新能源汽車動力電池安全問題分析及解決策略

王小林

摘 要：為了更好地應對日益嚴峻的能源危機局面，國家大力推行新能源汽車，不斷調整優化能源結構布局，盡可能減少汽車尾氣排放，降低自然環境污染程度。新能源汽車目前在電動汽車領域占據著主導性地位，國家及政府部門也出臺了系列扶持政策，推動新能源汽車行業的快速發展。但近年來由于新能源汽車動力電池起火事故頻發，所以現如今人們對新能源汽車的關注焦點已經從以往的里程問題轉變為動力電池安全性能問題。鑒于此，本文首先簡要介紹了新能源汽車動力電池主要類型，然后分析動力電池存在的安全問題，進一步提出了相應的解決策略，最后就新能源汽車動力電池安全技術發展給出了一定的建議，以期可以為我國新能源汽車行業的長足發展提供一定的指引。

關鍵詞：新能源汽車 動力電池 安全問題 解決策略

1 引言

近些年我國新能源汽車行業發展迅猛，動力電池產業規模持續擴大，逐漸從政策引導向著市場化競爭轉型，總體發展勢態良好，各項安全生產標準也有序修訂，安全標準體系越來越完善。但由于新能源汽車發展前期車型開發周期較短、用戶使用經驗不足、動力電池質量參差不齊等多因素影響，新能源汽車使用過程動力電池起火爆炸事故屢屢發生，不僅影響汽車產業的良性發展，而且對乘客生命安全造成了嚴重的威脅，必須引起高度重視。下面就重點論述新能源汽車動力電池安全問題及具體的解決策略，強化新能源汽車動力電池安全監管，保障其應用期間的安全性。

2 新能源汽車動力電池類型

2.1 鉛酸電池

鉛酸電池最早出現于19世紀，現如今設計生產技術均已較為成熟，該類電池主要適用于內燃機汽車。鉛酸電池最大的缺陷就是循環性不佳、污染性大、比能量低；但也具有諸多優勢，比如：原材料獲取便捷、價格便宜、性能安全、穩定。特別是近些年鉛酸電池生產技術大幅提升，應用期限也不斷延長，比如放電功率從 20Wh/kg 上升到 40Wh/kg，回收率也有所增長，這些優勢幫助鉛酸電池在新能源汽車領域具有了更好的發展前景。

2.2 鎳氫電池

鎳氫電池是堿性電池領域最為典型的代表，其最大的優勢在于比能量高、綠色環保、污染小，所以受到了廣大新能源汽車制造廠商的青睞。除此之外，鎳氫電池充電和放電速度都非常快，且充電過程徹底，實際應用中體現出較好的耐久性。就目前新能源汽車行業來看，國外的豐田與本田汽車均使用的鎳氫電池，國內的中通客車及奇瑞等系列汽車也采用的鎳氫電池。當然也具有一定的缺陷，比如：由于鎳氫電池的制造生產需要消耗大量的鈷和鎳，所以生產成本相對比較高，且溫度超出規定值會大幅降低電池使用性能，影響汽車行駛動力[1]。

2.3 鋰離子電池

在諸多電池種類中，鋰離子電池是目前新能源汽車最為理想的動力電池。鋰離子電池最早是由索尼公司所研發，該類電池不僅安全性能非常好，而且電池能量更高，抗碰撞性與耐熱性非常強，試驗表明，鋰離子電池即使發生碰撞或者將其置于高溫環境下，發生爆炸的風險非常小，而其他普通動力電池在發生激烈碰撞或者處于高溫環境下，很容易發生電池爆炸事故。除此之外，同質量的鋰離子電池能量是鉛酸電池的5倍，是鎳氫電池的3倍，且鋰電池自動放電效率低、環境污染程度小，是目前新能源汽車動力電池的主流。

3 新能源汽車動力電池安全問題

3.1 生產環節存在的安全問題

對于新能源汽車動力電池來說，生產環節是否存在安全隱患，安全管控工作是否到位，與后期電池使用過程的安全性能存在密切的關聯。若生產環節沒有嚴加管控，也沒有進行相應的科學試驗測試，就難以保障動力電池運行過程的安全性與穩定性，甚至還會引發系列安全事故，對新能源汽車的安全行駛造成極大的威脅。例如：目前我國針對新能源汽車補貼政策實行的為一年制，這與汽車供應商開發時間完全不對等，但部分企業為了享受補貼政策，故意縮減生產周期，忽略汽車性能測試工作，這就埋下了一定的安全隱患[2]。再比如：部分制造商為了縮減產品研發周期，采取增大活性材料厚度、減小電池隔膜厚度等措施，表面上看確實增加了電池能量，但存在較大的安全隱患。

