新能源汽車安全技術(shù)的應(yīng)用實踐

摘要：新能源汽車的低碳排放和節(jié)能特性對環(huán)境保護具有重要意義。然而高壓電池系統(tǒng)、輕量化材料和新技術(shù)的使用對新能源汽車的實踐應(yīng)用提出了安全挑戰(zhàn)。圍繞新能源汽車安全技術(shù)應(yīng)用展開論述，以期更好地解決新能源汽車的安全問題，推動新能源汽車的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：新能源汽車；安全技術(shù)；電池；輕量化材料

0 前言

隨著全球?qū)Νh(huán)境可持續(xù)性和能源資源的不斷關(guān)注，新能源汽車作為替代傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的創(chuàng)新解決方案，逐漸成為汽車行業(yè)的焦點。電動汽車（EVs）、混合動力汽車（HEVs）和燃料電池汽車（FCVs）等新一代汽車具有高效的能源利用及低碳排放特性，可減少環(huán)境污染和能源消耗。本文對新能源汽車安全技術(shù)應(yīng)用展開論述，以期為未來的安全技術(shù)發(fā)展提供支持。

1 新能源汽車的安全問題

1. 1 高電壓系統(tǒng)

新能源汽車的高電壓系統(tǒng)主要在電池、電驅(qū)動系統(tǒng)和電氣架構(gòu)等方面存在問題，具體而言就是高電壓電池的安全問題。新能源汽車電池通常在數(shù)百伏特的高電壓下運行，在極端的充電或放電條件下，或者在電池單體之間存在不均勻充放電等特定情況下，高電壓電池會發(fā)生過熱現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致電池內(nèi)部組件的損壞，甚至引發(fā)火災(zāi)［1］。另外，隨著時間的延長，電池的壽命會縮短，性能會下降，由此會產(chǎn)生高電壓系統(tǒng)的安全性問題。隨著循環(huán)充放電次數(shù)及使用次數(shù)的增加，電池性能逐漸衰退，從而影響電池的續(xù)航能力和整體性能。如果電池性能的衰退情況沒有得到充分監(jiān)測和管理，則可能會導(dǎo)致電池在駕駛中突然失效，這對駕駛員和乘員的安全構(gòu)成潛在威脅。

1. 2 充電設(shè)施

充電設(shè)施的安全性問題是新能源汽車領(lǐng)域面臨的重要挑戰(zhàn)。充電樁是電動汽車充電的核心設(shè)備，目前存在多種安全隱患，需要仔細(xì)考慮并解決。充電樁可能存在電氣故障風(fēng)險，具體故障包括電線短路、電纜損壞、電池連接問題等，由此可能導(dǎo)致電流異常，甚至發(fā)生火災(zāi)。電氣故障不僅會影響充電設(shè)備的性能，還可能危及用戶和周圍環(huán)境的安全。充電樁通常提供不同功率等級的充電服務(wù)，而用戶在充電時可能會選擇不適當(dāng)?shù)墓β实燃墸瑢?dǎo)致過載，進(jìn)而引發(fā)電池和電池管理系統(tǒng)過熱情況，甚至造成設(shè)備故障。此外，公共區(qū)域的充電樁容易成為被破壞的目標(biāo)，惡意破壞者可能會試圖損壞充電設(shè)備，從而中斷電動汽車的充電過程。此種情況不僅會影響用戶的充電體驗，還可能增加充電設(shè)備的維修和更換成本。

1. 3 新能源汽車碰撞安全

與傳統(tǒng)燃油車相比，新能源汽車在碰撞事故中面臨復(fù)雜的挑戰(zhàn)。具體而言，新能源汽車中的高電壓電池系統(tǒng)在碰撞中可能會面臨一定危險，電池中的高電壓電池模塊在受到嚴(yán)重?fù)p壞時可能會形成短路或產(chǎn)生電火花，從而增加火災(zāi)和電擊風(fēng)險［2］。例如，在某起交通事故中，一輛新能源汽車與另一輛傳統(tǒng)燃油車相撞，碰撞造成新能源汽車靠近電池組的部分受損。事故發(fā)生后，現(xiàn)場救援人員發(fā)現(xiàn)從新能源汽車下方冒出輕煙。考慮到新能源汽車電池的潛在風(fēng)險，救援人員立即使用滅火器進(jìn)行冷卻并切斷電池連接，避免火災(zāi)風(fēng)險。事后檢查確認(rèn)，汽車的電池組因碰撞受損，部分電池系統(tǒng)出現(xiàn)短路現(xiàn)象，但由于救援措施及時到位，未造成進(jìn)一步的損害或人員傷亡。

