新能源汽車動力電池安全問題分析及解決策略

吳長青

摘 要：社會經(jīng)濟水平的不斷增長，推動工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模逐漸擴大，同時人們生活質量的提高，對汽車行駛安全提出高要求。在新形勢下，我國交通運輸領域的持續(xù)進步使新能源汽車應用數(shù)量不斷增多，但是也會出現(xiàn)新能源汽車安全事故，根本原因在于動力電池短路、熱失控等問題，從而對駕駛員生命安全造成極大威脅。基于此，本文對新能源汽車動力電池安全問題進行深層分析，對其研究出具體解決對策，以供從業(yè)人士參考。

關鍵詞：新能源汽車 動力電池 安全問題 解決策略

現(xiàn)如今，新能源汽車企業(yè)研發(fā)主要集中在電池安全功能，并且我國已經(jīng)生產(chǎn)出質量可靠、應用壽命長、安全性高、成本低的高效新能源電池。要想從根本上解決安全問題，還需圍繞新能源汽車動力電池特征、安全問題引發(fā)誘因等，制定出完善電池安全管理體系、安全防范機制，充分維護電池應用穩(wěn)定性，為人們行駛安全保駕護航。

1 新能源汽車動力電池類型

1.1 鉛酸電池

在新能源汽車行業(yè)中，鉛酸電池是研發(fā)比較成熟的一種動力電池，盡管有許多使用者認為鉛酸電池在汽車運用中出現(xiàn)污染環(huán)境、技術工藝不佳等問題，但是在新能源汽車行業(yè)中依舊有廣闊發(fā)展前景，還需對其開展進一步研究。隨著時代的推動，鉛酸電池技術在功能和水平方面進行優(yōu)化與改善，比如放電功率從20Wh/kg上升到40Wh/kg，鉛酸電池應用期限也在逐漸延長，由300多次增加到4000多次[1]。另外，在鉛酸電池回收技術上也會有所突破，其回收使用率增長到90%，促進鉛酸電池在新能源汽車應用中有了更好發(fā)展前景，有效發(fā)揮良好推動作用。

1.2 鎳氫電池

鎳氫電池是新能源汽車中功能發(fā)揮良好的一種電池類型，主要分為高壓鎳氫電池和普通鎳氫電池。鎳氫電池應用在新能源汽車中能夠體現(xiàn)出記憶效應小、放電倍率大以及循環(huán)使用時間長等優(yōu)勢，在我國汽車制造領域中實現(xiàn)廣泛應用。比如，在日本著名汽車品牌豐田中的普銳斯汽車以運用鎳氫電池為主。

1.3 鋰電池

在科學技術迅速發(fā)展下，微電子技術也在日益成熟，推動鋰電池進入到大規(guī)模生產(chǎn)運用階段，這種動力電池通過鋰合金作為陽極新材料，借助非水電解質溶液的電池制造而成。鋰電池應用在新能源電池中有效發(fā)揮出良好功能，其功率和運行能量分別達到1600Wh/kg、150Wh/kg。與此同時，通過我國鋰電能長期研發(fā)與創(chuàng)新，鋰電池的各種參數(shù)和功能也在不斷更新與完善。現(xiàn)如今，我國鋰電池研究方向以聚合物鋰電池為主，主要分為三元鋰、錳酸鋰等。這些電池形式功能沒有明顯實質性區(qū)別，都能在新能源汽車生產(chǎn)制造中實現(xiàn)廣泛應用。

1.4 燃料電池

燃料電池是由化學能源轉變成電能化學配置，又被稱之為電化學發(fā)電器。燃料電池應用在新能源汽車生產(chǎn)制造中具有工作效率高、噪音污染程度低、有害排出量少等優(yōu)勢，成為新能源汽車行業(yè)中廣泛應用的動力之一。和其他發(fā)達國家相比較，我國燃料電池發(fā)展速度緩慢，技術水平落后，極有可能引發(fā)技術設施不健全、技術研發(fā)力度缺失等各種問題，還需與相關企業(yè)的大力協(xié)助，積極建設專業(yè)化技術團隊，從根本解決電池問題，有利于燃料電池能夠在新能源汽車中發(fā)揮作用，為汽車可持續(xù)發(fā)展提供足夠清潔動力能源[2]。

