我國新能源汽車動力電池安全現狀分析與探討

劉 巖，尹艷萍，黃 倩，胡 博，馬小利*

(1.國聯汽車動力電池研究院有限責任公司，北京 101499；2.中國汽車動力電池產業創新聯盟，北京 100088)

1 引言

近年來，我國新能源汽車和動力電池產業規模迅速增長，產業整體處于從政策引導向市場化競爭的轉型期，總體發展形勢向好。在產業發展過程中，政府、行業、企業一直把安全作為發展的重心。關于新能源汽車及動力電池安全的標準正在有序制修訂，安全標準體系逐步完善，詳細標準情況如表1所示。但由于發展前期車型開發周期短、動力電池產品質量參差不齊、用戶使用經驗不足等因素，導致近年來新能源汽車起火爆炸等安全事故頻發。為保障新能源汽車產業健康發展，提升對質量安全的重視，分析新能源汽車動力電池安全現狀，研究電池安全技術進展情況，提出加強動力電池安全管理的建議。

表1 現行標準Table 1 Current standards.

2 新能源汽車與動力電池安全現狀

2.1 新能源汽車安全現狀

據中國新能源汽車大數據研究報告統計：歷年新能源汽車著火事故率呈現逐年下降趨勢。2019年生產的車輛著火事故率為0.037‰；2020年生產的車輛著火事故率為0.030 3‰，2021年生產的車輛著火事故率為0.008 4‰。著火事故率定義為某年份生產的車輛在當年1月1日到當年12月31日發生的著火事故數量除以某年份生產的車輛累計接入國家監管平臺的總數[1]。

新能源汽車起火主要包括靜置起火、充電起火和行駛起火三種類別，事故數量占比分別為38%、23%和39%。通過對事故情景分析統計發現，新能源汽車起火事故數量與地域和季節有明顯關系，溫度、濕度等環境因素影響效果最為顯著。南方城市高溫天氣時間長，新能源汽車保有量高，基數大，事故發生頻數更大，如圖1所示。二、三季度主要有較多的高溫與雨水天氣，溫度高濕度大更容易造成電池熱失控起火，如圖2所示。月份情況看，7—9月起火數量增長最為明顯，2019年、2020年新能源汽車月度起火情況如圖3所示。

圖1 2019—2021年南方城市與北方城市新能源汽車起火事故對比Fig.1 Comparison of safety fire incidents in southern and northern cities in 2019—2021.

圖2 2019—2021年季節性新能源汽車起火事故對比Fig.2 Seasonal safety fire incidents comparison in 2019—2021.

圖3 2019—2020年新能源汽車月度起火情況Fig.3 Monthly fire incidents of new energy vehicles in 2019 and 2020.

2.2 動力電池安全現狀

動力電池作為關鍵零部件，是新能源汽車各類起火事故的主要誘因[2]。據新能源汽車安全事故調查統計，新能源汽車自燃事故中，動力電池問題引發的事故占比超過50%，觸發動力電池安全事故主要有兩種情形：一是外部因素觸發，包括汽車碰撞、不合理充電、零部件短路及人為濫用等；二是內部因素觸發，包括異物及金屬沉積導致內短路、毛刺及枝晶刺穿隔膜導致內短路等。整體來看，動力電池安全事故是多因素耦合造成的結果，進一步分析事故誘發原因并進行有效地監測預警，降低事故損失，是保障動力電池產業持續健康發展的根基。

3 動力電池安全技術進展情況

安全是新能源汽車產業持續發展的核心與基礎，近年來國內新能源汽車和動力電池企業不斷增加電池安全技術研發投入，各種新技術層出不窮，主要從本征安全、主動安全和被動安全[3]三個層面進行改善。

3.1 本征安全技術進展

本征安全技術即從電池熱失控原理出發，通過電池安全設計，降低電池熱失控風險。主要包括以下三個方面。

(1)提升電解液穩定性。寧德時代、國家動力電池創新中心通過正負極材料包覆、電解液中添加適量的添加劑[4]，提高電池耐高溫、高壓能力，目前高鎳三元電池熱失控溫度在150～170 ℃。

(2)提升隔膜強度[5]。比亞迪、國軒高科通過在電極、隔膜表面增加功能涂層來提升電池隔膜機械強度降低內短路風險，目前行業內高性能隔膜拉伸強度能夠高達320 MPa。

(3)優化電芯結構設計，比亞迪刀片電池通過增加電芯長度、降低電芯厚度，有效減少電池穿刺過程中的熱量積累，提高了電池包安全性，爐溫耐受升至300°，充電電壓至2.6倍不起火。

