1引言

越野車具有機動性好、環境適應性強等特點，在民用和非民用領域應用廣泛。其中，在野外勘探、搶險救災、移動通信、林業生產運輸等民用領域，越野車備受青睞，這些領域對于車輛的性能有一些個性化需求^[1]。因新能源汽車能夠為用戶帶來更舒適和更豐富的駕乘體驗，越來越多的越野用戶選擇了新能源越野車型。目前，新能源越野車安全設計主要存在兩大挑戰：一是尚未對越野場景建立標準，車型難以根據使用場景的差異化劃分不同的越野等級；二是動力電池設計及驗證與客戶實際越野場景不完全匹配。襄陽達安汽車檢測中心有限公司（以下簡稱達安）基于軍民越野車的開發經驗，構建了相應的越野分級及電池測試方法。

2 越野分級方法

從客戶使用角度及越野車全使用場景分析，達安提出了一種越野汽車測評分級方法，包括兩個單元：越野能力和安心易控。

2.1越野能力

越野能力從整車基礎越野素質和不同地形下的通過性兩個維度進行評價。其中，基礎素質涵蓋整車設計的通過性參數、越野的脫困性能以及坡道安全性三個方面，并按照可測量、可對比的原則建立10項子項進行測試評價；越野地形的通過性則將客戶實際越野可能遇到的所有地形識別出來，包括垂直臺階、水平壕溝等15項，并確定了對各地形下越野難度的唯一對比參數，如使用最大可通過的高度來確定越野車通過垂直臺階的能力、使用最大可通過的寬度來確定越野車通過水平壕溝的能力。 

2.2 安心易控

安心易控主要包含三個維度：越野安心、越野操縱和越野輔助，如圖一。越野安心是從機械設計上考慮越野過程中因磕碰等濫用場景對車輛部件造成損害的評估，主要包括底盤系統、動力系統、熱管理系統等；越野操縱則從整車的動力性、制動性以及操作便利性等方面，對越野車的性能及人機便利性進行評價；越野輔助主要對越野車的輔助性智能化控制功能進行評價，主要考核常規配置的陡坡緩降、上坡輔助等創新功能。

2.3 評級方法

針對越野能力和安心易控兩大維度的各級指標，達安建立了完整的評價系統，包含數據測試模塊、數據處理模塊、綜合評估模塊三部分。

數據測試模塊：對越野能力和安心易控兩個單元的三級指標進行測試，測試結果根據相關功能按照相應的評價標準進行評分。

數據處理模塊：用于分析和處理數據測試模塊中各三級指標的數據，計算各項三級指標的得分。

綜合評估模塊：用于根據各項三級指標的得分和權重計算得到二級指標得分；再根據二級指標的得分和權重計算得到一級指標得分，最終根據一級指標的得分和權重計算得到越野能力和安心易控兩個單元的得分。

通過各指標計算得分，可以將車型對應劃分為由輕到重不同程度的越野類型。

3 電池測試方法

構建新能源汽車全生命周期電池安全，是推動行業進步和發展的關鍵技術要素。相較傳統燃油車，新能源越野車的電池安全則是實現安心越野的基礎性技術保障。

3.1 動力電池法規發展歷程

過去15年內，動力電池產業作為一種新質技術實現了從無到有再到快速發展的過程，對應的測試技術及法規也隨著產業發展實現了全體系建設。

產業萌芽階段，通過QC/T 743—2006《電動汽車用鋰離子蓄電池》，約束了電池單體和模塊在容量、性能、可靠性及安全測試等方面的底線要求，為行業持續發展提供了重要的技術參考。之后，隨著GB/T 31486—2015《電動汽車用動力蓄電池電性能要求及試驗方法》等包括性能、循環壽命及安全在內的標準體系的建立，動力電池測試方法也得以進一步完善。最近10年，針對新能源汽車在售后市場出現的自燃問題，國家強制性標準GB 38031—2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》替代了原來的GB/T 31485—2015《電動汽車用動力蓄電池全要求及試驗方法》和GB/T 31467.3—2015《電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統第3部分:安全性要求與測試方法》標準，并提出熱失控測試方法及要求，進一步完善了電池法規及測試體系，為后續新能源動力電池及汽車的安全穩定發展提供了重要保障。 