3.2 使用環節存在的安全問題

3.2.1 電池熱失控

低碳節能可持續發展戰略背景下，新能源汽車產業迅速崛起，國家也提供了諸多優惠扶持政策，各項基礎設施越來越完善，同時還引進了現代化5G技術，搭建網絡信息平臺，構建核心數據庫，增設新能源汽車換電站與充電樁數量，基于消費者切實需求積極轉型升級新能源汽車使用性能，全面推動新能源汽車產業的良性發展。目前全國范圍內新能源汽車動力電池應用最為廣泛的為鋰電池，此類電能儲備裝置具有使用壽命長、能量密度高效等諸多應用優勢，但依舊存在一定的安全問題。

據相關統計結果顯示，2016—2020年期間，新能源汽車動力電池因為熱失控發生自燃事故就高達數百例，嚴重威脅著駕駛員及乘客的人身安全。導致動力電池熱失控的根本原因在于電池長期處于高效使用狀態，部分零部件老化嚴重，電池整體性能下降，尤其是內阻發熱程度明顯增高，當溫度從90℃升高至120℃期間，SEI膜會不斷散熱，電池內部溫度持續升高，隔膜熔化功能關閉；在溫度高達150℃的情況下，電池內部電解質加速分解，熱量分散速率加快；在溫度達到200℃的情況下，電池內部正極材料開始分解，不僅釋放大量的熱能，同時還會釋放部分氣體，且持續升溫；在溫度達到300℃的情況下，電解液與負極明顯改變，在氧氣的沖擊下劇烈反應，引發熱失控問題[3]。

3.2.2 充電設備不合理

部分供應商一味盲目節約成本，不夠重視新能源汽車動力電池充電安全性問題，沒有嚴格按照國家有關規定規范化建設新能源汽車充電設施，難以保障電池充電過程的穩定性與安全性。還有部分制造商未按照規定要求認真設計執行動力電池安全管理系統，比如：動力電池充電設備缺乏自動化斷電器。除此之外，絕大多數新能源汽車企業沒有嚴格落實動力電池充電回路絕緣電壓、充電樁設施絕緣功能及電池溫升功能系列試驗檢測工作，無法保障動力電池使用過程的安全性。

4 新能源汽車動力電池安全問題的解決策略

4.1 生產環節安全控制策略

4.1.1 優化測試驗證模式

國家對新能源汽車動力電池生產標準及性能測試有著非常明確的規定，通過嚴格規范化的試驗測試能夠及早發現動力電池潛在的安全隱患，并根據具體問題采取針對性的處理對策，比如：三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池測試期間，當溫度超出規定數值時會發生明顯的分解現象，特別是三元鋰電池，當試驗溫度達到200℃的時候，三元鋰電池材料還會發生系列化學反應生成氧分子，造成燃燒反應的持續進行，所以在投入使用前對電池材料安全性能進行測試十分必要，這也是新能源汽車優先選用磷酸鐵鋰動力電池的一個重要原因。除此之外，還需遵循國家相關標準，按照車型特征進行動力電池高壓電流安全驗證測試，保障動力電池安全性能達到最佳狀態，為新能源汽車的安全可靠使用奠定堅實的基礎保障。

4.1.2 選擇恰當的測試驗證方法

新能源汽車動力電池生產環節的性能測試需綜合考量生產技術、電池特性及國家有關規定等諸多要素，選擇最為科學合理的測試驗證方法，提高測試效率，保障測試工作的時效性與測試結果的精準性，全面掌握動力電池存在的安全問題，及時完善優化電池性能。以往傳統的動力電池生產制造過程中，并沒有配備相應的傳感監控體系，而是配置了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，以為傳感器的設置提供更大的便利，同時還需在結構內部水平位置設置電池卡槽，然后將動力電池安裝固定好，建立防熱墊圈結構，有效緩解汽車行駛期間由于震動產生的不良反應[4]。除此之外，在電池之間配設冷卻管裝置，使運行過程中電池組溫度處于相對穩定的狀態；在電池結構外殼前端安裝處理器，確保能夠掌握電池電壓及溫度各項參數動態變化情況；在結構外部安裝電池正負極處理器，實現對設備實際運行速度的有效控制，這樣的設計方式能夠有效規避動力電池運行期間發生高溫問題，保障動力電池組的長久穩定運行。

4.2 使用環節安全控制策略

4.2.1 電池報廢管理和替換管理

為了避免動力電池使用時間延長出現的功能破壞和老化現象影響其安全性能，必須加強電池替換管理和報廢管理工作，最大限度規避電池安全問題，降低安全風險發生幾率。當電池性能低于設計值30%的時候應采取梯次或者拆解方式，一方面提升動力電池安全使用性能；另一方面提高能源利用率，避免造成資源的嚴重浪費，體現出良好的環保性與實用性。對于已經報廢的電池應及時更換，并對廢舊電池進行合理回收，以免污染自然環境[5]。