自動駕駛汽車依賴傳感器、雷達(dá)和攝像頭等設(shè)備來感知和響應(yīng)道路情況，但這些設(shè)備可能會受到碰撞、惡劣天氣或者污物遮擋的影響，導(dǎo)致傳感器故障或算法錯誤，從而導(dǎo)致自動駕駛車輛無法及時識別和避免潛在碰撞。

2 原因分析

2. 1 高技術(shù)含量導(dǎo)致風(fēng)險增加

新能源汽車存在問題的原因主要涉及新能源汽車所采用的先進(jìn)技術(shù)和復(fù)雜系統(tǒng)。具體而言，高電壓電池系統(tǒng)的引入使得新能源汽車的電子技術(shù)變得復(fù)雜而高度精密，高電壓電池系統(tǒng)的復(fù)雜性使其更容易受到外部因素的影響，增加了系統(tǒng)故障的風(fēng)險，可能導(dǎo)致電池過熱、短路，甚至引發(fā)火災(zāi)，從而對駕駛員和乘員的安全造成威脅。自動駕駛技術(shù)的引入增加了新能源汽車的技術(shù)復(fù)雜性，自動駕駛相關(guān)的傳感器、雷達(dá)、攝像頭和先進(jìn)的控制系統(tǒng)需要高度精確工作，更容易受到環(huán)境因素和惡劣天氣的影響。傳感器故障或算法錯誤可能導(dǎo)致汽車失去對道路的感知能力，增加碰撞風(fēng)險。此外，新能源汽車集成的大量智能互聯(lián)功能，雖然為新能源汽車提供了更好的駕駛體驗和更高的安全性，但是也使汽車系統(tǒng)更加復(fù)雜，增加了系統(tǒng)故障和數(shù)據(jù)泄漏的風(fēng)險。

2. 2 材料與制造質(zhì)量控制不足

材料與制造質(zhì)量控制不足導(dǎo)致了新能源汽車存在潛在的安全問題及性能風(fēng)險，其主要涉及電池材料和整車制造方面。具體而言，電池是新能源汽車的關(guān)鍵組件，其性能和穩(wěn)定性直接影響車輛的續(xù)航能力和安全性。電池材料的生產(chǎn)包括材料制備、電極制備、電解質(zhì)制備等多個步驟，每個步驟都需要精確的工藝控制［3］。如果制造過程中存在偏差或質(zhì)量問題，可能會導(dǎo)致電池容量下降、充電速度減慢或電池壽命縮短等問題，對于電動汽車的可靠性和長期使用造成了威脅。此外，部分汽車制造商在整車設(shè)計和制造方面可能未充分考慮系統(tǒng)集成問題。新能源汽車通常集成了電動動力系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)和智能互聯(lián)功能等多種先進(jìn)技術(shù)，如果這些系統(tǒng)不能很好地協(xié)同工作，新能源汽車可能會出現(xiàn)行車不穩(wěn)定及安全問題。

2. 3 系統(tǒng)及材料存在潛在危險

新能源汽車采用的系統(tǒng)和材料存在潛在危險，對汽車的安全和性能構(gòu)成了挑戰(zhàn)。電池包裝和隔離技術(shù)的不足可能造成潛在危險。電池包裝和隔離技術(shù)的質(zhì)量直接關(guān)系到電池的安全性。在碰撞事故中，電池系統(tǒng)可能受到損壞，如果沒有足夠的隔離措施，可能會導(dǎo)致電池短路或過熱，進(jìn)而增加火災(zāi)或電擊的風(fēng)險。因此，電池包裝和隔離技術(shù)需要經(jīng)過嚴(yán)格的測試和認(rèn)證，以確保電池系統(tǒng)的安全性和高性能。

為了提高新能源汽車的能效和續(xù)航能力，制造商普遍采用鋁合金和碳纖維復(fù)合材料等輕量化材料，以替代傳統(tǒng)的鋼鐵材料。雖然輕量化可以提高燃油效率和續(xù)航能力，但在碰撞事故中可能會降低車輛的安全性。因此，汽車制造商需要在輕量化與碰撞安全性之間找到平衡點，以確保車輛在碰撞時能夠給駕駛員和乘員提供足夠的保護。

