電動(dòng)汽車動(dòng)力電池應(yīng)用安全問題探討

趙建國(guó) 馬占春 秦艷菊

【摘? 要】 為了緩解當(dāng)前日益嚴(yán)峻的能源問題，新能源汽車的大力推行，能夠?qū)δ茉唇Y(jié)構(gòu)布局進(jìn)行有效調(diào)整，并將汽車尾氣對(duì)環(huán)境的影響大幅降低。而縱觀當(dāng)前的技術(shù)水平，電動(dòng)汽車在新能源汽車中占主導(dǎo)地位。而近年來(lái)頻繁發(fā)生的動(dòng)力電池起火事故，使社會(huì)開始廣泛關(guān)注動(dòng)力電池的安全性問題?；诖?，本文探討了電動(dòng)汽車動(dòng)力電池應(yīng)用安全問題，并針對(duì)這些問題，提出了如何提升動(dòng)力電池應(yīng)用安全性的若干策略。

【關(guān)鍵詞】動(dòng)力電池;電動(dòng)汽車;問題;安全性

引言

電動(dòng)汽車相對(duì)于傳統(tǒng)使用內(nèi)燃機(jī)的汽車，其主要特點(diǎn)是無(wú)尾氣排放，并具有較高的能源轉(zhuǎn)化率和較小的噪音，尤其是在節(jié)能環(huán)保方面的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)比較顯著。在國(guó)家政策的驅(qū)動(dòng)下，我國(guó)也逐年增加了新能源汽車的保有量。而目前電動(dòng)汽車主要?jiǎng)恿υ?，就是鋰離子動(dòng)力電池。其主要特點(diǎn)自動(dòng)放電率低、壽命長(zhǎng)和高比能量。而電動(dòng)汽車的性能則是由其性能的優(yōu)劣直接決定的。但是受制約于現(xiàn)有技術(shù)，在使用動(dòng)力電池的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)自然和冒煙等問題，對(duì)人們財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)嚴(yán)重的損害，甚至?xí)＜叭藗兊纳Ｋ?，必須要高度重視?dòng)力電池的安全問題。

1.電動(dòng)汽車動(dòng)力電池安全問題

新的歷史時(shí)期，隨著迅猛增長(zhǎng)的電動(dòng)汽車市場(chǎng)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生電動(dòng)汽車著火事故，因此電動(dòng)汽車安全面臨著異常嚴(yán)峻的形勢(shì)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外新聞媒體的報(bào)導(dǎo)，僅2019 年，國(guó)內(nèi)外就發(fā)生多起電動(dòng)車起火事故，而這些事故的原因，則密切關(guān)聯(lián)著動(dòng)力電池。而動(dòng)力電池?zé)崾Э匾l(fā)的冒煙、燃燒、爆炸，是電動(dòng)汽車起火事故主要是原因。通過(guò)對(duì)這些事故的分析能夠看出，無(wú)論是在行駛狀態(tài)還是靜止?fàn)顟B(tài)，就會(huì)有非常高的事故發(fā)生率。而制約著電動(dòng)汽車發(fā)展的一個(gè)因素，就是安全性問題。所以，為了增強(qiáng)消費(fèi)者的信心，對(duì)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全提供保障，及有必要提高動(dòng)力電池的安全性。

2.動(dòng)力電池?zé)崾Э卦蚍治?/p>

首先，動(dòng)力電池?zé)崾Э匾l(fā)的冒煙、燃燒，是動(dòng)力汽車起火事故主要誘因。而鋰離子電池存在的一種特殊失效模式，就是熱失控。伴隨著大量釋放的能量，熱失控會(huì)導(dǎo)致一系列危害，如爆炸、起火和冒煙等，而濫用“機(jī)-電-熱”，是動(dòng)力電池?zé)崾Э氐闹饕?。在使用過(guò)程中，如果動(dòng)力電池出現(xiàn)針刺、擠壓和碰撞等，都會(huì)改變電池的形狀。一旦發(fā)電池出現(xiàn)機(jī)械形變，就會(huì)擠破電芯內(nèi)部隔膜，并由此泄露電芯內(nèi)部的易燃電解液，使正負(fù)極直接接觸發(fā)生內(nèi)短路等。而電池?zé)釣E用是因?yàn)檫^(guò)放、過(guò)充以及電池內(nèi)短路導(dǎo)致的，電池?zé)釣E用會(huì)升高電池的內(nèi)部溫度，因?yàn)樵陔姵氐膬?nèi)部集聚了大量的熱，而出現(xiàn)一系列連鎖反應(yīng)，最終出現(xiàn)起火、爆炸、冒煙等事故。

