新能源汽車動力電池安全問題分析及解決對策

張清郁

（河南工業貿易職業學院，河南 鄭州 450053）

目前在新能源汽車核心技術攻關工程、電池技術突破研究領域中，我國已經研究開發出質量較輕、壽命較長、安全性較高、成本較低的電池。為有效應對安全問題，本文根據新能源汽車動力電池的特點、安全問題發生規律等，完善了相應的安全管理模式、安全防控機制，從而有效保障電池使用和運行的安全性。

1 新能源汽車動力電池安全問題分析

1.1 生產環節引發的安全問題

新能源汽車動力電池生產環節的安全管控工作會直接影響電池的安全性，如果未能嚴格管控，未能借助合理的測試驗證保障電池的安全性，則容易引發安全事故從而導致嚴重后果。例如：我國制定的新能源汽車補貼政策周期為一年，和汽車廠商開發周期時間不匹配，尤其是在化學材料的應用過程中，體系改進的周期往往超出一年，而企業為了獲得相應的補貼，很容易盲目地進行生產操作，縮短測試驗證的時間，不能有效保障電池的安全性。此外，部分企業為縮短產品開發周期，會采用物理改進措施，如縮小電池隔膜的厚度，增加活性材料的厚度，雖然這樣能夠提升電池比能量，但是電池的安全性降低，不利于其安全應用。

1.2 使用過程的安全問題

1）電池熱失控。近年來，我國新能源汽車產業發展迅速。 《2020年國務院政府工作報告》中指出，要強化新型基礎設施、新型信息網絡建設，增加5G技術的應用渠道，合理建設相關的數據中心系統，增加充電樁和換電站數量，對新能源汽車進行推廣，重點關注新消費需求，推動產業的轉型升級發展。目前新能源汽車普遍使用鋰離子電池作為儲能部件，其具有能量密度較高、使用壽命較長的優勢，但美中不足的是存在安全隱患。據調查，2016—2020年，由電池熱失控引起的自燃現象時有發生，對道路和人身安全造成直接影響。究其原因，動力電池因長時間使用，部件開始慢慢老化，電池的性能會有所降低，此情況下過充、過放都很容易引發熱失控。從原理層面而言，電池經長時間使用，內阻增高發熱，當達到90～120℃時，SEI膜會逐漸分解釋放熱量，溫度再次增高，隔膜熔化關閉；超過150℃時，內部電解質分解，繼續釋放出熱量；超過200℃時，正極材料分解，不僅會釋放熱量，還會釋放氣體，并呈現持續升溫狀態；超過300℃時，嵌鋰態負極和電解液之間出現一定的反應，尤其是氧氣劇烈反應，極易引發熱失控現象。

2）充電不合理。電池在充電期間可能會產生數據通信不規范現象，一些廠商未嚴格按照國家新標準建設充電基礎設施，導致電池的安全性受到威脅。新能源汽車動力電池的充電安全性直接由管理系統的控制性能決定。但目前部分企業的電池安全管控系統不符合標準規范，如國家要求必須能自動化診斷繼電器控制系統的粘連問題，但是部分企業為了控制成本沒有設計此類功能，同時也沒有合理設計能夠檢測充電樁基礎設施絕緣性能的功能、充電樁充電回路絕緣電壓檢測功能、過載檢測功能、溫升檢測功能等，導致電池在充電過程中的安全性受到一定威脅。

2 新能源汽車動力電池安全問題的解決對策

2.1 生產安全的控制

1）完善測試驗證模式。按照國家標準完善生產環節測試、驗證工作的指標和要求，找出動力電池發生爆炸、自燃的安全隱患，根據隱患發生的原因測試驗證正極材料的情況。分析磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池在應用的過程中達到某種溫度指標之后出現分解的現象，其中三元鋰電池在200℃的情況下分解，磷酸鐵鋰電池在800℃的情況下分解，并且三元鋰電池材料很容易出現嚴重的化學反應，分解生成氧分子，引發連鎖性的燃燒反應，因此在測試驗證的過程中應分析不同材料的安全性能，盡可能選擇使用磷酸鐵鋰材料生產的電池產品。同時還需進行電池高壓電流方面的安全性測試和驗證分析，按照不同車型的特點、國家相關標準完善工作機制，保證相應的測試驗證分析效果，確保生產環節中電池的安全性[1]。

