电动汽车和传统汽车在安全方面的共性和不同，可以从电动汽车和传统汽车在结构上的异同归纳得出。

电动汽车相比传统汽车，在结构上最大的区别就是整个动力总成和传动系统的变更。

纯电动汽车动力总成和传统系统示意图来源：afdc.energy.gov

相比传统汽车，纯电动汽车将用尺寸相对更小的电机替代了发动机，用通常布置在乘员舱底部的电池组代替了布置在后排座椅与后轴间油箱。与此同时，纯电动汽车的传动系统相比传统汽车传动系统有所简化。尤其是对于纯电动汽车来说，对于动力总成和传动系统的的布置也会更加灵活。

传统汽车动力总成和传统系统示意图来源：afdc.energy.gov

汽车安全评价体系：

在汽车安全分类上，我们通常将汽车安全性分为主动安全性和被动安全性。

"主动安全技术的是在事故发生前预防事故的发生。

"被动安全技术的是在事故发生后将损失降到最低。

汽车的主动安全性主要分为：行驶安全性、环境安全性、感觉安全性和操作安全性这四类。

"行驶安全性主要从车辆性能角度出发，简而言之，通过提高车辆本身的操控性能以提高安全性。

"环境安全性是从驾驶员的驾驶环境入手，从降低驾驶员的心理压力入手提高主动安全性。

"感觉安全性则是从主要从人机工学入手，围绕着眼椭圆的布置，通过提高驾驶员对车辆运行工况和道路状况的认知能力来提高汽车安全性。

"操纵安全性同样是从人机工学入手，主要针对手伸及界面的布置，提高驾驶员的工作条件以提高汽车安全性。

汽车被动安全性主要分为汽车外部安全性和内部安全性。

"汽车外部安全性主要针对的是行人等汽车外部人员的保护。

"汽车内部安全性则是汽车对于车内人员的保护性。

从对于汽车安全性的「要求」上来说，纯电动汽车和电动汽车并没有差别。但是因为结构上的不同，在「实现的途径」上会有所不同。

安全方面的共性：

作为被动安全性的核心内容，车身结构设计是重中之重。而车身结构的设计主要实现以下功能：

"尽可能吸收车辆和乘员的运动能量，以缓解成员所受冲击。

"确保成员的有效生存空间，并保证碰撞后乘员易于逃脱和进行车外救护。

车身不等刚度设计

正是为了实现这两项功能，汽车整车车身刚度采用的是不等刚度设计。

图中阴影部分为高刚性区域，空白部分为低刚性区域。显而易见，只有4的两边软硬夹心的设计才可以兼顾吸收能量和保证生存空间。于是就诞生了安全车身设计的分区理论。

乘客安全区（A区）和缓冲吸能区（B区）。A区的主要结构在强度上是高于B区的。

在不等刚度和分区的设计上，无论是传统汽车还是电动汽车，都保持了设计思路上的一致性。以威马EX5为例，就在A柱、B柱和门槛等A区的主要受力结构处使用了抗拉强度1500MPa的热成型钢板。在门槛处使用了超高强度钢板，在发动机舱等B区，使用了高强度钢板，实现了合理的不等刚度和分区设计，在提高车辆安全性的同时，也达到了更好的轻量化的效果。

威马EX5车身结构示意图

从设计角度来讲，更大的车身尺寸有助于缓冲吸能区（B区，也就是我们常说的溃缩吸能区）的结构布置，能大幅提高车辆的安全性。这也就是一些微型车在安全性上远远弱于Sedan或者SUV车型根本原因。即便整车成本不受到限制，微型车在结构上的先天劣势也无法保证微型车能实现非常高的车身结构安全性。

左图为A、B区分区，右图为理想的安全结构变形示意图

美国的著名碰撞结构IIHS（InsuranceInstituteforHighwaySafety）在2009年做过一个非常有意思的碰撞测试。为了对比过去几十年间车身安全设计的飞跃式的发展，IIHS用一辆2009年款的ChevyMalibu（当年的IIHS的最高得分车型）和一辆1959年款的ChevroletBelAir进行了一次偏置碰撞测试。"硬桥硬马"的BelAir在碰撞过程中几乎挤压了所有的驾驶员有效生存空间。所谓的"硬"，在巧妙的结构设计面前简直不堪一击。

