1引言

越野车具有机动性好、环境适应性强等特点，在民用和非民用领域应用广泛。其中，在野外勘探、抢险救灾、移动通信、林业生产运输等民用领域，越野车备受青睐，这些领域对于车辆的性能有一些个性化需求^[1]。因新能源汽车能够为用户带来更舒适和更丰富的驾乘体验，越来越多的越野用户选择了新能源越野车型。目前，新能源越野车安全设计主要存在两大挑战：一是尚未对越野场景建立标准，车型难以根据使用场景的差异化划分不同的越野等级；二是动力电池设计及验证与客户实际越野场景不完全匹配。襄阳达安汽车检测中心有限公司（以下简称达安）基于军民越野车的开发经验，构建了相应的越野分级及电池测试方法。

2 越野分级方法

从客户使用角度及越野车全使用场景分析，达安提出了一种越野汽车测评分级方法，包括两个单元：越野能力和安心易控。

2.1越野能力

越野能力从整车基础越野素质和不同地形下的通过性两个维度进行评价。其中，基础素质涵盖整车设计的通过性参数、越野的脱困性能以及坡道安全性三个方面，并按照可测量、可对比的原则建立10项子项进行测试评价；越野地形的通过性则将客户实际越野可能遇到的所有地形识别出来，包括垂直台阶、水平壕沟等15项，并确定了对各地形下越野难度的唯一对比参数，如使用最大可通过的高度来确定越野车通过垂直台阶的能力、使用最大可通过的宽度来确定越野车通过水平壕沟的能力。 

2.2 安心易控

安心易控主要包含三个维度：越野安心、越野操纵和越野辅助，如图一。越野安心是从机械设计上考虑越野过程中因磕碰等滥用场景对车辆部件造成损害的评估，主要包括底盘系统、动力系统、热管理系统等；越野操纵则从整车的动力性、制动性以及操作便利性等方面，对越野车的性能及人机便利性进行评价；越野辅助主要对越野车的辅助性智能化控制功能进行评价，主要考核常规配置的陡坡缓降、上坡辅助等创新功能。

2.3 评级方法

针对越野能力和安心易控两大维度的各级指标，达安建立了完整的评价系统，包含数据测试模块、数据处理模块、综合评估模块三部分。

数据测试模块：对越野能力和安心易控两个单元的三级指标进行测试，测试结果根据相关功能按照相应的评价标准进行评分。

数据处理模块：用于分析和处理数据测试模块中各三级指标的数据，计算各项三级指标的得分。

综合评估模块：用于根据各项三级指标的得分和权重计算得到二级指标得分；再根据二级指标的得分和权重计算得到一级指标得分，最终根据一级指标的得分和权重计算得到越野能力和安心易控两个单元的得分。

通过各指标计算得分，可以将车型对应划分为由轻到重不同程度的越野类型。

3 电池测试方法

构建新能源汽车全生命周期电池安全，是推动行业进步和发展的关键技术要素。相较传统燃油车，新能源越野车的电池安全则是实现安心越野的基础性技术保障。

3.1 动力电池法规发展历程

过去15年内，动力电池产业作为一种新质技术实现了从无到有再到快速发展的过程，对应的测试技术及法规也随着产业发展实现了全体系建设。

产业萌芽阶段，通过QC/T 743—2006《电动汽车用锂离子蓄电池》，约束了电池单体和模块在容量、性能、可靠性及安全测试等方面的底线要求，为行业持续发展提供了重要的技术参考。之后，随着GB/T 31486—2015《电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法》等包括性能、循环寿命及安全在内的标准体系的建立，动力电池测试方法也得以进一步完善。最近10年，针对新能源汽车在售后市场出现的自燃问题，国家强制性标准GB 38031—2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》替代了原来的GB/T 31485—2015《电动汽车用动力蓄电池全要求及试验方法》和GB/T 31467.3—2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第3部分:安全性要求与测试方法》标准，并提出热失控测试方法及要求，进一步完善了电池法规及测试体系，为后续新能源动力电池及汽车的安全稳定发展提供了重要保障。 

