汽制造安全生产技术(关于新能源汽车，运行安全性能检验技术体系的研究)

文/勇哥

引言

随着汽车产业的绿色能源革命，我国新能源汽车产销量、保有量跃居世界首位，但运行安全问题也不断凸显，迫切需要强化对整车及电性能、动力电池性能等运行安全的检验。国内外有关机构开展了电气系统、动力电池等安全性评价标准和测试方法的研究，基于车辆定型阶段的实验室检验。

其中在动力电池状态准确估计以及动力系统故障诊断等方向，主要包括电化学、等效电路和黑箱等模型，一阶RC等效电路模型在动力电池研究中得到广泛应用。在利用新能源汽车运行大数据应用方面，部分车企建立了远程数据互联服务平台，如德国大众推出汽车云平台，为本品牌汽车提供车-云端数据互联及服务运营。

在我国，北京理工大学承建开发了新能源汽车国家监测与管理平台，实现约1000万辆新能源汽车接入，并开展运行状态监测和行驶安全性研究；在新能源汽车检验标准方面，ECE、FMVSS等制定电动汽车安全性测试和新车型式评价相关标准法规。

我国发布GB18384-2020《电动汽车安全要求》等强制性国家标准，从新车设计制造角度提高我国电动汽车的本质安全性。GB38900-2020《机动车安全技术检验项目和方法》规定了部分新能源汽车的人工检验内容，相对缺乏对电安全、动力电池安全等专门检验要求。

综上，科学运用新能源汽车运行大数据，开展电安全、动力电池安全等运行安全性能检验关键技术，构建新能源汽车全生命周期的运行安全检验技术体系，有助于提升我国新能源汽车运行安全水平，促进我国新能源汽车产业高质量、可持续发展。

一、新能源汽车运行安全性能检验技术体系架构

新能源汽车运行安全性能检验技术体系是以在用新能源汽车运行安全风险隐患识别与消除为主线，依托新能源汽车运行安全检测参数、阈值、装备、平台、标准等研究，将新能源汽车检验所需要的检验技术以技术路线为牵引，构建新能源汽车运行安全性能检验技术体系，具体如图1所示。

二、新能源汽车运行安全检验技术体系内容

新能源汽车运行安全检验技术体系依据线上检验、线下检验复核、检验结果反馈迭代等环节，形成闭环的安全把关思路。

1.新能源汽车运行安全线上检验技术

线上检验技术主要基于新能源汽车运行大数据、缺陷产品召回和事故鉴定数据，研究数据驱动下的新能源汽车安全性能特征及衰退机理。

通过开展不同车型、气候和工况下的新能源汽车关键部件衰退验证试验，构建新能源汽车运行安全表征参数体系，针对新能源汽车多种老化衰退机理，构建覆盖多时域、多地域的关键部件全寿命周期健康状态模型，实现新能源汽车快速、无损、高精度的健康状态在线评估，形成新能源汽车安全性检验评估报告，主要技术如下：

（1）车载动力电池健康度评估技术

通过研究动力电池内阻、容量特征、自放电率、电压一致性、热管理系统等要素对车载动力电池健康度的影响关系，采用统计分析、层次分析等方法，研究不同要素对动力电池健康度的影响占比，构建科学完善的车载动力电池健康度评价体系，具体如图2所示。

（2）电机健康度评价技术

通过研究动力电机效率衰退、电机温度、电机转矩等要素对电机健康度的影响关系，采用统计分析、层次分析等方法，研究不同要素对动力电机健康度的影响占比，开展车载动力电机健康度评价。

（3）电安全部件健康度评价技术

基于新能源汽车运行监测相关数据，统计分析各个报警项目的报警等级和报警频率，设置建议检验报警触发阈值，分类分级地对报警结果进行评估，提出线下检验建议。

根据不同等级故障报警信息对整车的影响，梳理对整车安全影响显著的报警信息。

（4）新能源汽车整车运行安全集成评估

基于新能源汽车故障统计分析数据，分析电池健康度、电机健康度、电气部件健康度对新能源汽车整车运行安全的影响关系，按照权重分配方法，得到整车健康度评价模型，具体如图3所示。

（5）燃料电池车载氢系统安全评价技术

对于氢能汽车，燃料电池汽车车载氢系统功能将影响整车的性能与安全性，通过线上提取包括气瓶安全阀、加氢口等部件线上数据以及燃料电池系统输出功率特性数据，建立燃料电池及车载氢系统安全评价技术，对燃料电池运行安全进行线上评估，具体如图4所示。

2.新能源汽车运行安全检验一体化平台

新能源汽车运行安全检验一体化平台是连通线上、线下检验的软件平台，是新能源汽车运行安全检验的基础，主要具备检验机构信息登记、检验项目分析、检验信息分发、数据交换等功能，构建线上检验评估、交通事故、缺陷召回检验信息数据库。

开发检验信息萃取和检验项目智能分析模块，依据检验标准规范，结合新能源汽车安全性检验评估报告、事故损伤情况、主要缺陷特征等提出重点检验项目，形成面向不同能源类型、不同结构类型的新能源汽车的差异化线下检验项目，并将检验项目分发至相关检验机构、开展针对性检验和维修，具体如表1所示。

3.新能源汽车线下运行安全检验技术

3.1电动汽车

电动汽车线下安全检验技术主要研究新能源汽车整车及动力电池等安全隐患的辨识方法，研制新能源汽车电安全检验装备、安全隐患车载综合检验装备、动力电池与整车安全检验装备，形成在用新能源汽车整车级、系统级的运行安全性能检验方案，实现新能源汽车安全性能现场快速自动检验。