2）合理選擇測試驗證方法。在電池生產環節中，應結合新能源汽車的動力電池特點、生產技術特征、國家相關標準等，科學地選擇應用測試驗證方法，避免因為安全標準形式單一出現問題，確保在綜合性測試分析、驗證研究的情況下及時掌握和了解電池的安全隱患及其他問題，科學合理地執行各項研究工作，提高測試工作水平，增強驗證工作的有效性，發揮不同措施的價值作用。同時還需借鑒先進的工作經驗，結合具體的工作特點，科學地進行測試驗證處理，從而提高工作質量[2]。另外，傳統的電池生產制造缺陷是單體缺乏良好的傳感監控形式，在此情況下建議在生產環節中設置智能化鋰離子動力電池組，即外殼選用鋁合金材料，側邊做開口處理，便于設置、封裝傳感器的零部件，在外殼內部水平位置準確設計電池槽位，將電池包安裝其中，設置耐高溫類型的墊圈結構，降低新能源汽車在行駛期間因振動帶來的不利影響與危害。在相鄰電池之間設計冷卻管，電池組開啟之后冷卻管循環運行，起到降低電池組溫度的作用。另外，重點還需在外殼前端區域設置處理器，準確收集電池的溫度數據信息、電壓數據信息等，在外殼中安裝和設備相互銜接的動力電池正極和負極處理器、嵌入式處理器的CAN總線接口，便于設備的有效控制。該設計的應用可有效解決生產環節中溫度過高的問題，冷卻管代替傳統風扇進行散熱可增強散熱的均勻性，同時還能利用傳感器進行動態監控，避免因溫度過高出現熱失控問題，確保電池組整體安全有效運作。

2.2 使用環節的控制

1）做好電池報廢管理與更換管理。為避免電池因長時間使用出現老化和壞損現象從而影響其安全性能，有關部門應加強電池報廢管理與更換管理的力度，杜絕安全隱患。對于相關的動力電池，在不適合繼續使用的情況下應及時回收，電池使用性能降低30%以上時要采用梯次使用形式，通過拆解方式，將其重新應用在路燈中，這樣不僅能夠避免新能源汽車的電池安全隱患，還能解決資源浪費問題。同時為增強能源利用效果，應遵循經濟性、環保性原則，合理回收利用廢舊電池，并特殊處置重金屬成分，避免環境污染[3]。

2）完善充電安全管理工作模式。為增強電池充電環節的安全管理效果，應不斷完善管理模式，強化電池使用的規范引導，為使用者提供相應的電池安全應用培訓，將充電注意事項、充電操作要求等作為主要的培訓內容，并提醒使用者不可擅自改裝電池。同時需強化對使用者在電池保養、故障排查方面的引導，使其了解安全隱患并能夠及時發現、排查異常狀況。在發生底盤刮傷、遇到強烈撞擊、遭到雨水浸泡的情況下，提醒使用者盡快在附近網點進行檢查和維修，引導使用者在充電過程中準確排查安全隱患，加強管控力度，保障電池應用的安全性。嚴格按照國家相關標準加強充電樁、充電系統基礎設施建設[4-5]。

3 新能源汽車動力電池未來發展趨勢

3.1 高性能化發展

鋰電池產品質量較輕、能量密度較高，且對環境的適應性較強。鈦酸鋰材料能夠適應復雜的溫度變化，因此，在未來發展的進程中可合理開發鈦酸鋰電池產品，按照國家標準和要求進行研發和生產，延長電池使用生命、增強電池安全性能，使其能夠更好地應用于新能源汽車領域，為用戶提供安全可靠的產品[6]。

3.2 以滿足市場高需求為導向發展

鋰電池具備鋰金屬特征，相同容量的鋰電池質量只是鉛酸電池的20%，合理應用鋰電池材料能夠為新能源汽車的設計、生產等提供更多的空間，可以更好地以市場和客戶的多元化需求為導向進行新能源汽車設計。同時鋰電池具有節能環保的特性，在未來發展中可以按照市場需求優化鋰電池產品，提升電池應用的安全性能[7]。

4 結束語

近年來，我國新能源汽車保有量不斷提升，其動力電池存在安全隱患，安全事故的發生率也有所提升，威脅著新能源汽車使用者的生命安全。因此，本文結合實際情況，根據生產環節和使用階段的安全問題和發生規律，完善生產環節的安全控制措施，健全測試驗證工作機制，加大使用環節的安全監督力度和提高安全控制的有效性，從而提升新能源汽車動力電池的安全性能。