新能源汽車動力電池安全管理技術挑戰與發展趨勢分析

孫佳佳 王莎莎

（商丘職業技術學院 河南商丘 476000）

精確評估和預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，對其實施更全面有效的質量管控顯得十分關鍵。當前研究成果已在動力電池系統的熱擴展物理機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計等方面獲得了階段性進展，而國內研究者對動力電池安全機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熱失控觸發機制、安全性、耐久性及系統一致性間的耦合機理及其發展規律，以及高穩定性鋰離子動力電池體系設計等方面還沒有形成完整的理論體系。對此，本文重點指出新能源汽車動力電池安全管理技術面臨的挑戰和發展趨勢。

1 新能源汽車動力電池管理的現狀

現如今汽車技術和科學的不斷發展也促進了新能源汽車強勁的發展，但是，它在現實的使用中卻依然存在著一系列的問題，如續航的里程、使用年限、制造成本及使用的安全性等多個方面，仍面臨著技術方面的阻礙。而在其中表現在里程方面的問題一般分為兩種，一種是總里程難以達到用戶的實際需要；另一種是難以精準且直接地看到電動汽車所剩下的電量，進而難以預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，具體表現在電池的使用期限、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。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。采集的主要內容包括有電流、溫度及電壓等各個方面。第二，信號和數據的統一輸出性。其主要指的是電動汽車能夠精準地統計行駛過程中剩下的里程數。第三，性能的均衡性問題。其主要指的是將數量較多的電池進行并聯之后，更好地體現出其性能的方法。第四，電池對熱的適當管理。其主要指的是汽車在行駛時，電池如何保持合適的溫度，進而更好地體現出其功能。

2 新能源汽車動力電池管理中存在的問題

2.1 存在著測試驗證不夠的問題

現階段，對于新能源汽車行業，我國政府部門所采用的政策主要是補貼型的，并且其期限也是每年1次。對此，根據我國新能源汽車的開發周期來看，目前出臺的政策和實際情況之間并不是非常相符。例如，從化學材料這個層面上來講，體系的調整周期一般是需要在1年或者是1年以上。但是在實踐中，多數新能源企業往往是根據實際的補貼，所以在追求能量等方面必然會存在一定的盲目性，這也意味著測試驗證的時間將會進一步減少。在大多數情況下，由于企業也希望可以把研發期限壓縮，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大的問題，就是電池的安全性能會進一步降低。

2.2 電池測試驗證并沒有完善的手段

現階段，針對動力電池的測試驗證仍存在較多的問題，尤其是測試驗證的手段，難以結合實際情況進行更加真實的評估，這主要是由于絕大多數的汽車公司還并不能形成一種安全的車內部的動力電池的檢測標準。現階段，我國市場中所生產的電池質量上不能夠達到國家所規定的標準，在此之前制定標準過程中，由于采用了單調的對象，且電池的實際使用情況了解不足，進而導致新能源汽車的實際使用情況難以得到真實的表現，而正因如此，新能源動汽車的動力電池體系難以滿足實際設計的需求［1］。隨著對未來中國新能源技術的進一步研究，在中國清潔能源行業的實踐操作過程中，希望可以更進一步地實現對高新技術材料更全面、系統化的開發利用。

2.3 老化導致可靠性顯著地降低

在實際應用過程中，受到電池老化的影響，可靠性會呈現出非常顯著的降低。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，為了更好地保護電池，必須要做好相應的防水工作，這就要求電池的密封必須要達到我國所制定的統一標準，即IP67 標準。因為新能源汽車在駕駛很長一段時間之后，其電池的密封效果將會逐步減弱。當新能源汽車的電池進水之后，將會有較大的概率出現短路等問題。除此之外，長期使用之后，電池的激光焊接接頭也會出現很多問題，如焊接點的里邊出現空隙，而這些空隙的存在將會讓阻抗明顯提高，進而出現電池發熱等一系列問題，嚴重情況下將會造成高溫點，此時新能源汽車將會產生熱失控等現象。再者，電池系統和充電機高壓電器呈現出了非常明顯的老化問題，比如，在汽車電池充電過程中，則可能會出現電池接觸器突然斷開等問題，此外，還可能會產生拉弧等問題，最終出現了高溫和接觸器表面出現燒損等情況，這些情況都是出現短路和熱失控的本質影響因素。

3 動力電池安全管理的要點

3.1 續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。因為磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池這種材料相對比較特殊，當它們的溫度達到一定的范圍之后，它們一定會出現分解。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到200℃就會出現分解的現象，而另外一種材料則需要溫度達到800℃時才會出現分解現象。相比之下，三元鋰材料所產生的化學反應更加的明顯，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，所釋放出來的物質必然會誘發各種各項的現象。所以，相對而言，磷酸鐵鋰電池的穩定性相對比較高一些。

第二，有關由于動力電池的高壓電流所產生的安全性問題。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的，但是由于在當前國家中包括比亞迪汽車公司等，所采用的都是國外技術標準的安全規范，所以在這方面也是相對安全可靠的。