4.2.2 加強電池充電安全管理

為了達到較為理想的電池充電安全管理成效，我們需根據電池類型與特性，積極創新優化管理模式，規范用戶的電池充電行為，在條件允許的情況下最好能提前對使用者進行專業培訓，告知他們電池的安全充電操作要領及注意事項。要求使用者切不可擅自隨意改裝電池，否則可能會面臨嚴重的安全問題。同時還應加強新能源汽車動力電池日常維修養護管理，定期檢查各零部件性能，確保其處于良好的運行狀態，針對細小隱患做好科學處置，避免影響范圍進一步擴大。若車輛遭受了雨水浸泡、劇烈撞擊或者底盤受損，應到專業修理機構處理，并進行整體檢查，強化管理，保障新能源汽車電池的安全應用。

5 動力電池安全技術發展建議

5.1 政府部門加強安全監管

政府有關部門應不斷建立健全新能源汽車安全運行監管體系，明確汽車制造商的安全主體責任，借助現代化信息技術構建安全監控平臺，加大對新能源汽車制造企業的監管力度，鼓勵企業積極引入應用先進的安全預警模式，全面提升新能源汽車安全預警能力。同時完善動力電池全生命周期安全檢驗機制和日常維護保養制度，要求使用人員必須按照規定對車輛進行年檢，降低安全事故發生風險。除此之外，各部門之間做好協同聯動，認真落實新能源汽車事故調查流程，對事故車輛關鍵零部件進行專業技術鑒定檢查，提高事故信息透明度，增加消費信心。

5.2 行業組織發揮自律協調作用

行業協會及學會應充分發揮其自律協調作用，最好能與地方高校或者研究院進行校企合作，成功攻克各項技術難關，不斷提高動力電池安全預警能力、安全性能和智能化監測水平。根據產業發展及消費者實際需求，積極完善新能源汽車動力電池安全標準修訂工作，包括：電池壓力、熱失控產氣標準及異物內短路等各項試驗測試標準。加強產業鏈關聯企業聯動，促進產業間深度合作，加大安全宣傳力度，降低消費者安全風險顧慮。

5.3 企業加大安全監測技術投入

新能源汽車生產企業應根據自身發展現狀，適度增加動力電池安全技術研發力度，做好與上游及下游各大企業間的協同合作與深度融合，不斷提高動力電池安全實用性能。持續優化動力電池安全監控平臺，提高安全監測水平，對動力電池運行過程進行動態化監測，第一時間掌握電池的安全問題與危險程度，建立相應的事故報警及應急處理預案[6]。企業還應結合自身銷售狀況，出臺多樣化的優惠政策，比如：免費進行安全性能檢測、以舊換新、定期免費維護保養、發放電池安全使用手冊等等，加強用戶對新能源汽車動力電池的規范化使用指導，幫助消費者建立良好的車輛使用習慣。

6 結束語

總而言之，與以往傳統的油車相比而言，新能源汽車更加低碳環保，很好地契合了我國近些年提倡的綠色節能發展政策。可是由于新能源汽車研發周期比較短，各項技術還不夠成熟，尤其是動力電池安全問題頻發，必須引起我們的高度重視。政府部門、制造商及行業組織等應進行多方聯合，加大研發與技術投入，優化設計系統，不斷提高動力電池安全使用性能，確保電池使用過程足夠安全穩定，為駕駛員及乘客提供良好的乘車環境，推動我國電動汽車產業的長足發展。

參考文獻：

[1]王震坡，袁昌貴，李曉宇.新能源汽車動力電池安全管理技術挑戰與發展趨勢分析[J].汽車工程，2020，42（12）：1606-1620.

[2]吳敬彬，石春，吳剛.基于功能安全標準電動汽車電池電子部件的研制[J].儀表技術，2020（06）：7-12.

[3]陳澤宇，熊瑞，孫逢春.電動汽車電池安全事故分析與研究現狀[J].機械工程學報，2019，55（24）：93-104+116.

[4]張寶利.基于功能安全的電動汽車電池管理系統架構設計[D].北京交通大學，2019.

[5]寧水根，張慶永，黃經元，張海東.電動汽車電池系統安全設計與制造的思考[J].電源技術，2019，43（05）：896-899.

[6]張東明，張曉云.電動汽車電池組特征分析及安全防范措施研究[J].機械制造與自動化，2018，47（01）：193-196.