3 新能源汽車安全技術(shù)的應(yīng)用路徑

3. 1 電池?zé)崾Э仡A(yù)警防護技術(shù)

在新能源汽車領(lǐng)域，電池系統(tǒng)的電壓和能量密度均較高，電池在一定情況下可能過熱，甚至引發(fā)火災(zāi)。為應(yīng)對這一問題，研究人員發(fā)展出電池?zé)崾Э仡A(yù)警防護技術(shù)，以保障新能源汽車的安全性。具體應(yīng)用路徑為：① 在電池?zé)崾Э仡A(yù)警防護技術(shù)應(yīng)用中，溫度和熱傳感器被嵌入至電池系統(tǒng)，以監(jiān)測電池溫度的變化［4］，一旦溫度升高并超出正常范圍，傳感器將立即發(fā)出警報。此技術(shù)的應(yīng)用使得車輛系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測電池溫度，并在電池過熱情況下采取減緩充電速度或停止充電等措施，從而降低電池過熱的風(fēng)險。② 改進(jìn)電池冷卻系統(tǒng)。采取該措施后新能源汽車可以有效降低電池的工作溫度，降低電池過熱的可能性。針對新能源汽車，可以采用先進(jìn)的液冷或空氣冷卻系統(tǒng)，從而根據(jù)電池的實時需求來調(diào)整冷卻水或風(fēng)扇的流量，確保電池在安全的溫度范圍內(nèi)運行。例如，寶馬公司在其i 系列的新能源汽車中引入了先進(jìn)的液冷電池冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠持續(xù)監(jiān)測電池的溫度，并自動調(diào)整冷卻液的流量。③ 應(yīng)用智能電池管理系統(tǒng)。該措施旨在利用先進(jìn)的算法和數(shù)據(jù)分析來監(jiān)測電池的性能和狀態(tài)，如果系統(tǒng)檢測到電池存在不均勻充電或放電等潛在問題，將采取措施，以防止其進(jìn)一步惡化。此技術(shù)的應(yīng)用不僅可以保護電池免受過度使用的損害，同時可以提高電池的壽命和性能。

3. 2 故障識別與預(yù)警防控技術(shù)

新能源汽車的故障識別與預(yù)警防控技術(shù)是確保車輛運行安全性的重要組成部分，此技術(shù)有助于提前發(fā)現(xiàn)潛在問題，采取適當(dāng)?shù)拇胧瑴p少事故的發(fā)生概率。具體應(yīng)用路徑為：① 新能源汽車配備有慣性傳感器、溫度傳感器、電壓傳感器等，用于監(jiān)測車輛各系統(tǒng)的狀態(tài)。例如，慣性傳感器可以檢測到車輛的急剎車或碰撞，而溫度傳感器可以監(jiān)測電池和電機的溫度。當(dāng)傳感器檢測到異常情況時，會向車輛的電子控制單元發(fā)送信號，系統(tǒng)觸發(fā)警報或采取措施以降低風(fēng)險。② 應(yīng)用數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)。該技術(shù)旨在通過收集傳感器和車輛系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，確保對車輛進(jìn)行實時分析，以檢測潛在的故障或異常。如果系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)問題，可以通過車輛界面或遠(yuǎn)程通信發(fā)送警報給駕駛員或車輛維護團隊，在故障更嚴(yán)重之前能得到及時處理。③ 故障識別與預(yù)警防控技術(shù)包括自動化的維護和診斷系統(tǒng)。通過此類系統(tǒng)，車輛可以自動收集和分析數(shù)據(jù)，制定維護計劃，并預(yù)測零部件的壽命，使得車輛可以在零部件失效之前采取預(yù)防性維護措施，降低故障概率及事故風(fēng)險等級。

3. 3 動力電池智能健康管理技術(shù)