3.2 被動安全技術進展

被動安全即對電池包做安全設計，在電池發生熱失控后擁有足夠的安全冗余，防止電池包安全事故擴大化，預留充足時間警示乘員撤離。被動安全設計集中在電池系統層面，主要包括以下兩方面。

(1) 熱失控發生后的熱疏導。長城汽車“大禹電池”技術在電池包發生熱失控后，通過滅火通道、封堵結構等特殊設計，引導熱氣流按照規定路線排出電池包，并對排出氣體進行降溫，以降低高溫氣體及毒害氣體對人員的損害。

(2) 電池包的隔熱絕熱結構設計，江淮汽車“蜂窩電池”采用六邊形蜂巢，通過外延包覆實現單元化封裝，并在電芯單元內注滿絕熱膠，從而做到電芯單體之間電隔離和熱隔離，避免引發熱擴散。

3.3 主動安全技術進展

主動安全指通過系統結構設計和平臺監控手段對電池安全邊界主動控制，避免發生電池熱失控。主要包括以下兩方面。

(1) 提升系統結構設計合理性。廣汽埃安彈匣電池系統安全技術通過使用獨立分割的U型匣體將電池組包裹，匣體壁內布滿冷卻管，實現電池組與冷卻系統大面積接觸，增強電池降溫效果，匣體的使用也使電池組在電池包內部呈現安全倉保護狀態，一定程度上降低熱擴散的發生概率。

(2) 完善監測預警技術。上汽、蔚來等車企通過大數據監控平臺實現對單只電池全生命周期的實時監測，有效識別預警動力電池潛在隱患和故障，提出合理應對措施，部分車企診斷準確率已超過95%，極大降低事故風險。

4 動力電池安全技術發展建議

在各方的共同努力下，我國新能源汽車安全工作已取得一定成效，對動力電池全生命周期的安全管理理念也已逐步形成，電池安全意識不斷增強，但電池安全技術發展仍任重道遠，建議從以下三個方面開展工作。

(1)政府主管部門要加強安全監管力度。建立和完善新能源汽車安全運行監管體系，強化車企安全主體責任，加快制定新能源汽車生產企業安全監控平臺的建設規范，鼓勵車企應用先進安全預警模型，提升新能源汽車安全隱患篩查和預警能力；建立和健全動力電池全生命周期的安全檢驗制度，聯合相關部門推進新能源汽車車輛年檢法規，完善車輛及關鍵零部件定期維護保養制度，降低事故發生率；協同公安部、消防總局、市場監管總局進一步明確新能源汽車事故調查流程，組建專業的事故調查機構及關鍵零部件事故評價及技術鑒定機構，建立事故調查結果公開發布機制，提高事故信息透明度，增加消費信心；加快啟動現行安全國標的制修訂工作，例如熱擴散、底盤碰撞、休眠喚醒、異常大電流沖擊等(現行及在研標準情況詳見附件2)。

(2)行業組織應發揮行業自律協調作用。充分發揮學會、協會、聯盟等社團的行業自律協調作用，協同高校、研究院所、企業等國內外優勢資源，開展動力電池安全創新技術攻關，進一步提升產品安全性能、提高安全預警能力及智能監測水平，降低事故比例；發揮行業組織團體標準工作試點的優勢，根據產業發展實際情況，及時快速開展動力電池安全相關團體標準制修訂，如熱失控產氣標準、壓力測試標準、異物內短路等測試標準，以團體標準形式先行先試，促進標準體系建設；加強產業鏈關聯企業聯動，通過組織行業會議、產業交流等方式，打通整車、電池、充電三方面的信息壁壘，促進產業間深度合作；加大消費者使用環節的安全常識普及和宣傳力度，組織開展安全倡議活動，降低消費者安全風險顧慮，提升消費信心。

(3)企業應高度重視技術投入，加強安全監測工作。建議企業持續加大安全技術研發力度，加深產業鏈上下游企業協同合作，多維度融合各層級安全技術，從本征、主動和被動三個層面提高產品安全性能；企業應進一步優化安全監控平臺建設，提高安全監測能力，實現動力電池全場景、全生命周期的安全監測，大幅提升監測平臺的安全預警能力，做到根據事故危險程度合理劃分風險等級，并建立相應的事故報警及應急處理預案；整車企業應結合自身銷售情況，對早期未接入監測平臺的車輛研究制定相關應對方案，考慮通過以舊換新、免費安全檢驗等優惠政策鼓勵用戶定期維護，消除潛在安全隱患；做好用戶使用指導，完善新能源汽車用戶使用手冊，針對不同工況、不同倍率充電等使用場景，進一步明確用戶使用要求，幫助消費者建立良好的車輛使用習慣。

表2 在研及計劃標準Table 2 Research and planning standards.