3.2 法規后續演變方向

圖二 2015—2025(1—7月)國產新能源汽車滲透率

2020—2025年，新能源汽車市場進入了高速增長期，動力電池標準法規也進入了發展期，如圖二。這一時期，標準法規在提升行業技術門檻、解決電動車市場痛點方面發揮了重要作用，如GB 38031—2025《電動汽車用動力蓄電池安全要求》（發下簡稱“GB 38031—2025”），在2020版的基礎上進一步完善和補充了電池包熱失控和振動、底部沖擊等試驗項目，不僅更加貼近車輛實際使用中的風險工況，也能夠更好地保證用戶安全。

除了安全之外，針對電池循環耐久壽命，GB/T《動力電池整車耐久性要求及試驗方法（征集意見階段）》要求整車在試驗道路或底盤測功機上運行，工況采用GB/T 18352.6—2016《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》定義的道路循環（SRC）。它由7個運行循環組成，每個循環的行駛里程為6公里，試驗溫度包括高溫、低溫和常規溫度，以最大程度地還原客戶真實使用場景下實車電池包的循環耐久。

3.3 越野車電池測試思考

法規測試是動力電池系統進入市場的最后一道防線，在新能源汽車產業高質量發展中發揮著至關重要的作用^[2]。根據不同分級的越野車實際使用工況，為保證車輛全生命周期內安心越野，基于國家標準，達安形成了一套綜合性更強、更貼實際使用工況的電池測試方法，其中，機械振動和老化熱失控測試最為典型。 

3.3.1 機械振動

GB 38031—2025標準對電池包的測試主要分為兩種：一是針對M1類(包括駕駛員座位在內，座位數不超過9座，專門用于載客的機動車輛)和N1類(最大設計總質量不超過3500千克的載貨汽車，主要用于貨物運輸，如輕型卡車、小型貨車等)車型；二是除第一類外的所有車型。每種測試方法采用同一隨機振動曲線，對安裝在振動臺上的電池包每個方向分別施加隨機和定頻振動載荷,按照一定的順序完成z 軸隨機、z 軸定頻、y 軸隨機、y 軸定頻、x軸隨機、x 軸定頻(汽車行駛方向為x 軸方向,另一垂直于行駛方向的水平方向為y軸方向)測試。因是法規，從可實施性上無法根據車型的技術特性進行量身定制的測試。

基于此，達安構建了多軸振動測試方案：一是對被測車輛按照越野分級識別其典型工況；二是根據電池包掛點的設計方案在實際道路上完成對實車典型工況的載荷數據采集，通過載荷數據分析構建多軸臺架上的測試方案，主要包括隨機振動時長、頻率以及功率譜密度等關鍵技術參數。同時，參照國家標標準完成振動和浸水試驗，以及是否起火、爆炸、絕緣故障、泄露等檢核項目。

 3.3.2 老化熱失控測試

為探究循環老化對電池熱安全特性的影響，目前，相關學者針對不同類型的鋰離子電池已經開展了大量研究。Zhang等^[3]研究了電池在深度老化后的安全性變化，結果表明，老化電池內部的固體電解質界面（SEI）膜增厚和析鋰是電池熱穩定性降低的主要原因。與新電池相比，老化電池的自產熱溫度更低，產熱速率更快。GB 38031—2025要求電芯快充循環后的安全測試，能夠對電芯層級的老化熱失控進行檢核，電池包層級并沒有類似老化熱失控測試。為保證安心越野，對于極限越野級別車型，達安參考電芯老化測試方法構建了電池包級別測試，并參照GB 38031—2025評價試驗結果。

4 結論

本文針對客戶越野場景提出了一種越野汽車分級方法，并參考GB 38031－2025標準，針對越野車型實際使用場景和工況，構建了電池系統機械振動及老化熱擴散等測試方法，以核查不同越野分級車型對應的機械組織和電池安全，最大程度為用戶安心越野提供技術保證。文中的電池包測試以方法論為主，達安將基于此方法論適配越野車使用場景，構建完善測試體系，以確保越野汽車電池安全。

引言

近年來，新能源汽車產業在全球范圍內實現了快速增長，市場滲透率持續提升。在這一背景下，鋰離子動力電池憑借高能量密度、較長循環壽命及較高能量效率，成為新能源汽車核心動力源。然而，其安全性問題也成為制約產業進一步發展的關鍵。鋰離子電池在制造環節中可能存在不可避免的工藝缺陷，同時在過充、過放、機械沖擊及高溫等極端運行條件下極易發生熱失控，進而誘發熱量和氣體的快速釋放，在嚴重情況下會導致燃燒甚至爆炸等嚴重安全事故^[1]。

