电动汽车动力电池应用安全问题探讨

赵建国 马占春 秦艳菊

【摘  要】 为了缓解当前日益严峻的能源问题，新能源汽车的大力推行，能够对能源结构布局进行有效调整，并将汽车尾气对环境的影响大幅降低。而纵观当前的技术水平，电动汽车在新能源汽车中占主导地位。而近年来频繁发生的动力电池起火事故，使社会开始广泛关注动力电池的安全性问题。基于此，本文探讨了电动汽车动力电池应用安全问题，并针对这些问题，提出了如何提升动力电池应用安全性的若干策略。

【关键词】动力电池;电动汽车;问题;安全性

引言

电动汽车相对于传统使用内燃机的汽车，其主要特点是无尾气排放，并具有较高的能源转化率和较小的噪音，尤其是在节能环保方面的竞争优势比较显著。在国家政策的驱动下，我国也逐年增加了新能源汽车的保有量。而目前电动汽车主要动力源，就是锂离子动力电池。其主要特点自动放电率低、寿命长和高比能量。而电动汽车的性能则是由其性能的优劣直接决定的。但是受制约于现有技术，在使用动力电池的过程中，会出现自然和冒烟等问题，对人们财产安全带来严重的损害，甚至会危及人们的生命。所以，必须要高度重视动力电池的安全问题。

1.电动汽车动力电池安全问题

新的历史时期，随着迅猛增长的电动汽车市场，经常会发生电动汽车着火事故，因此电动汽车安全面临着异常严峻的形势。根据国内外新闻媒体的报导，仅2019 年，國内外就发生多起电动车起火事故，而这些事故的原因，则密切关联着动力电池。而动力电池热失控引发的冒烟、燃烧、爆炸，是电动汽车起火事故主要是原因。通过对这些事故的分析能够看出，无论是在行驶状态还是静止状态，就会有非常高的事故发生率。而制约着电动汽车发展的一个因素，就是安全性问题。所以，为了增强消费者的信心，对人民群众的生命财产安全提供保障，及有必要提高动力电池的安全性。

2.动力电池热失控原因分析

首先，动力电池热失控引发的冒烟、燃烧，是动力汽车起火事故主要诱因。而锂离子电池存在的一种特殊失效模式，就是热失控。伴随着大量释放的能量，热失控会导致一系列危害，如爆炸、起火和冒烟等，而滥用“机-电-热”，是动力电池热失控的主要原因。在使用过程中，如果动力电池出现针刺、挤压和碰撞等，都会改变电池的形状。一旦发电池出现机械形变，就会挤破电芯内部隔膜，并由此泄露电芯内部的易燃电解液，使正负极直接接触发生内短路等。而电池热滥用是因为过放、过充以及电池内短路导致的，电池热滥用会升高电池的内部温度，因为在电池的内部集聚了大量的热，而出现一系列连锁反应，最终出现起火、爆炸、冒烟等事故。

其次，触发热失控的另外一个主要因素，就是部件老化失效。首先，在制备电池的过程中，由于一些生产和设计缺陷的存在，在长期循环使用电池的过程中，会有热失控等问题存在。目前，市场的动力电池均是由若干单体电芯组成，以期压缩电池的体积，促进电池能量密度的提高。而这种电池结构主要是通过串并联密集布置的构造方式组成的，只要出现某个电池的自然，就会导致连锁反应，最终会燃烧整个动力电池系统。

3.提升电动汽车电池安全性的有效策略

3.1提升单体电池的稳定性

通过包覆或者掺杂的方式，能促进正极材料的热稳定性的提高。而同样，为实现高安全性，可通过使用高安全性的负极材料和负极材料改性;通过对电解液成分和配方的调整，能提高电解液安全性和稳定性的提高;使用陶瓷隔膜等具有较好收缩性和较高的机械性能的隔膜;为了防止各种杂质的引入，对于单体电芯的各段制程工艺严格把控，促进单品品质的提高;为了避免内部出现剧烈的氧化还原反应，运用热刺激响应聚合材料直接接触隔断正极、负极;为了防止蔓延热量，利用集流体的结构，有效隔离电池内部出现热失控的区域。

3.2提高电池系统安全性

应从防滥用、安全管理设计、放宽强化应用层面，对电动力电池的安全性提供保障。首先，是系统防滥用设计。动力电池系统安全管理的主要目标，就是防机械滥用、电滥用、热滥用三类热失控诱因。同时，为了防止因为挤压电池、刺穿和发生形变而出现的热失控，还要进行防撞、防刺穿设计。采取措施有效控制电池管理系统（BMS）对电池过充、过放，一旦出现过电压立即采取断电流措施。引流设计动力电池系统对高温气流有效，合理优化电池泄压阀的设计。在绝热层或者采用介质进行降温，在单体电芯之间、电池模组之间使用导热系数低的材料。

3.3安全管理设计

BMS 安全管理设计，要实时估计电池状态如 SOC、SOH、SOE，还要实时诊断电池故障，对于出现的潜在的安全问题进行及时预警并抑制，并从应用层面对于发生安全事故进行防范。首先，根据电池大数据建立电池安全监控和预警系统，实时分析和监控电池状态，一旦出现异常，立刻发出预警;对于相关的电池测试标准或者法规进行制定，并由此对电池的安全性检测进行规范;对于电池的充电管理和充电环境进行优化，并制动最优化的电池充电策略。将防火层铺设在电池与车舱之间，对于车内乘客的安全性给予最大化的保护。

4.结语

目前，困扰电动汽车行业发展的重要因素，就是电动汽车动力电池的安全性问题。只有对诱发电池热失控的诱因深入认识，才能对相关的应对策略进行制定。为了将电池发生事故的风险几率降低，本文从以下几个方面提出了优化措施，既提升单体稳定性、电池系统稳定性以及从应用层面防范安全事故。

参考文献

[1]电动汽车充换电站动力电池全寿命周期在线检测管理系统[J]. 连湛伟，石欣，克潇，徐鹏.  电力系统保护与控制. 2014（12）

[2]电动汽车用动力锂离子电池寿命问题研究综述[J]. 戴海峰，周艳新，顾伟军，魏学哲，孙泽昌.  电源技术. 2014（10）

[3]考虑时空特性分布的电动汽车充电负荷预测[J]. 王森，冯耀轩，邓文雄，周刚，盛鹏飞.  浙江电力. 2016（12）

[4]电动汽车跨区域互联运营通信网络组网方案与实践[J]. 孔历波，郑正仙，何春林，李燕，杜力宇.  浙江电力. 2016（10）

[5]省级集中的电动汽车监控系统研究[J]. 孔历波，郑正仙，何春林，李燕.  浙江电力. 2016（08）

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