3.2 法规后续演变方向

图二 2015—2025(1—7月)国产新能源汽车渗透率

2020—2025年，新能源汽车市场进入了高速增长期，动力电池标准法规也进入了发展期，如图二。这一时期，标准法规在提升行业技术门槛、解决电动车市场痛点方面发挥了重要作用，如GB 38031—2025《电动汽车用动力蓄电池安全要求》（发下简称“GB 38031—2025”），在2020版的基础上进一步完善和补充了电池包热失控和振动、底部冲击等试验项目，不仅更加贴近车辆实际使用中的风险工况，也能够更好地保证用户安全。

除了安全之外，针对电池循环耐久寿命，GB/T《动力电池整车耐久性要求及试验方法（征集意见阶段）》要求整车在试验道路或底盘测功机上运行，工况采用GB/T 18352.6—2016《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》定义的道路循环（SRC）。它由7个运行循环组成，每个循环的行驶里程为6公里，试验温度包括高温、低温和常规温度，以最大程度地还原客户真实使用场景下实车电池包的循环耐久。

3.3 越野车电池测试思考

法规测试是动力电池系统进入市场的最后一道防线，在新能源汽车产业高质量发展中发挥着至关重要的作用^[2]。根据不同分级的越野车实际使用工况，为保证车辆全生命周期内安心越野，基于国家标准，达安形成了一套综合性更强、更贴实际使用工况的电池测试方法，其中，机械振动和老化热失控测试最为典型。 

3.3.1 机械振动

GB 38031—2025标准对电池包的测试主要分为两种：一是针对M1类(包括驾驶员座位在内，座位数不超过9座，专门用于载客的机动车辆)和N1类(最大设计总质量不超过3500千克的载货汽车，主要用于货物运输，如轻型卡车、小型货车等)车型；二是除第一类外的所有车型。每种测试方法采用同一随机振动曲线，对安装在振动台上的电池包每个方向分别施加随机和定频振动载荷,按照一定的顺序完成z 轴随机、z 轴定频、y 轴随机、y 轴定频、x轴随机、x 轴定频(汽车行驶方向为x 轴方向,另一垂直于行驶方向的水平方向为y轴方向)测试。因是法规，从可实施性上无法根据车型的技术特性进行量身定制的测试。

基于此，达安构建了多轴振动测试方案：一是对被测车辆按照越野分级识别其典型工况；二是根据电池包挂点的设计方案在实际道路上完成对实车典型工况的载荷数据采集，通过载荷数据分析构建多轴台架上的测试方案，主要包括随机振动时长、频率以及功率谱密度等关键技术参数。同时，参照国家标标准完成振动和浸水试验，以及是否起火、爆炸、绝缘故障、泄露等检核项目。

 3.3.2 老化热失控测试

为探究循环老化对电池热安全特性的影响，目前，相关学者针对不同类型的锂离子电池已经开展了大量研究。Zhang等^[3]研究了电池在深度老化后的安全性变化，结果表明，老化电池内部的固体电解质界面（SEI）膜增厚和析锂是电池热稳定性降低的主要原因。与新电池相比，老化电池的自产热温度更低，产热速率更快。GB 38031—2025要求电芯快充循环后的安全测试，能够对电芯层级的老化热失控进行检核，电池包层级并没有类似老化热失控测试。为保证安心越野，对于极限越野级别车型，达安参考电芯老化测试方法构建了电池包级别测试，并参照GB 38031—2025评价试验结果。

4 结论

本文针对客户越野场景提出了一种越野汽车分级方法，并参考GB 38031－2025标准，针对越野车型实际使用场景和工况，构建了电池系统机械振动及老化热扩散等测试方法，以核查不同越野分级车型对应的机械组织和电池安全，最大程度为用户安心越野提供技术保证。文中的电池包测试以方法论为主，达安将基于此方法论适配越野车使用场景，构建完善测试体系，以确保越野汽车电池安全。

引言

近年来，新能源汽车产业在全球范围内实现了快速增长，市场渗透率持续提升。在这一背景下，锂离子动力电池凭借高能量密度、较长循环寿命及较高能量效率，成为新能源汽车核心动力源。然而，其安全性问题也成为制约产业进一步发展的关键。锂离子电池在制造环节中可能存在不可避免的工艺缺陷，同时在过充、过放、机械冲击及高温等极端运行条件下极易发生热失控，进而诱发热量和气体的快速释放，在严重情况下会导致燃烧甚至爆炸等严重安全事故^[1]。