通過對420余起典型電動汽車火災案例的系統性分析發現，里程與熱管理方式對事故風險的影響日益凸顯。進一步分析還發現，約48%的事故與電池本體失效直接相關；起火前荷電狀態（SOC）越高，失效概率亦顯著增加，其中44%的事故發生在SOC超過90%的條件下^[2]。此外，熱管理方式對風險水平具有決定性影響：約60%的事故車輛采用自然冷卻，而采用液冷、風冷或直冷等強化散熱措施的車輛，其事故發生率明顯降低。

動力電池安全問題不僅是新能源汽車技術發展的核心瓶頸之一，也直接關系到用戶信任度與產業可持續發展。由此產生三個亟待回答的問題，即：動力電池熱失控的內在物理化學機理是什么？哪些故障模式是導致熱失控的主要觸發因素？當前的預警與防護體系是否足以應對復雜應用環境中的潛在風險？

1 電池系統里有哪些“會出事”的點

動力電池系統由電芯、管理系統（BMS）、傳感器和連接部件等構成，其運行安全性取決于上述子系統的協同作用。任何一個環節出現異常，均可能引發失效鏈條，最終演變為熱失控或火災等嚴重事故。現有研究普遍將風險因素劃分為系統級故障和電池本體故障兩類。

1.1 動力電池系統級故障

系統級故障主要來源于監測、控制與連接環節的異常。BMS作為動力電池的“中樞”，負責采集電壓、電流和溫度信號并據此執行均衡、充放電管理與熱調節，一旦其硬件或算法失效，將直接削弱系統的保護邊界。與此同時，連接件在服役過程中易受振動和老化影響而出現松動或接觸不良，其后果是等效內阻升高和動態電壓差擴大，進一步導致局部發熱積累。這類故障往往以間接形式作用，通過削弱監控與防護體系使電池更容易暴露于不利工況之下。

1.2 動力電池本體故障

電池本體故障直接源于電芯內部材料與結構的失效，是熱失控最主要觸發源。制造過程中形成的隔膜針孔、極片毛刺或涂布不均等缺陷，在循環中可能演化為內短路；在使用階段，過充、過放、機械沖擊或高溫暴露也可能引起隔膜收縮甚至熔化，導致電極直接接觸并觸發劇烈副反應。此外，老化過程中的活性物質損耗、固體電解質界面（SEI）膜增厚與鋰枝晶沉積，不僅會造成容量衰減，還會削弱體系的熱穩定性。尤其在高荷電狀態下，這些隱患更易轉化為不可控的熱事件，從而在極短時間內推動電池進入熱失控階段。

系統級故障與本體故障具有不同的作用機理：前者使監測、保護能力降低導致風險暴露概率增加，后者則是直接導致事故發生的根本原因。因此，動力電池安全研究需要在兩個層面同時發力，既要提升監控與防護環節的魯棒性，也要深入理解電芯內部的失效機理，從而實現多層次安全保障。

2 熱失控到底是什么

動力電池熱失控的本質，是電芯內部產熱與散熱之間的失衡^[3]。一旦放熱反應的速率超過了系統的散熱能力，熱量便會在電池內部不斷積累，最終突破熱穩定邊界，引發自燃甚至爆炸。如Semenov模型所示，其提供了一個直觀的解釋框架：在該模型中，曲線代表電池放熱速率，直線則表示不同條件下的散熱能力。當產熱曲線與散熱直線存在交點時，系統可能處于平衡態。若交點對應的是“穩定平衡點”，小幅溫度波動會被系統自動修復；而當電池運行在“非穩定平衡點”附近時，輕微升溫即可導致產熱速率大于散熱速率，從而進入正反饋，最終滑向熱失控。

鋰離子電池熱失控Semenov原理圖

進一步來看，Semenov圖中的臨界環境溫度（TNR）是決定電池能否保持穩定的關鍵。當散熱條件不足時，曲線與直線無交點，電池不再具備任何平衡狀態，必然發生熱量積聚和自燃現象。因此，提升散熱能力對于電池安全具有重要意義。

除了熱力學平衡的視角，電池熱失控還可以用“三步反應時序”來刻畫其演變路徑。首先，SEI膜在約69℃時開始分解，釋放初始熱量；其次，負極活性材料與電解液接觸，進一步放熱；第三，當溫度升至約120℃時，隔膜收縮甚至熔化，導致正負極直接接觸，觸發劇烈反應。此后，正極材料與電解液發生強烈分解反應，熱量呈指數級釋放，溫度急劇飆升，系統迅速坍塌至熱失控狀態。