其次，觸發(fā)熱失控的另外一個(gè)主要因素，就是部件老化失效。首先，在制備電池的過(guò)程中，由于一些生產(chǎn)和設(shè)計(jì)缺陷的存在，在長(zhǎng)期循環(huán)使用電池的過(guò)程中，會(huì)有熱失控等問題存在。目前，市場(chǎng)的動(dòng)力電池均是由若干單體電芯組成，以期壓縮電池的體積，促進(jìn)電池能量密度的提高。而這種電池結(jié)構(gòu)主要是通過(guò)串并聯(lián)密集布置的構(gòu)造方式組成的，只要出現(xiàn)某個(gè)電池的自然，就會(huì)導(dǎo)致連鎖反應(yīng)，最終會(huì)燃燒整個(gè)動(dòng)力電池系統(tǒng)。

3.提升電動(dòng)汽車電池安全性的有效策略

3.1提升單體電池的穩(wěn)定性

通過(guò)包覆或者摻雜的方式，能促進(jìn)正極材料的熱穩(wěn)定性的提高。而同樣，為實(shí)現(xiàn)高安全性，可通過(guò)使用高安全性的負(fù)極材料和負(fù)極材料改性;通過(guò)對(duì)電解液成分和配方的調(diào)整，能提高電解液安全性和穩(wěn)定性的提高;使用陶瓷隔膜等具有較好收縮性和較高的機(jī)械性能的隔膜;為了防止各種雜質(zhì)的引入，對(duì)于單體電芯的各段制程工藝嚴(yán)格把控，促進(jìn)單品品質(zhì)的提高;為了避免內(nèi)部出現(xiàn)劇烈的氧化還原反應(yīng)，運(yùn)用熱刺激響應(yīng)聚合材料直接接觸隔斷正極、負(fù)極;為了防止蔓延熱量，利用集流體的結(jié)構(gòu)，有效隔離電池內(nèi)部出現(xiàn)熱失控的區(qū)域。

3.2提高電池系統(tǒng)安全性

應(yīng)從防濫用、安全管理設(shè)計(jì)、放寬強(qiáng)化應(yīng)用層面，對(duì)電動(dòng)力電池的安全性提供保障。首先，是系統(tǒng)防濫用設(shè)計(jì)。動(dòng)力電池系統(tǒng)安全管理的主要目標(biāo)，就是防機(jī)械濫用、電濫用、熱濫用三類熱失控誘因。同時(shí)，為了防止因?yàn)閿D壓電池、刺穿和發(fā)生形變而出現(xiàn)的熱失控，還要進(jìn)行防撞、防刺穿設(shè)計(jì)。采取措施有效控制電池管理系統(tǒng)（BMS）對(duì)電池過(guò)充、過(guò)放，一旦出現(xiàn)過(guò)電壓立即采取斷電流措施。引流設(shè)計(jì)動(dòng)力電池系統(tǒng)對(duì)高溫氣流有效，合理優(yōu)化電池泄壓閥的設(shè)計(jì)。在絕熱層或者采用介質(zhì)進(jìn)行降溫，在單體電芯之間、電池模組之間使用導(dǎo)熱系數(shù)低的材料。

3.3安全管理設(shè)計(jì)

BMS 安全管理設(shè)計(jì)，要實(shí)時(shí)估計(jì)電池狀態(tài)如 SOC、SOH、SOE，還要實(shí)時(shí)診斷電池故障，對(duì)于出現(xiàn)的潛在的安全問題進(jìn)行及時(shí)預(yù)警并抑制，并從應(yīng)用層面對(duì)于發(fā)生安全事故進(jìn)行防范。首先，根據(jù)電池大數(shù)據(jù)建立電池安全監(jiān)控和預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)時(shí)分析和監(jiān)控電池狀態(tài)，一旦出現(xiàn)異常，立刻發(fā)出預(yù)警;對(duì)于相關(guān)的電池測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)或者法規(guī)進(jìn)行制定，并由此對(duì)電池的安全性檢測(cè)進(jìn)行規(guī)范;對(duì)于電池的充電管理和充電環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化，并制動(dòng)最優(yōu)化的電池充電策略。將防火層鋪設(shè)在電池與車艙之間，對(duì)于車內(nèi)乘客的安全性給予最大化的保護(hù)。

4.結(jié)語(yǔ)

目前，困擾電動(dòng)汽車行業(yè)發(fā)展的重要因素，就是電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的安全性問題。只有對(duì)誘發(fā)電池?zé)崾Э氐恼T因深入認(rèn)識(shí)，才能對(duì)相關(guān)的應(yīng)對(duì)策略進(jìn)行制定。為了將電池發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)幾率降低，本文從以下幾個(gè)方面提出了優(yōu)化措施，既提升單體穩(wěn)定性、電池系統(tǒng)穩(wěn)定性以及從應(yīng)用層面防范安全事故。

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