通过对420余起典型电动汽车火灾案例的系统性分析发现，里程与热管理方式对事故风险的影响日益凸显。进一步分析还发现，约48%的事故与电池本体失效直接相关；起火前荷电状态（SOC）越高，失效概率亦显著增加，其中44%的事故发生在SOC超过90%的条件下^[2]。此外，热管理方式对风险水平具有决定性影响：约60%的事故车辆采用自然冷却，而采用液冷、风冷或直冷等强化散热措施的车辆，其事故发生率明显降低。

动力电池安全问题不仅是新能源汽车技术发展的核心瓶颈之一，也直接关系到用户信任度与产业可持续发展。由此产生三个亟待回答的问题，即：动力电池热失控的内在物理化学机理是什么？哪些故障模式是导致热失控的主要触发因素？当前的预警与防护体系是否足以应对复杂应用环境中的潜在风险？

1 电池系统里有哪些“会出事”的点

动力电池系统由电芯、管理系统（BMS）、传感器和连接部件等构成，其运行安全性取决于上述子系统的协同作用。任何一个环节出现异常，均可能引发失效链条，最终演变为热失控或火灾等严重事故。现有研究普遍将风险因素划分为系统级故障和电池本体故障两类。

1.1 动力电池系统级故障

系统级故障主要来源于监测、控制与连接环节的异常。BMS作为动力电池的“中枢”，负责采集电压、电流和温度信号并据此执行均衡、充放电管理与热调节，一旦其硬件或算法失效，将直接削弱系统的保护边界。与此同时，连接件在服役过程中易受振动和老化影响而出现松动或接触不良，其后果是等效内阻升高和动态电压差扩大，进一步导致局部发热积累。这类故障往往以间接形式作用，通过削弱监控与防护体系使电池更容易暴露于不利工况之下。

1.2 动力电池本体故障

电池本体故障直接源于电芯内部材料与结构的失效，是热失控最主要触发源。制造过程中形成的隔膜针孔、极片毛刺或涂布不均等缺陷，在循环中可能演化为内短路；在使用阶段，过充、过放、机械冲击或高温暴露也可能引起隔膜收缩甚至熔化，导致电极直接接触并触发剧烈副反应。此外，老化过程中的活性物质损耗、固体电解质界面（SEI）膜增厚与锂枝晶沉积，不仅会造成容量衰减，还会削弱体系的热稳定性。尤其在高荷电状态下，这些隐患更易转化为不可控的热事件，从而在极短时间内推动电池进入热失控阶段。

系统级故障与本体故障具有不同的作用机理：前者使监测、保护能力降低导致风险暴露概率增加，后者则是直接导致事故发生的根本原因。因此，动力电池安全研究需要在两个层面同时发力，既要提升监控与防护环节的鲁棒性，也要深入理解电芯内部的失效机理，从而实现多层次安全保障。

2 热失控到底是什么

动力电池热失控的本质，是电芯内部产热与散热之间的失衡^[3]。一旦放热反应的速率超过了系统的散热能力，热量便会在电池内部不断积累，最终突破热稳定边界，引发自燃甚至爆炸。如Semenov模型所示，其提供了一个直观的解释框架：在该模型中，曲线代表电池放热速率，直线则表示不同条件下的散热能力。当产热曲线与散热直线存在交点时，系统可能处于平衡态。若交点对应的是“稳定平衡点”，小幅温度波动会被系统自动修复；而当电池运行在“非稳定平衡点”附近时，轻微升温即可导致产热速率大于散热速率，从而进入正反馈，最终滑向热失控。

锂离子电池热失控Semenov原理图

进一步来看，Semenov图中的临界环境温度（TNR）是决定电池能否保持稳定的关键。当散热条件不足时，曲线与直线无交点，电池不再具备任何平衡状态，必然发生热量积聚和自燃现象。因此，提升散热能力对于电池安全具有重要意义。

除了热力学平衡的视角，电池热失控还可以用“三步反应时序”来刻画其演变路径。首先，SEI膜在约69℃时开始分解，释放初始热量；其次，负极活性材料与电解液接触，进一步放热；第三，当温度升至约120℃时，隔膜收缩甚至熔化，导致正负极直接接触，触发剧烈反应。此后，正极材料与电解液发生强烈分解反应，热量呈指数级释放，温度急剧飙升，系统迅速坍塌至热失控状态。

