新能源汽車動力電池安全管理技術(shù)挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢分析

孫佳佳 王莎莎

（商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南商丘 476000）

精確評估和預(yù)測動力電池的安全狀況，對于提高清潔能源車輛的耐久、安全、可靠性，對其實(shí)施更全面有效的質(zhì)量管控顯得十分關(guān)鍵。當(dāng)前研究成果已在動力電池系統(tǒng)的熱擴(kuò)展物理機(jī)制和動力電池安全性、耐久性、一致性問題，以及安全動力電池體系設(shè)計(jì)等方面獲得了階段性進(jìn)展，而國內(nèi)研究者對動力電池安全機(jī)理解析與故障診斷方法的深入研究也做出了巨大的成績。但是，在鋰離子動力電池與系統(tǒng)熱失控觸發(fā)機(jī)制、安全性、耐久性及系統(tǒng)一致性間的耦合機(jī)理及其發(fā)展規(guī)律，以及高穩(wěn)定性鋰離子動力電池體系設(shè)計(jì)等方面還沒有形成完整的理論體系。對此，本文重點(diǎn)指出新能源汽車動力電池安全管理技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢。

1 新能源汽車動力電池管理的現(xiàn)狀

現(xiàn)如今汽車技術(shù)和科學(xué)的不斷發(fā)展也促進(jìn)了新能源汽車強(qiáng)勁的發(fā)展，但是，它在現(xiàn)實(shí)的使用中卻依然存在著一系列的問題，如續(xù)航的里程、使用年限、制造成本及使用的安全性等多個方面，仍面臨著技術(shù)方面的阻礙。而在其中表現(xiàn)在里程方面的問題一般分為兩種，一種是總里程難以達(dá)到用戶的實(shí)際需要；另一種是難以精準(zhǔn)且直接地看到電動汽車所剩下的電量，進(jìn)而難以預(yù)估電動汽車還能夠行駛的里程。為了更好地解決上述幾個問題，電動汽車的電池將會面臨更高的挑戰(zhàn)，具體表現(xiàn)在電池的使用期限、電池的安全性及電池性能等幾個方面，對此，新能源汽車的電池管理必須要提高上述4個指標(biāo)。除此之外，在電池管理時，需要注意以下幾個方面的問題：第一，信息的采集。采集的主要內(nèi)容包括有電流、溫度及電壓等各個方面。第二，信號和數(shù)據(jù)的統(tǒng)一輸出性。其主要指的是電動汽車能夠精準(zhǔn)地統(tǒng)計(jì)行駛過程中剩下的里程數(shù)。第三，性能的均衡性問題。其主要指的是將數(shù)量較多的電池進(jìn)行并聯(lián)之后，更好地體現(xiàn)出其性能的方法。第四，電池對熱的適當(dāng)管理。其主要指的是汽車在行駛時，電池如何保持合適的溫度，進(jìn)而更好地體現(xiàn)出其功能。

2 新能源汽車動力電池管理中存在的問題

2.1 存在著測試驗(yàn)證不夠的問題

現(xiàn)階段，對于新能源汽車行業(yè)，我國政府部門所采用的政策主要是補(bǔ)貼型的，并且其期限也是每年1次。對此，根據(jù)我國新能源汽車的開發(fā)周期來看，目前出臺的政策和實(shí)際情況之間并不是非常相符。例如，從化學(xué)材料這個層面上來講，體系的調(diào)整周期一般是需要在1年或者是1年以上。但是在實(shí)踐中，多數(shù)新能源企業(yè)往往是根據(jù)實(shí)際的補(bǔ)貼，所以在追求能量等方面必然會存在一定的盲目性，這也意味著測試驗(yàn)證的時間將會進(jìn)一步減少。在大多數(shù)情況下，由于企業(yè)也希望可以把研發(fā)期限壓縮，于是就會利用物理方法做出了一些的提升，如逐步減少電池的隔膜，或是逐步增加電池的活性材料，并且通過這種辦法也能夠讓電池的質(zhì)量與能量得到更有效的增加，不過這個方法同時也面臨著相當(dāng)大的問題，就是電池的安全性能會進(jìn)一步降低。