2 新能源汽車動力電池安全問題

2.1 生產(chǎn)環(huán)節(jié)的安全問題

新能源汽車動力電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，安全管理與電池安全運用有著直接聯(lián)系，一旦在操作中沒有對其加以管控，也沒有采用科學測試維護電池運行穩(wěn)定性，極有可能對新能源安全行駛造成極大威脅，甚至還會引發(fā)一系列安全事故。比如，我國新能源汽車補貼政策是一年，與汽車供應商開發(fā)時間不對等，特別是在使用化學材料過程中，體系改革已經(jīng)超出一年限制，但是企業(yè)為了得到相關補貼，極有可能在生產(chǎn)操作期間過于隨意，惡意減少測試檢測時間，很難在后期使用過程中確保電池安全可靠。除此之外，一些新能源汽車制造商為了減少產(chǎn)品研發(fā)時間，刻意采用物理措施，比如降低電池隔膜厚度，增加活性材料厚度，盡管在實際中增加電池能量，對電池安全性造成很大影響，從而對其電池安全運用帶來極大破壞。

2.2 應用期間的安全問題

1.電池熱失控

在當前汽車制造領域中，新能源汽車產(chǎn)業(yè)迅速崛起。近年來，通過國家相關數(shù)據(jù)報告了解到，為了建設先進基礎設施、網(wǎng)絡信息平臺，積極引用5G技術不斷拓展應用途徑，有效構建核心數(shù)據(jù)系統(tǒng)，不僅提升充電樁和換電站數(shù)量，還能大力推廣新能源汽車，關注消費者需求，進一步推動產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)轉型。現(xiàn)如今，我國新能源汽車已經(jīng)廣泛運用鋰離子電池，將其作為新能源汽車電能儲備裝置，有著高效能量密度、應用期限長等優(yōu)勢，但是在實際操作中依舊會出現(xiàn)許多安全問題。根據(jù)實踐調查了解到，自2016年到2020年之間，因電池熱失控引發(fā)的自燃事故高達數(shù)百例，甚至會對道路和駕駛員生命安全帶來極大威脅。這些事故發(fā)生的根本原因在于新能源動力電池長期處于高效使用狀態(tài)，導致部分構件逐漸老化，電池功能也在日益下降，所以在這種狀態(tài)下過度充電、長期閑置都有可能出現(xiàn)熱失控[3]。從基層原理了解到，電池長期使用促使內阻發(fā)熱程度增高，如果達到90～120℃過程中，SEI膜就會逐漸分散熱量，內部溫度也在逐漸升高，使隔膜熔化功能關閉；如果溫度處于150℃時，內部電解質也會隨之分解，繼續(xù)釋放內部熱量；如果溫度高達200℃時，正極材料開始分解，除了釋放熱量之外，還會釋放內部氣體，依舊保持在升溫狀態(tài)；如果溫度處于300℃時，嵌鋰態(tài)負極和電解液之間會出現(xiàn)明顯變化，特別是與氧氣沖擊情況下發(fā)生劇烈反應下，從而引發(fā)熱失控問題。

2.充電不合理

電池充電過程中也會引發(fā)數(shù)據(jù)通訊不合理現(xiàn)象，甚至還有部分供應商沒有根據(jù)國家規(guī)定建設新能源充電設施，不利于電池安全穩(wěn)定，充分說明新能源汽車動力電池充電安全性的重要性。但是在大多數(shù)新能源汽車制造企業(yè)發(fā)現(xiàn)，其電池安全管理系統(tǒng)沒有按照明確規(guī)定執(zhí)行，比如國家要求企業(yè)必須采用自動化斷電器控制分析問題，但是在絕大部分企業(yè)經(jīng)營中沒有配置這項功能，也未能合理設計充電樁設施絕緣功能、充電回路絕緣電壓金檢測功能、溫升檢測功能等，大大降低電池充電安全性，甚至對電池功能造成一定影響。