第三，有關由于動力電池所產生的輻照問題。對符合國家的規范要求也比國外上更高，按照聯合國國際全球健康機構有關電磁輻照電磁場的安全性國家標準，磁場輻照的最大安全性國家標準最大為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用的時期內，就需要對其進行回收處置。若在舊動力電池的特性發生了下降以后，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。首先進行篩選，其次拆分，經過重組之后再重新進行并粘貼上梯次使用的標簽，然后重新再在可以應用于路燈和小型電瓶車等的各個領域中加以應用。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濟效益及環保價值，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生化學污染物的組成部分加以特別的處置，以防止對環境形成污染［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意識的培訓工作。對異常環境中清潔能源車輛的使用，必須提醒客戶進行汽車的異常情況的檢測，發現隱患后必須進行進一步排除。而對于有些汽車發生了底盤刮擦，或是強烈的樁基或者是雨水的侵入情況時，也必須建議用戶去網點進行全方位的維護與檢測，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行排除，當發生了疑似的電池故障時，對于汽車也必須及時進行全方位的檢測，并進行召回與修復。

4.2 政府加強后期的監管

但是在通常針對于車輛企業的評價流程中，會看到仍然有部分公司對車輛質量的穩定性還缺乏關注，而對重要技術指標也只是盲目要求其能夠提高，再加上在當時人們對安全性還缺乏可以衡量的重要指標評判，最后導致了在清潔燃料車輛中的動力電池還沒有安全、可信的標準，而正是在此時，由于這類型的清潔燃料車輛已經被大企業源源不斷地投資并進入到了市場，繼而又就會為清潔能源在整個汽車行業的發展中帶來了相應的安全隱患。所以，這就要求我國相關的技術主管部門必須要不斷地強化對事中和事后的監督管理，特別是在對出現事故后的責任追究方面，一定要加以關注。針對公司在產品開發設計、生產工藝、品質管理等環節缺陷所造成的產品質量安全隱患，設計和健全了法規體系，以嚴厲打擊生產不合規的汽車制造企業，并不斷地增加生產違規的成本，這將降低產品發生故障的概率［4］。

5 新能源車電池安全發展前景

5.1 未來新能源車動力電池產品特性的發展

如果根據汽車動力電池產業的特點而論，未來鎳氫電池市場也將必然會迎來下一次爆炸。但結合于一般汽車動力電池產品的總體質量而言，因為鉛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品而言，這些鉛酸電池產品也將會變得比較沉重。再加之更高性能的鎳氫電池產品已經開始被廣泛普及和使用，那么，在目前市場上主要生產鎳氫電池產品的廠商中，也就正在逐漸轉向了利用鎳氫電池作為清潔能源車輛的主要發動機，而與此相反的則是鉛蓄電池產業中，也正在逐漸利用被廢棄了鎳氫動力電池清潔能源車輛，而且因為鋰金屬及鋰離子電池的物理化學特點，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的結構方面也產生了更大的改變設計空間［5］。而隨著未來科技的逐步發達，有關鎳氫動力電池的創新科技也將產生著逐步發展的趨勢，再加上鎳氫動力電池的生產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成了共識。在當下，也可以看到，全國各地政府為了促進發展鎳氫電池，已經出臺了許多的政策，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，可見未來的國內市場前景也會非常好。

5.2 新能源汽車中鋰電池的應用前景

當下，在整個汽車市場上還缺乏認可度特別高的大品牌，而當下整個市場競爭環境也還處在百家大放異彩的時期，于是能夠看到部分傳統鉛酸公司也加入了鎳氫電池的市場轉型，并打造自己的新產品，不過對于其工藝和選型技術是否優秀，有待市場證明［6］。而由于當前電子汽車配送方案體系的進一步蓬勃發展，并且包括電子汽車外賣行業配送業務等的進一步蓬勃發展，新能源汽車企業也將會呈現出蓬勃發展的勢頭，在政策的進一步支持與電子自行車鋰電池等新科技技術的逐步突破下，未來電車業務也將會越來越多樣化，而且將向著更為高品質的服務層面蓬勃發展前進。

綜上所述，我國目前對清潔燃料車市場的發展還不錯，而由于電動轎車的發展與新型儲能時代的來臨，以及鋰離子脫嵌動力電池技術已成為發展我國高新興產業的主要動能，我國車用鎳氫電池產業或將會迎來下一個大爆發時期。在政府部門所提出的優惠政策的扶持及電動自行車電池關鍵技術的突破之下，預計新能源車鋰電池產業將會進一步多樣化、高質量發展。

6 結語

綜上所述，本文根據當前新能源汽車動力電池的安全管理技術現狀和要點等，從工作原理解析到體系設計優化和從被動安全保護到主動風險預警和保護等方面，對我國新能源汽車動力電池的安全管理技術發展情況進行了全面系統的分析，在此基礎上，本文對新能源汽車動力電池的安全管理發展趨勢作出了展望，希望能夠為新能源汽車的電池管理技術發展提供一定的借鑒。