動力電池智能健康管理技術(shù)是新能源汽車安全領(lǐng)域的關(guān)鍵應(yīng)用，旨在監(jiān)測和維護電池系統(tǒng)的狀態(tài)，以確保其性能和安全性，該技術(shù)路徑的應(yīng)用有助于延長電池壽命，同時可以提高電池性能。具體應(yīng)用路徑為：① 健康診斷系統(tǒng)的應(yīng)用是動力電池智能健康管理技術(shù)路徑的關(guān)鍵組成部分，系統(tǒng)利用傳感器來監(jiān)測電池溫度、電壓、電流和電池容量等參數(shù)，通過實時數(shù)據(jù)采集和分析，可以評估電池的健康狀況，檢測異常情況［5］。例如，如果系統(tǒng)檢測到電池單體之間不均勻放電，則可以警告駕駛員或采取措施來平衡電池單體的充放電狀態(tài)，從而延長電池壽命。② 基于數(shù)據(jù)的預(yù)測維護技術(shù)的應(yīng)用是動力電池健康管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過分析歷史數(shù)據(jù)和電池性能模型，車輛可以預(yù)測電池的壽命和性能變化，有助于車主和維護團隊制定更加智能和高效的維護計劃。例如，系統(tǒng)可以提前預(yù)警電池可能出現(xiàn)的容量衰退問題，從而在問題惡化之前提醒車主及維修人員采取適當(dāng)?shù)木S護措施。③ 車輛制造商可以通過云連接遠(yuǎn)程監(jiān)控車輛電池的狀態(tài)和性能。如果系統(tǒng)檢測到潛在問題，制造商可以向車主發(fā)送警報并建議采取適當(dāng)?shù)拇胧瑥亩岣唠姵匕踩裕瑫r減少維修成本和停車時間。特斯拉公司已經(jīng)采用先進(jìn)的云連接技術(shù)來遠(yuǎn)程監(jiān)控車輛的電池狀態(tài)，在具體應(yīng)用中，特斯拉的云系統(tǒng)能夠發(fā)現(xiàn)車輛電池的單元電壓異常，在此基礎(chǔ)上，特斯拉的客戶服務(wù)團隊通過電子郵件和車載信息系統(tǒng)主動聯(lián)系車主，并建議其到最近的特斯拉服務(wù)中心進(jìn)行檢查與維護。

3. 4 碰撞后快速斷電技術(shù)

碰撞后快速斷電技術(shù)是新能源汽車安全領(lǐng)域的重要創(chuàng)新，旨在車輛發(fā)生碰撞事故時迅速切斷高電壓系統(tǒng)的電源，以降低火災(zāi)和電擊風(fēng)險。具體應(yīng)用路徑為：① 碰撞傳感器和智能系統(tǒng)是碰撞后快速斷電技術(shù)的核心。在實際應(yīng)用中，車輛通常配備有多個碰撞傳感器，碰撞傳感器能夠監(jiān)測到碰撞的發(fā)生及其強度。當(dāng)傳感器檢測到碰撞事件時，智能系統(tǒng)會立即采取行動，快速切斷高電壓電池系統(tǒng)電源，以降低發(fā)生火災(zāi)和電擊的風(fēng)險。② 安全開關(guān)是一種特殊的開關(guān)裝置，可以在碰撞事件發(fā)生后迅速切斷電池與其他部分的電連接。因此，即使在碰撞后車輛的電池仍然帶電，但由于安全開關(guān)的應(yīng)用，電池不會繼續(xù)供電，從而降低了電池系統(tǒng)的火災(zāi)風(fēng)險。

4 結(jié)語

綜上所述，高電壓系統(tǒng)、充電設(shè)施和碰撞安全性等問題均需要研究人員通過深入研究和技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)一步解決。電池?zé)崾Э仡A(yù)警防護技術(shù)、故障識別與預(yù)警防控技術(shù)、動力電池智能健康管理技術(shù)以及碰撞后快速斷電技術(shù)等新能源汽車安全技術(shù)的應(yīng)用有效解決了新能源汽車的安全問題。這些技術(shù)的不斷發(fā)展將提高新能源汽車的安全性能，為環(huán)境保護和乘員安全創(chuàng)造更有利的條件。

參 考 文 獻(xiàn)

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［ 2 ］ 周尤偉，潘沙. 新能源汽車動力電池安全技術(shù)研究[J]. 汽車測試報告，2022（23）：65-67.

［ 3 ］ 吳飛，宋文艷，王佳俊. 新能源汽車\"三電\"系統(tǒng)功能安全技術(shù)分析[J]. 汽車周刊， 2022（11）：22-24.

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［ 5 ］ 王芳，王崢，林春景，等. 新能源汽車動力電池安全失效潛在原因分析[J]. 儲能科學(xué)與技術(shù)，2022，11（5）：1411-1418.