Semenov模型和反应时序共同揭示了动力电池热失控的物理本质：这是一个由电化学反应驱动、由热力学条件决定的临界过程。理解其机理不仅有助于解释事故发生的根源，更为电池结构设计和热管理策略的优化提供了理论依据。

3 “渐变”还是“猝死”：

电池内短路的两种安全风险

在电池热失控诱因中，内短路（ISC）是最典型且最具破坏性的故障模式^[4]。根据接触对的差异及其等效阻值水平，内短路可表现为“渐变型”和“猝死型”两种。

3.1 “渐变型”热失控

“渐变型”热失控多由正极—负极活性材料或正极—铜集流体之间的接触引发。这类短路的等效阻值处于百欧姆或十欧姆量级，导致电压缓慢下降，表面温度几乎无明显升高，表现为一种“隐匿性”的退化过程。尽管外部观测难以及时察觉，但长期能量不平衡的积累会显著增加电池的潜在风险。

3.2  “猝死型”热失控

“猝死型”热失控则表现出极强的突发性。在满电状态下，若发生铝铜—集流体接触，内短路阻值仅约0.1Ω（欧姆），数十秒内电压便骤降至0V（伏特），电池最高温度可达100℃，并伴随鼓胀与冒烟现象；若为铝—负极接触，则阻值约1Ω，但反应剧烈程度更高，可直接触发气体喷射和明火燃烧，温度飙升至300℃以上，事故烈度远超渐变型。这类事故往往在触发前毫无明显征兆，行业普遍采用“事故前5分钟未触发报警阈值”作为“猝死型”热失控的判别标准。

内短路既可能源于制造与材料缺陷等“先天”问题，也可能由过充、机械冲击或高温滥用等“后天”因素触发。在实际场景中，机械、电气与热三类滥用条件往往交织作用，使电芯更容易跨越安全边界。

4 预警怎么做？五条技术路线各有长处

热失控一旦发生，往往在数秒到数分钟内迅速恶化，给车辆和乘员带来不可逆的严重后果。因此，如何在事故发生前捕捉到早期征兆、建立可靠的预警体系，成为动力电池安全研究的核心课题。与单纯的被动防护相比，主动预警不仅能够为用户争取宝贵的处置时间，也能为电池管理系统提供反馈，从而触发降载、断电或紧急冷却等措施^[5]。

4.1  基于知识的方法

基于知识的电池预警方法主要依赖专家经验与逻辑推理，其典型代表是车载诊断系统（OBD）。它通过实时监测电压、电流、温度和SOC等参数，并结合专家系统设定的阈值，实现运行状态快速判别与风险抑制^[6]。此外，模糊逻辑方法可引入内阻与增量容量等特征量，对过充、过放及低温工况进行模糊推理^[7]，较传统阈值法具有更高的灵活性。但这类方法主要依赖专家知识库，难以覆盖复杂随机的故障模式。

4.2  基于统计的方法

统计学方法以阈值判定和残差分析为核心，广泛应用于工程实践。通过设定电压、电流、温度等多维参数的阈值，或计算观测量与模型预测值的残差，可实现实时预警^[8]。其优势在于易于实现和工程可行性强，但问题在于阈值无法随电池老化过程动态适配，导致难以及时捕获早期隐性故障。

4.3  基于先进传感器的方法

先进传感器方法在电池内引入光学、电学、热学、声学和电化学等智能嵌入式传感器，全面监测电池使用过程中的参数变化和副反应机理，为热失控预警提供了新的有效手段。相关研究表明，基于空芯反谐振光纤的拉曼气体传感装置，能够在60秒内检测到CH₂（甲烷）、C₂H₂（乙烯）、CO₂（二氧化碳）、H₂（氢气）等多种产气信号，检测精度可低至5ppm（百万分之五），实现对热失控的敏感捕捉^[9]。同时，光纤传感器本身具备体积小、重量轻、耐腐蚀和抗电磁干扰等优势，可在电池内部原位监测温度、压力和气体组分等多维参数，对副反应机理的解析尤为有价值。但受限于车载空间、成本以及可能引入的二次失效风险，该方法目前更多用于实验室研究和高端应用场景。