3 新能源汽車動力電池安全問題的解決策略

3.1 生產(chǎn)安全的控制方法

1.優(yōu)化測試驗證模式

根據(jù)國家相關規(guī)定必須更新生產(chǎn)環(huán)節(jié)測試、優(yōu)化驗證工作標準，及時發(fā)現(xiàn)動力電池隱藏的安全問題，并且按照問題類型迅速測試驗證正極材料狀態(tài)，比如在對磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池應用測試時，一旦溫度達到規(guī)定指標立即會出現(xiàn)分解現(xiàn)象。尤其是對于三元鋰電池在200℃分解情況下，磷酸鐵鋰電池會在200℃實現(xiàn)分解，同時三元鋰電池材料極有可能出現(xiàn)明顯化學反應，將其分散成氧分子，產(chǎn)生持續(xù)性燃燒反應，所以在測試驗證環(huán)節(jié)時必須對各種材料安全功能進行分析，優(yōu)先選擇磷酸鐵鋰作為新能源汽車電池生產(chǎn)材料。除此之外，電池高壓電流方面的安全測試和驗證分析，也要遵循各種車型特征、國家相關標準完善工作內容和制度，有利于測試驗證分析效果理想化，從根本保障生產(chǎn)環(huán)境電池應用可靠[4]。

2.選擇合適測試驗證方法

當電池處于生產(chǎn)過程中，應當根據(jù)新能源汽車動力電池特征、生產(chǎn)技術、國家相關規(guī)定等，選擇合適測試驗證方法，從實際防止因安全規(guī)范體系引發(fā)問題，從而在全面測試分析、驗證過程中快速掌握電池安全諸多問題，合理分配工作內容，大幅度提高測試效率，增強驗證工作時效性，有效在實施措施中呈現(xiàn)出多元化效果。與此同時，可以借鑒工作實踐經(jīng)驗，參照工作特征，確保測試驗證處理科學化，進一步提高工作效率和工作水平。另外，在傳統(tǒng)電池生產(chǎn)制造過程中，沒有落實傳感監(jiān)控體系，在這種情況下需要在生產(chǎn)階段配置智能化鋰離子動力電池組，通過鋁合金材料在側方進行開口處理，為設置傳感器零部件提供便利，并且在結構內部水平位置設計精準電池卡槽，將電池安裝在其中，建立防熱墊圈結構，減少新能源汽車駕駛期間由于震動引發(fā)不良反應。在電池之間設計冷卻管，當電池組正式啟動之后冷卻管會正常運行，確保電池組溫度穩(wěn)定。除此之外，對結構外殼前端位置設置處理器，能夠快速搜集電池溫度數(shù)據(jù)信息、電壓參數(shù)等。在外部結構安裝與設備連接的動力電池正負極處理器，從根本控制設備運行速度。這種設計方法有效處理生產(chǎn)環(huán)節(jié)中引發(fā)溫度升高問題，運用冷卻管替代傳統(tǒng)風扇，增強散熱效果，借助傳感器實現(xiàn)動態(tài)化監(jiān)控，防止溫度升高引起系統(tǒng)熱失控問題，促進電池組安全穩(wěn)定。

3.2 應用環(huán)節(jié)的控制

1.電池報廢管理和替換管理

要想從實際防止電池長期使用出現(xiàn)老化或者是功能破壞影響其安全功能，相關部門必須加大電池報廢管理和設備替換管理力度，減少安全問題發(fā)生次數(shù)。針對動力電池來說，如果發(fā)現(xiàn)其不能繼續(xù)使用應當立即回收。當電池應用性能降低到30%即可采用梯次方式，也可以采用拆解方式，將其應用在路燈中，不僅能防止新能源汽車電池出現(xiàn)安全問題，也可以從實際防止資源過度浪費，有效提高能源利用率，達到實用性、環(huán)保性效果。通過回收利用的方式做出針對性處置，避免對環(huán)境造成污染[5]。

2.完善充電安全管理工作模式

為了達到電池充電的安全管理效果，必須不斷創(chuàng)新管理方法，嚴格規(guī)范電池應用行為，在使用前也會對應用者進行專門電池安全使用培訓，圍繞充電注意事項、充電操作等開展培訓。值得注意的是，在培養(yǎng)過程中時刻提醒使用者不能私自改裝電池，否則會面臨重大安全事故。另外，要求使用者定期對新能源汽車電池進行保養(yǎng)維護，實時排查故障，及時掌握其安全隱患以及排查情況。當汽車底盤受損、激烈撞擊、雨水浸泡等情況下，提醒使用者快速在附近維修點進行整體檢查，指導使用者在充電過程中找到安全問題引發(fā)的具體位置，強化管理力度，充分保障新能源汽車電池應用安全。