（1）电安全检验

新能源汽车电安全检验主要解决新能源汽车使用触电、充电触电等潜在用电威胁，通过研究新能源汽车高压、低压、电磁、通讯等不同类型电安全关键参数，以及不同状态下各关键参数的变化趋势，构建高压、低压、电磁、通讯安全的快速检验项目和检验方案，具体如图5所示。

（2）关键部件安全检验

新能源汽车关键部件安全检验是评估新能源汽车随着使用年限、使用环境的变化对电池、电机、电控系统使用性能的影响。研究新能源汽车三电系统的检验技术，研制检验工具，具体如图6所示。

（3）整车安全检验

新能源汽车整车安全检验主要评估新能源汽车整车级的安全技术状态，消除传动系统、行驶系统、制动系统、转向系统可能存在的安全隐患。新能源汽车整车安全检验技术通过设计检验工况。开展起步安全检验和制动安全检验实验研究，研制用于检测新能源汽车起步响应时间、起步加速度、制动减速度、制动协调时间、制动率、电制动比例、电液复合制动切换协调性等安全参数的短时快速检验工况和检验工具。

在新能源汽车整车安全检验技术领域中，涉及整车检验项目主要包含加速安全、制动安全、整车系统状态安全、电磁辐射安全等检验项目，具体如图7所示。

3.2燃料电池汽车

基于国内燃料电池汽车示范运行与整车、系统及车载氢系统技术发展情况，结合产品实测与极限摸底试验数据，对燃料电池汽车运行过程中的典型场景进行提取，分析包括道路行驶、氢气加注、停车等场景的运行安全问题，提出了燃料电池汽车运行安全检验技术体系，具体如表2所示。

4.检验结果评估与反馈技术

检验结果评估与反馈技术主要研究新能源汽车线上、线下检验结果的生成和表达方法，通过利用数字画像、特征表达等技术手段，客观地表达出被测新能源汽车的运行安全状况，形成运行安全性能检验技术报告；同时通过现有模型迭代反馈机制和流程，对检验模型、算法进行迭代升级，保证模型的准确性和可靠性。

（1）检验结果表达

检验结果表达技术是基于新能源汽车线上、线下检验结果，运用数据统计分析等方法对新能源汽车运行安全状态进行客观的表达，形成能够反映新能源汽车综合状况的分析报告，为新能源汽车年检、保养、维修、召回等环节提供支撑。

（2）参数阈值更新

参数阈值更新技术主要是考虑为适应新能源汽车技术迭代更新，建立的新能源汽车检验算法、模型可能存在对新产品、新技术不适用等问题，本项目建立起了一套完善的新能源汽车检验参数阈值、算法模型更新机制，以适应新能源汽车产业的发展，主要涉及线下检验结果反馈、维修结果反馈等。

5.通用基础技术

通用基础技术主要研究新能源汽车全量与增量数据的清洗、整合与重构方法，研究新能源汽车电安全参数辨识方法、单车高频数据采集融合方法以及电池热化学模型，为新能源汽车线上-线下检验提供技术支撑。

（1）检验参数及其阈值检验参数及其阈值是以新能源汽车国家监测平台数据、新能源汽车召回数据和事故调查数据为基础，筛选高发危险场景下的安全风险因子及参数变化特征，建立缓变、突变、极值等特征参数的新能源汽车运行安全参数库，为新能源汽车线上检验、线下检验提供评价理论支撑，具体如图8所示。

（2）电池等效模型构建从电池的电化学工作原理出发，建立电池电化学—热—老化等化学模型，对影响电池性能的至关重要的老化参数进行参数敏感性分析，得到电池电化学参数，结合实车采集到的电池数据，用于电池容量、健康状态（SOH）等计算。

（3）数据采集与处理新能源汽车日常运行环境复杂，数据在采集、传递、解码等步骤均有可能产生误差，合理地运用大数据预处理技术也可改善数据质量，有助于提升数据挖掘过程的准确率和效率，采集技术领域关键技术如图9所示。

三、总结

本文针对新能源汽车运行安全问题，从线上检验技术、线下检验技术、检验一体化平台、检验结果评估与反馈和通用基础技术五个技术领域提出新能源汽车运行安全性能检验技术体系构架，分析各领域关键技术和支撑关系，构建“线上主动预警、线下隐患消除”的新能源汽车运行安全性能检验模式，对指导新能源汽车的安全预警、技术检验、维修保养、事故分析鉴定，保障提升新能源汽车运行安全水平具有促进意义。

参考文献OUYANGM,LIUG,LUL,etal.Enhancingtheestimationaccuracyinlowstate-of-chargearea:Anovelonboardbatterymodelthroughsurfacestateofchargedetermination[J].JournalofPowerSources,2014,270:221-237.TRANMK,FOWLERM.AReviewoflithium-ionbatteryfaultdiagnosticalgorithms:currentprogressandfuturechallenges[J].Algorithms,2020,13(3):62.HUX,LIS,PENGH.AcomparativestudyofequivalentcircuitmodelsforLi-ionbatteries[J].JournalofPowerSources,2012,198(198):359-367.Volkswagennewsroom.Volkswagen’sdigitaltransformationgathersspeed[EB/OL].(2018-08-23)[2022-08-09].https://www.volkswagen-newsroom.com/en/press-releases/volkswagensdigital-transformation-gathers-speed-4115.