2.2 電池測試驗(yàn)證并沒有完善的手段

現(xiàn)階段，針對動力電池的測試驗(yàn)證仍存在較多的問題，尤其是測試驗(yàn)證的手段，難以結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行更加真實(shí)的評估，這主要是由于絕大多數(shù)的汽車公司還并不能形成一種安全的車內(nèi)部的動力電池的檢測標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)階段，我國市場中所生產(chǎn)的電池質(zhì)量上不能夠達(dá)到國家所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，在此之前制定標(biāo)準(zhǔn)過程中，由于采用了單調(diào)的對象，且電池的實(shí)際使用情況了解不足，進(jìn)而導(dǎo)致新能源汽車的實(shí)際使用情況難以得到真實(shí)的表現(xiàn)，而正因如此，新能源動汽車的動力電池體系難以滿足實(shí)際設(shè)計(jì)的需求［1］。隨著對未來中國新能源技術(shù)的進(jìn)一步研究，在中國清潔能源行業(yè)的實(shí)踐操作過程中，希望可以更進(jìn)一步地實(shí)現(xiàn)對高新技術(shù)材料更全面、系統(tǒng)化的開發(fā)利用。

2.3 老化導(dǎo)致可靠性顯著地降低

在實(shí)際應(yīng)用過程中，受到電池老化的影響，可靠性會呈現(xiàn)出非常顯著的降低。例如，在電池的生命周期中，電池自身的防水能力相對較弱，而一般情況下，為了更好地保護(hù)電池，必須要做好相應(yīng)的防水工作，這就要求電池的密封必須要達(dá)到我國所制定的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，即IP67 標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)樾履茉雌囋隈{駛很長一段時間之后，其電池的密封效果將會逐步減弱。當(dāng)新能源汽車的電池進(jìn)水之后，將會有較大的概率出現(xiàn)短路等問題。除此之外，長期使用之后，電池的激光焊接接頭也會出現(xiàn)很多問題，如焊接點(diǎn)的里邊出現(xiàn)空隙，而這些空隙的存在將會讓阻抗明顯提高，進(jìn)而出現(xiàn)電池發(fā)熱等一系列問題，嚴(yán)重情況下將會造成高溫點(diǎn)，此時新能源汽車將會產(chǎn)生熱失控等現(xiàn)象。再者，電池系統(tǒng)和充電機(jī)高壓電器呈現(xiàn)出了非常明顯的老化問題，比如，在汽車電池充電過程中，則可能會出現(xiàn)電池接觸器突然斷開等問題，此外，還可能會產(chǎn)生拉弧等問題，最終出現(xiàn)了高溫和接觸器表面出現(xiàn)燒損等情況，這些情況都是出現(xiàn)短路和熱失控的本質(zhì)影響因素。

3 動力電池安全管理的要點(diǎn)

3.1 續(xù)航里程和安全性能的管理

一般情況下，新能源汽車動力電池的安全性能，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

第一，電池是否存在自燃或者是爆炸等問題［2］。誘發(fā)動力電池爆炸的因素是多個方面的，其中包括正極材料，這也是最為重要的一個影響因素。因?yàn)榱姿徼F鋰電池和三元鋰電池這種材料相對比較特殊，當(dāng)它們的溫度達(dá)到一定的范圍之后，它們一定會出現(xiàn)分解。但是兩種材料也有較大的差異性，其中，三元鋰材料只需要達(dá)到200℃就會出現(xiàn)分解的現(xiàn)象，而另外一種材料則需要溫度達(dá)到800℃時才會出現(xiàn)分解現(xiàn)象。相比之下，三元鋰材料所產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)更加的明顯，這種材料只要分解，必然會釋放出大量的氧分子，而在高溫燃燒時，所釋放出來的物質(zhì)必然會誘發(fā)各種各項(xiàng)的現(xiàn)象。所以，相對而言，磷酸鐵鋰電池的穩(wěn)定性相對比較高一些。

第二，有關(guān)由于動力電池的高壓電流所產(chǎn)生的安全性問題。這一問題中最主要的危害因素也是針對不同的汽車公司而體現(xiàn)的，但是由于在當(dāng)前國家中包括比亞迪汽車公司等，所采用的都是國外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的安全規(guī)范，所以在這方面也是相對安全可靠的。

