我国新能源汽车安全性能的提升，切实保障乘客、社会公众的⼈⾝和财产安全。本书共分为⼗章，分别论述了电动汽车发展现状、动⼒电池系统技术、企业内部的安全⽂化和流程、动⼒电池系统安全分析、电⽓安全设计、机械安全设计、功能安全设计、化学安全设计、产品安全验证，以及与动⼒电池相关的国内和国际标准。
（本期编辑：安静）
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