Semenov模型和反應時序共同揭示了動力電池熱失控的物理本質：這是一個由電化學反應驅動、由熱力學條件決定的臨界過程。理解其機理不僅有助于解釋事故發生的根源，更為電池結構設計和熱管理策略的優化提供了理論依據。

3 “漸變”還是“猝死”：

電池內短路的兩種安全風險

在電池熱失控誘因中，內短路（ISC）是最典型且最具破壞性的故障模式^[4]。根據接觸對的差異及其等效阻值水平，內短路可表現為“漸變型”和“猝死型”兩種。

3.1 “漸變型”熱失控

“漸變型”熱失控多由正極—負極活性材料或正極—銅集流體之間的接觸引發。這類短路的等效阻值處于百歐姆或十歐姆量級，導致電壓緩慢下降，表面溫度幾乎無明顯升高，表現為一種“隱匿性”的退化過程。盡管外部觀測難以及時察覺，但長期能量不平衡的積累會顯著增加電池的潛在風險。

3.2  “猝死型”熱失控

“猝死型”熱失控則表現出極強的突發性。在滿電狀態下，若發生鋁銅—集流體接觸，內短路阻值僅約0.1Ω（歐姆），數十秒內電壓便驟降至0V（伏特），電池最高溫度可達100℃，并伴隨鼓脹與冒煙現象；若為鋁—負極接觸，則阻值約1Ω，但反應劇烈程度更高，可直接觸發氣體噴射和明火燃燒，溫度飆升至300℃以上，事故烈度遠超漸變型。這類事故往往在觸發前毫無明顯征兆，行業普遍采用“事故前5分鐘未觸發報警閾值”作為“猝死型”熱失控的判別標準。

內短路既可能源于制造與材料缺陷等“先天”問題，也可能由過充、機械沖擊或高溫濫用等“后天”因素觸發。在實際場景中，機械、電氣與熱三類濫用條件往往交織作用，使電芯更容易跨越安全邊界。

4 預警怎么做？五條技術路線各有長處

熱失控一旦發生，往往在數秒到數分鐘內迅速惡化，給車輛和乘員帶來不可逆的嚴重后果。因此，如何在事故發生前捕捉到早期征兆、建立可靠的預警體系，成為動力電池安全研究的核心課題。與單純的被動防護相比，主動預警不僅能夠為用戶爭取寶貴的處置時間，也能為電池管理系統提供反饋，從而觸發降載、斷電或緊急冷卻等措施^[5]。

4.1  基于知識的方法

基于知識的電池預警方法主要依賴專家經驗與邏輯推理，其典型代表是車載診斷系統（OBD）。它通過實時監測電壓、電流、溫度和SOC等參數，并結合專家系統設定的閾值，實現運行狀態快速判別與風險抑制^[6]。此外，模糊邏輯方法可引入內阻與增量容量等特征量，對過充、過放及低溫工況進行模糊推理^[7]，較傳統閾值法具有更高的靈活性。但這類方法主要依賴專家知識庫，難以覆蓋復雜隨機的故障模式。

4.2  基于統計的方法

統計學方法以閾值判定和殘差分析為核心，廣泛應用于工程實踐。通過設定電壓、電流、溫度等多維參數的閾值，或計算觀測量與模型預測值的殘差，可實現實時預警^[8]。其優勢在于易于實現和工程可行性強，但問題在于閾值無法隨電池老化過程動態適配，導致難以及時捕獲早期隱性故障。

4.3  基于先進傳感器的方法

先進傳感器方法在電池內引入光學、電學、熱學、聲學和電化學等智能嵌入式傳感器，全面監測電池使用過程中的參數變化和副反應機理，為熱失控預警提供了新的有效手段。相關研究表明，基于空芯反諧振光纖的拉曼氣體傳感裝置，能夠在60秒內檢測到CH₂（甲烷）、C₂H₂（乙烯）、CO₂（二氧化碳）、H₂（氫氣）等多種產氣信號，檢測精度可低至5ppm（百萬分之五），實現對熱失控的敏感捕捉^[9]。同時，光纖傳感器本身具備體積小、重量輕、耐腐蝕和抗電磁干擾等優勢，可在電池內部原位監測溫度、壓力和氣體組分等多維參數，對副反應機理的解析尤為有價值。但受限于車載空間、成本以及可能引入的二次失效風險，該方法目前更多用于實驗室研究和高端應用場景。