第三，有關(guān)由于動力電池所產(chǎn)生的輻照問題。對符合國家的規(guī)范要求也比國外上更高，按照聯(lián)合國國際全球健康機(jī)構(gòu)有關(guān)電磁輻照電磁場的安全性國家標(biāo)準(zhǔn)，磁場輻照的最大安全性國家標(biāo)準(zhǔn)最大為100，而對于一般電動車輛的輻照限值最大為3，稍低一些的則為0.5。

3.2 針對電池報(bào)廢或是電池更換的處理管理

針對于新能源電動汽車而言，若動力電池還在不再適合應(yīng)用的時期內(nèi)，就需要對其進(jìn)行回收處置。若在舊動力電池的特性發(fā)生了下降以后，而又降低到了原來特性的30%～80%，此時，則比較建議選擇下梯次使用的方法。首先進(jìn)行篩選，其次拆分，經(jīng)過重組之后再重新進(jìn)行并粘貼上梯次使用的標(biāo)簽，然后重新再在可以應(yīng)用于路燈和小型電瓶車等的各個領(lǐng)域中加以應(yīng)用。此外，如果為了確保舊電能可以被充分得到利用，還需要充分考慮到經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)保價(jià)值，則需要首先將廢舊動力電池加以處理利用，隨后再針對含有各種重金屬化合物或者產(chǎn)生化學(xué)污染物的組成部分加以特別的處置，以防止對環(huán)境形成污染［3］。

4 新能源汽車安全管理的有效對策

4.1 汽車企業(yè)方面的對策

第一，還要做好對客戶故障排除與維修方面的相關(guān)意識的培訓(xùn)工作。對異常環(huán)境中清潔能源車輛的使用，必須提醒客戶進(jìn)行汽車的異常情況的檢測，發(fā)現(xiàn)隱患后必須進(jìn)行進(jìn)一步排除。而對于有些汽車發(fā)生了底盤刮擦，或是強(qiáng)烈的樁基或者是雨水的侵入情況時，也必須建議用戶去網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行全方位的維護(hù)與檢測，以保證清潔能源汽車的安全性。

第二，是對于汽車隱患及時進(jìn)行排除，當(dāng)發(fā)生了疑似的電池故障時，對于汽車也必須及時進(jìn)行全方位的檢測，并進(jìn)行召回與修復(fù)。

4.2 政府加強(qiáng)后期的監(jiān)管

但是在通常針對于車輛企業(yè)的評價(jià)流程中，會看到仍然有部分公司對車輛質(zhì)量的穩(wěn)定性還缺乏關(guān)注，而對重要技術(shù)指標(biāo)也只是盲目要求其能夠提高，再加上在當(dāng)時人們對安全性還缺乏可以衡量的重要指標(biāo)評判，最后導(dǎo)致了在清潔燃料車輛中的動力電池還沒有安全、可信的標(biāo)準(zhǔn)，而正是在此時，由于這類型的清潔燃料車輛已經(jīng)被大企業(yè)源源不斷地投資并進(jìn)入到了市場，繼而又就會為清潔能源在整個汽車行業(yè)的發(fā)展中帶來了相應(yīng)的安全隱患。所以，這就要求我國相關(guān)的技術(shù)主管部門必須要不斷地強(qiáng)化對事中和事后的監(jiān)督管理，特別是在對出現(xiàn)事故后的責(zé)任追究方面，一定要加以關(guān)注。針對公司在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝、品質(zhì)管理等環(huán)節(jié)缺陷所造成的產(chǎn)品質(zhì)量安全隱患，設(shè)計(jì)和健全了法規(guī)體系，以嚴(yán)厲打擊生產(chǎn)不合規(guī)的汽車制造企業(yè)，并不斷地增加生產(chǎn)違規(guī)的成本，這將降低產(chǎn)品發(fā)生故障的概率［4］。