4 新能源汽車動力電池的發(fā)展途徑

4.1 加強統(tǒng)一制造模式

在新能源汽車動力電池研究中發(fā)現(xiàn)，統(tǒng)一制造成為重點關注內容。首先，對新能源汽車行業(yè)發(fā)展制定長期方案，如果在傳統(tǒng)層面研究很難達到未來發(fā)展效果，大大影響后期成果。所以新能源汽車動力電池的許多技術、標準、數(shù)據(jù)等都必須進行分析和整合。另外，需要從多方面分析。在新形勢下，新能源汽車已經(jīng)在各城市廣泛應用，獲取社會消費者的一致認可。所以統(tǒng)一制造的實施，對固有工作成果造成直接影響。在這種情況下，積極了解市場反饋和社會的影響，通過大規(guī)模調查研究，優(yōu)化統(tǒng)一制造方法，從根本防止不必要問題發(fā)生。

4.2 延長新能源電池壽命

在對新能源汽車動力電池進行研發(fā)和實踐中分析，只有延長其應用壽命，才能充分保障新能源汽車持續(xù)發(fā)展，有效在未來發(fā)展中大幅度提升。比如，對于大功率充放電的大容量鋰離子動力電池組，需要在動力電池安全功能提升方面，對新能源汽車整體進行測試，實時觀察動力電池應用狀況下出現(xiàn)的不同反應，采用合理方式，大幅度提高電池安全性[6]。

4.3 滿足市場高需求

在新能源汽車動力電池中，鋰電池具有高效鋰金屬特征，但是同等鋰電池性能只有鉛酸電池的20%，所以科學運用鋰電池能夠為新能源汽車功能設計、制造生產(chǎn)等方面提供更多發(fā)展空間，充分滿足各渠道客戶需求，實現(xiàn)多元化新能源汽車設計。除此之外，鋰電池具有良好綠色環(huán)保特點，與新能源綠色環(huán)保節(jié)能概念完全相符，并且在以后發(fā)展中可以根據(jù)市場需求進一步更新鋰電池產(chǎn)品，不僅延長新能源汽車電池應用期限，還能提高應用安全性。

5 總結

在新時代背景下，人們生活水平的提升，使更多人選擇購買新能源汽車，大大提高其數(shù)量，但是在具體應用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)動力電池安全問題，引發(fā)一系列安全事故，對新能源汽車駕駛員生命安全造成極大威脅。在這種情況下，作者結合新能源汽車特點和實際情況，參考生產(chǎn)流程、應用期間出現(xiàn)的安全問題以及問題發(fā)生規(guī)律，不斷優(yōu)化生產(chǎn)流程的安全控制措施，積極完善測試驗證機制，加大安全監(jiān)督力度，有利于其安全控制發(fā)揮作用，更好保障新能源汽車動力電池安全性。

參考文獻：

[1]胡惠芝.新能源汽車動力電池企業(yè)資金管理存在的難點及對策建議[J].財經(jīng)界，2021（31）：101-103.

[2]辛明華，王軍雷，呂惠.基于專利分析的新能源汽車動力電池熱管理技術發(fā)展現(xiàn)狀分析[J].汽車文摘，2021（11）：25-28.

[3]冶存良，王學軍.我國純電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸問題綜述及發(fā)展建議[J].時代汽車，2018（10）：66-68.

[4]李克卿，陸文星，梁昌勇.管理視角下中國新能源汽車動力電池的回顧與展望[J].科技管理研究，2020，40（05）：173-177.

[5]張淑英，李天鈺.中國新能源汽車動力電池報廢量預測與對策建議——基于蒙特卡洛模擬的測算[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2019，44（06）：101-105.

[6]楊涵婧.我國新能源汽車動力電池回收的生產(chǎn)者責任延伸制度之適用困境與完善路徑[J].資源再生，2021（12）：39-42.