電動汽車動力電池應用安全問題探討

趙建國 馬占春 秦艷菊

【摘? 要】 為了緩解當前日益嚴峻的能源問題，新能源汽車的大力推行，能夠對能源結構布局進行有效調整，并將汽車尾氣對環境的影響大幅降低。而縱觀當前的技術水平，電動汽車在新能源汽車中占主導地位。而近年來頻繁發生的動力電池起火事故，使社會開始廣泛關注動力電池的安全性問題。基于此，本文探討了電動汽車動力電池應用安全問題，并針對這些問題，提出了如何提升動力電池應用安全性的若干策略。

【關鍵詞】動力電池;電動汽車;問題;安全性

引言

電動汽車相對于傳統使用內燃機的汽車，其主要特點是無尾氣排放，并具有較高的能源轉化率和較小的噪音，尤其是在節能環保方面的競爭優勢比較顯著。在國家政策的驅動下，我國也逐年增加了新能源汽車的保有量。而目前電動汽車主要動力源，就是鋰離子動力電池。其主要特點自動放電率低、壽命長和高比能量。而電動汽車的性能則是由其性能的優劣直接決定的。但是受制約于現有技術，在使用動力電池的過程中，會出現自然和冒煙等問題，對人們財產安全帶來嚴重的損害，甚至會危及人們的生命。所以，必須要高度重視動力電池的安全問題。

1.電動汽車動力電池安全問題

新的歷史時期，隨著迅猛增長的電動汽車市場，經常會發生電動汽車著火事故，因此電動汽車安全面臨著異常嚴峻的形勢。根據國內外新聞媒體的報導，僅2019 年，國內外就發生多起電動車起火事故，而這些事故的原因，則密切關聯著動力電池。而動力電池熱失控引發的冒煙、燃燒、爆炸，是電動汽車起火事故主要是原因。通過對這些事故的分析能夠看出，無論是在行駛狀態還是靜止狀態，就會有非常高的事故發生率。而制約著電動汽車發展的一個因素，就是安全性問題。所以，為了增強消費者的信心，對人民群眾的生命財產安全提供保障，及有必要提高動力電池的安全性。

2.動力電池熱失控原因分析

首先，動力電池熱失控引發的冒煙、燃燒，是動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，熱失控會導致一系列危害，如爆炸、起火和冒煙等，而濫用“機-電-熱”，是動力電池熱失控的主要原因。在使用過程中，如果動力電池出現針刺、擠壓和碰撞等，都會改變電池的形狀。一旦發電池出現機械形變，就會擠破電芯內部隔膜，并由此泄露電芯內部的易燃電解液，使正負極直接接觸發生內短路等。而電池熱濫用是因為過放、過充以及電池內短路導致的，電池熱濫用會升高電池的內部溫度，因為在電池的內部集聚了大量的熱，而出現一系列連鎖反應，最終出現起火、爆炸、冒煙等事故。

其次，觸發熱失控的另外一個主要因素，就是部件老化失效。首先，在制備電池的過程中，由于一些生產和設計缺陷的存在，在長期循環使用電池的過程中，會有熱失控等問題存在。目前，市場的動力電池均是由若干單體電芯組成，以期壓縮電池的體積，促進電池能量密度的提高。而這種電池結構主要是通過串并聯密集布置的構造方式組成的，只要出現某個電池的自然，就會導致連鎖反應，最終會燃燒整個動力電池系統。

3.提升電動汽車電池安全性的有效策略

3.1提升單體電池的穩定性

通過包覆或者摻雜的方式，能促進正極材料的熱穩定性的提高。而同樣，為實現高安全性，可通過使用高安全性的負極材料和負極材料改性;通過對電解液成分和配方的調整，能提高電解液安全性和穩定性的提高;使用陶瓷隔膜等具有較好收縮性和較高的機械性能的隔膜;為了防止各種雜質的引入，對于單體電芯的各段制程工藝嚴格把控，促進單品品質的提高;為了避免內部出現劇烈的氧化還原反應，運用熱刺激響應聚合材料直接接觸隔斷正極、負極;為了防止蔓延熱量，利用集流體的結構，有效隔離電池內部出現熱失控的區域。

3.2提高電池系統安全性

應從防濫用、安全管理設計、放寬強化應用層面，對電動力電池的安全性提供保障。首先，是系統防濫用設計。動力電池系統安全管理的主要目標，就是防機械濫用、電濫用、熱濫用三類熱失控誘因。同時，為了防止因為擠壓電池、刺穿和發生形變而出現的熱失控，還要進行防撞、防刺穿設計。采取措施有效控制電池管理系統（BMS）對電池過充、過放，一旦出現過電壓立即采取斷電流措施。引流設計動力電池系統對高溫氣流有效，合理優化電池泄壓閥的設計。在絕熱層或者采用介質進行降溫，在單體電芯之間、電池模組之間使用導熱系數低的材料。

3.3安全管理設計

BMS 安全管理設計，要實時估計電池狀態如 SOC、SOH、SOE，還要實時診斷電池故障，對于出現的潛在的安全問題進行及時預警并抑制，并從應用層面對于發生安全事故進行防范。首先，根據電池大數據建立電池安全監控和預警系統，實時分析和監控電池狀態，一旦出現異常，立刻發出預警;對于相關的電池測試標準或者法規進行制定，并由此對電池的安全性檢測進行規范;對于電池的充電管理和充電環境進行優化，并制動最優化的電池充電策略。將防火層鋪設在電池與車艙之間，對于車內乘客的安全性給予最大化的保護。

4.結語

目前，困擾電動汽車行業發展的重要因素，就是電動汽車動力電池的安全性問題。只有對誘發電池熱失控的誘因深入認識，才能對相關的應對策略進行制定。為了將電池發生事故的風險幾率降低，本文從以下幾個方面提出了優化措施，既提升單體穩定性、電池系統穩定性以及從應用層面防范安全事故。

參考文獻

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