5 新能源車電池安全發(fā)展前景

5.1 未來新能源車動力電池產(chǎn)品特性的發(fā)展

如果根據(jù)汽車動力電池產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)而論，未來鎳氫電池市場也將必然會迎來下一次爆炸。但結(jié)合于一般汽車動力電池產(chǎn)品的總體質(zhì)量而言，因?yàn)殂U酸電池的整體體積也相對地比較大，再加之無法拆解，所以相對于通常只有幾公斤重量的鎳氫電池產(chǎn)品而言，這些鉛酸電池產(chǎn)品也將會變得比較沉重。再加之更高性能的鎳氫電池產(chǎn)品已經(jīng)開始被廣泛普及和使用，那么，在目前市場上主要生產(chǎn)鎳氫電池產(chǎn)品的廠商中，也就正在逐漸轉(zhuǎn)向了利用鎳氫電池作為清潔能源車輛的主要發(fā)動機(jī)，而與此相反的則是鉛蓄電池產(chǎn)業(yè)中，也正在逐漸利用被廢棄了鎳氫動力電池清潔能源車輛，而且因?yàn)殇嚱饘偌颁囯x子電池的物理化學(xué)特點(diǎn)，在同等容積的鎳氫動力電池比重上也僅是普通鉛酸電池的1/5，所以，這也使得鎳氫動力電池清潔能源車輛在全機(jī)的結(jié)構(gòu)方面也產(chǎn)生了更大的改變設(shè)計(jì)空間［5］。而隨著未來科技的逐步發(fā)達(dá)，有關(guān)鎳氫動力電池的創(chuàng)新科技也將產(chǎn)生著逐步發(fā)展的趨勢，再加上鎳氫動力電池的生產(chǎn)成本也將更趨近于普通鉛酸電池，鎳氫動力電池將成為汽車更潔凈電源，在未來的市場上，鉛酸電池將會被鎳氫動力電池所取代早已達(dá)成了共識。在當(dāng)下，也可以看到，全國各地政府為了促進(jìn)發(fā)展鎳氫電池，已經(jīng)出臺了許多的政策，而廣大潔凈電源汽車與鎳氫電池廠商為此也很踴躍地給予反饋，可見未來的國內(nèi)市場前景也會非常好。

5.2 新能源汽車中鋰電池的應(yīng)用前景

當(dāng)下，在整個汽車市場上還缺乏認(rèn)可度特別高的大品牌，而當(dāng)下整個市場競爭環(huán)境也還處在百家大放異彩的時期，于是能夠看到部分傳統(tǒng)鉛酸公司也加入了鎳氫電池的市場轉(zhuǎn)型，并打造自己的新產(chǎn)品，不過對于其工藝和選型技術(shù)是否優(yōu)秀，有待市場證明［6］。而由于當(dāng)前電子汽車配送方案體系的進(jìn)一步蓬勃發(fā)展，并且包括電子汽車外賣行業(yè)配送業(yè)務(wù)等的進(jìn)一步蓬勃發(fā)展，新能源汽車企業(yè)也將會呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的勢頭，在政策的進(jìn)一步支持與電子自行車鋰電池等新科技技術(shù)的逐步突破下，未來電車業(yè)務(wù)也將會越來越多樣化，而且將向著更為高品質(zhì)的服務(wù)層面蓬勃發(fā)展前進(jìn)。

綜上所述，我國目前對清潔燃料車市場的發(fā)展還不錯，而由于電動轎車的發(fā)展與新型儲能時代的來臨，以及鋰離子脫嵌動力電池技術(shù)已成為發(fā)展我國高新興產(chǎn)業(yè)的主要動能，我國車用鎳氫電池產(chǎn)業(yè)或?qū)瓉硐乱粋€大爆發(fā)時期。在政府部門所提出的優(yōu)惠政策的扶持及電動自行車電池關(guān)鍵技術(shù)的突破之下，預(yù)計(jì)新能源車鋰電池產(chǎn)業(yè)將會進(jìn)一步多樣化、高質(zhì)量發(fā)展。

6 結(jié)語

綜上所述，本文根據(jù)當(dāng)前新能源汽車動力電池的安全管理技術(shù)現(xiàn)狀和要點(diǎn)等，從工作原理解析到體系設(shè)計(jì)優(yōu)化和從被動安全保護(hù)到主動風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和保護(hù)等方面，對我國新能源汽車動力電池的安全管理技術(shù)發(fā)展情況進(jìn)行了全面系統(tǒng)的分析，在此基礎(chǔ)上，本文對新能源汽車動力電池的安全管理發(fā)展趨勢作出了展望，希望能夠?yàn)樾履茉雌嚨碾姵毓芾砑夹g(shù)發(fā)展提供一定的借鑒。