4.4  基于物理模型的方法

物理建模方法通過建立等效電路、熱模型或電化學—熱耦合模型，結合狀態估計與殘差分析實現預警。無跡卡爾曼濾波（UKF）和遞推最小二乘法可對SOC、內阻與核心溫度進行實時估算^[10]，在實驗中已經能夠在熱濫用觸發18分鐘內識別出異常征兆。該類方法具有較強的機理可解釋性，但建模與參數標定要求高，限制了其大規模應用。

4.5  基于數據驅動的方法

隨著大數據與人工智能的發展，數據驅動方法正快速興起。研究表明，通過對電壓、電流等運行數據進行深度學習建模，可以有效識別早期異常。其中，動態編碼器模型^[11]對來自347輛電動汽車、約69萬段充電數據的訓練與驗證中，故障檢測精度達88.6%，顯示出強大的特征提取與異常識別能力。BERTtery（面向電池系統的雙向Transformer架構）模型^[12]通過引入位置嵌入和工況嵌入，并利用時序編碼器與通道編碼器兩條分支進行表征學習，實現了多場景、多級別的故障等級預測。這類方法尤其適合車云一體化架構，能夠借助云端算力和大規模樣本實現跨車型、跨工況的預警。但其效果高度依賴于數據質量與規模，同時在算力開銷、數據安全與隱私保護方面仍面臨挑戰。

目前，動力電池熱失控預警方法呈現出多元化發展趨勢，且各有利蔽。基于此，多路線融合應用是未來趨勢：在車端部署統計與模型方法進行快速響應，在云端引入數據驅動與知識方法實現長期預測與多車協同，進而構建覆蓋實驗室、車端與云端的全鏈路預警體系，為動力電池安全提供更系統和持久的保障。

5 工程防護與系統設計：把運行點“拉回安全區”

在預警手段提供“提前發現”的同時，工程防護則是最后的物理屏障。只有二者結合，才能真正降低熱失控演化為事故的概率。從工程角度來看，電池系統能否在失效初期避免進入熱失控，關鍵在于其熱管理與結構設計。

統計數據顯示，約60%的起火車輛采用自然冷卻方式，而配備液冷、直冷、風冷或車載空調輔助冷卻的電池系統則顯著降低了事故概率。以液冷系統為例，在多個實驗與實車對比中，其溫度控制能力優于自然冷卻系統，在極端充放電和環境高溫工況下可將最高細胞溫度降低約10?20℃，并顯著延緩熱失控起始時間^[13]，這表明散熱能力的提升是防護設計的核心。在結構優化方面，以刀片電池為代表的新一代構型，通過顯著增加電芯表面積、減小單體厚度，從而提高與環境的換熱效率。與此同時，電池包內部的微流道布置使冷卻介質能夠均勻流經關鍵部位，避免局部過熱。這些手段的共同目標在于提高散熱能力、拉開與臨界溫度的距離，使運行點始終處于熱平衡的穩定區。

同時，隨著動力電池單體容量加大，系統面臨熱擴散與短路電流增大的挑戰。高能量密度單體在失效時釋放的熱量更大，若結構設計未設立熱擴散阻斷邊界或者包殼、模塊間隔設計不合理，則單點失效易導致連鎖反應／級聯失火。

熱管理與系統設計構成了工程防護的雙重支撐，其核心目標是在物理層面延緩或阻斷熱失控的觸發條件，進而為監測與干預爭取關鍵響應時間窗口。唯有與預警機制形成“前端識別+后端約束”的協同閉環，才能真正構建起從單體電芯到系統級的多層次安全防線，為新能源汽車大規模應用提供堅實的技術保障。

6 結論與展望

通過上述梳理可以看出：動力電池安全從來不是某一個單一技術的獨角戲，而是監測機制、結構設計、材料優化與系統工程的融合。當預警能夠在早期發現隱患，同時工程設計切實提升熱管理與結構防護，將電池運行點穩定在安全區間內，那么，發生熱失控事故的可能性會顯著降低。隨著實驗室技術與道路應用不斷對接，有理由期待，未來的新能源汽車將以續航與性能為基礎，更以安全與可靠贏得廣泛信任。

來源：《消費指南》2025.10 總第303期、中國消費品質量安全，基于分享的目的轉載，轉載文章的版權歸原作者或原公眾號所有，如有涉及侵權請及時告知，我們將予以核實并刪除。