硬桥硬马视频

除去整体的车身结构设计，车身前端的吸能区的设计也是一个非常重要的部分。

车身前端结构简化图

在这张图中，1区是保险杠骨架总成（其中包括前保险杠和吸能盒子）、2区是发动机前端纵梁、3区是发动机后端纵梁。

车身前端整体结构的设计中有两个关键问题。

"碰撞的能量分配。

"能量的传递。

工程师通常会首先制定碰撞能力吸收的分配比例，之后跟具体量对1、2、3区的局部进行设计。在低速碰撞时，主要起吸收能量作用的1区里的吸能盒。而前保险杠的主要作用将碰撞能量传递到吸能盒子。在高速碰撞时，主要起吸收能量作用的是2、3区防撞纵梁的压溃变形。工程师为了保证防撞纵梁的压溃变形，而非弯曲变形等其他变形方式。通常会在诱导槽上下足功夫。

诱导槽的多种形式

安全方面的不同：

电动汽车和传统汽车安全性的不同，主要是针对「电池」这个活跃因素进行的。

其目的按照汽车安全体系的分类，归属于对车内人员的保护。

电池安全性通常从机械安全、电气安全、受热安全、涉水安全四个方面进行保障。

"在机械安全设计上，需要进行多方向挤压、震动、机械冲击、模拟碰撞等机械实验。电池舱结构的设计就是机械安全上一个重要的部分。以威马EX5为例，就在侧围使用了双门槛设计来保证侧碰时保证车身有足够的强度，抵御侧面的冲击力，保证电池包的机械安全。在发动机舱纵梁的后部结构，使用了双叉式样的传力结构，在碰撞发生时能量向地板中通道下部和两侧门槛传递，保证电池舱的"生存空间"。

威马EX5电池舱设计

"电气安全则主要考虑电动车相比传统汽车，使用了更多的高电压部件。这些高电压部件涉及绝缘问题，当绝缘下降、漏电电流达到一定值时，就可能产生危险。

"受热安全指的是电池过热时会引起的内部冒烟、起火，在受热状况下，电池包在火烧之后的内部气压会升高，此时Pack泄压阀会打开，防止膨胀。与此同时，电池外部有防火涂层及时带走热量，降低外部高温对电池内部的影响。

"涉水安全指电动车对于电池防水性能的安全性要求。电池的防水性能通常用IP安全防护等级IPxx来表示，第一个x代表防尘（固态）等级，第二个x代表防水（液态）等级。

电动车防水性能等级

电池热失控是最近非常热门的一个话题。从特斯拉到蔚来，电池热失控的案例屡见不鲜。从安全性角度来说，电池的热失控是从从电芯-电池包-系统三个层面进行安全性的设计

"从电芯角度来讲，包括正负极材料的包裹、电解液中阻燃剂的添加、安全性隔膜的设计，都会影响到电池的安全性和稳定性。

"从电池包的角度来说，电池的封装工艺、箱体设计会影响到电池的安全性和稳定性。电池封装分为硬壳封装和软包封装。硬壳封装又分为圆柱形封装（特斯拉）和方形封装。从底部对电池包进行保护亦是非常重要的，很多电池热失控事件都有由于底部冲击引起的，各大厂家也会针对底部进行充分处理。比如威马EX5在电池包底部覆盖高分子涂层，防底部碎石和剐蹭冲击，与此同时，电池模组采用铝制中空外保护的设计，使电池包在受到冲击后外壳溃缩，留下足够的冲击"缓冲区"。

威马EX5电池箱结构

从系统角度来说，电池的热管理是保证电池的安全性和稳定性的重要因素

"由于电池的工作特性十分"挑剔"，热管理需要通过散热和加热手段保证电池处于合适的温度区间。温度过高，增大热失控几率，温度过低时充电又会增加内部热失控风险。

"电池系统的性能是一个木桶效应，取决于最弱的一个电芯。热管理系统的优劣将影响电池的温度一致性，从而影响电池的性能。针对电池的冷却，通常采用风冷和液冷两种方式。液冷在温度一致性和冷却速度上都优于风冷。冷却管路的内部结构设计是一个难点，不光是流道的设计。由于，电池包的温度变化和动力系统的温度变化不一致，变化速率不同，冷却效果依然会产生差异。所以，不同的电动车厂家会在这方面下一番功夫。以威马EX5为例，就将电池包和动力系统冷却分开，采用独立的液冷回路。并且在每个电芯模组内采用双温度传感器，检测电芯温度。来更好的实现对温度的管控。

威马EX5并联水冷散热示意图

"多层级监控对于系统层面来说同样重要。电池的监控必须实现"从点到线到面"的同步监控。比如对电芯单体电压和电池包总压进行实时采样监控，同时电芯模组采用全串联，在单体电芯故障发生后可以迅速切断整个通路，防止因模组并联导致正常电芯对故障电芯持续放电发热发生危险。

总的来说，无论是主动安全性还是被动安全性，电动汽车和传统汽车的要求并无不同。只是在被动安全的车内乘员保护上，由于结构的不同，电动车对于局部安全设计的标准和实现途径有不同之处。

相关文章