4.4  基于物理模型的方法

物理建模方法通过建立等效电路、热模型或电化学—热耦合模型，结合状态估计与残差分析实现预警。无迹卡尔曼滤波（UKF）和递推最小二乘法可对SOC、内阻与核心温度进行实时估算^[10]，在实验中已经能够在热滥用触发18分钟内识别出异常征兆。该类方法具有较强的机理可解释性，但建模与参数标定要求高，限制了其大规模应用。

4.5  基于数据驱动的方法

随着大数据与人工智能的发展，数据驱动方法正快速兴起。研究表明，通过对电压、电流等运行数据进行深度学习建模，可以有效识别早期异常。其中，动态编码器模型^[11]对来自347辆电动汽车、约69万段充电数据的训练与验证中，故障检测精度达88.6%，显示出强大的特征提取与异常识别能力。BERTtery（面向电池系统的双向Transformer架构）模型^[12]通过引入位置嵌入和工况嵌入，并利用时序编码器与通道编码器两条分支进行表征学习，实现了多场景、多级别的故障等级预测。这类方法尤其适合车云一体化架构，能够借助云端算力和大规模样本实现跨车型、跨工况的预警。但其效果高度依赖于数据质量与规模，同时在算力开销、数据安全与隐私保护方面仍面临挑战。

目前，动力电池热失控预警方法呈现出多元化发展趋势，且各有利蔽。基于此，多路线融合应用是未来趋势：在车端部署统计与模型方法进行快速响应，在云端引入数据驱动与知识方法实现长期预测与多车协同，进而构建覆盖实验室、车端与云端的全链路预警体系，为动力电池安全提供更系统和持久的保障。

5 工程防护与系统设计：把运行点“拉回安全区”

在预警手段提供“提前发现”的同时，工程防护则是最后的物理屏障。只有二者结合，才能真正降低热失控演化为事故的概率。从工程角度来看，电池系统能否在失效初期避免进入热失控，关键在于其热管理与结构设计。

统计数据显示，约60%的起火车辆采用自然冷却方式，而配备液冷、直冷、风冷或车载空调辅助冷却的电池系统则显著降低了事故概率。以液冷系统为例，在多个实验与实车对比中，其温度控制能力优于自然冷却系统，在极端充放电和环境高温工况下可将最高细胞温度降低约10〜20℃，并显著延缓热失控起始时间^[13]，这表明散热能力的提升是防护设计的核心。在结构优化方面，以刀片电池为代表的新一代构型，通过显著增加电芯表面积、减小单体厚度，从而提高与环境的换热效率。与此同时，电池包内部的微流道布置使冷却介质能够均匀流经关键部位，避免局部过热。这些手段的共同目标在于提高散热能力、拉开与临界温度的距离，使运行点始终处于热平衡的稳定区。

同时，随着动力电池单体容量加大，系统面临热扩散与短路电流增大的挑战。高能量密度单体在失效时释放的热量更大，若结构设计未设立热扩散阻断边界或者包壳、模块间隔设计不合理，则单点失效易导致连锁反应／级联失火。

热管理与系统设计构成了工程防护的双重支撑，其核心目标是在物理层面延缓或阻断热失控的触发条件，进而为监测与干预争取关键响应时间窗口。唯有与预警机制形成“前端识别+后端约束”的协同闭环，才能真正构建起从单体电芯到系统级的多层次安全防线，为新能源汽车大规模应用提供坚实的技术保障。

6 结论与展望

通过上述梳理可以看出：动力电池安全从来不是某一个单一技术的独角戏，而是监测机制、结构设计、材料优化与系统工程的融合。当预警能够在早期发现隐患，同时工程设计切实提升热管理与结构防护，将电池运行点稳定在安全区间内，那么，发生热失控事故的可能性会显著降低。随着实验室技术与道路应用不断对接，有理由期待，未来的新能源汽车将以续航与性能为基础，更以安全与可靠赢得广泛信任。

来源：《消费指南》2025.10 总第303期、中国消费品质量安全，基于分享的目的转载，转载文章的版权归原作者或原公众号所有，如有涉及侵权请及时告知，我们将予以核实并删除。