我国新能源汽车动力电池安全现状分析与探讨

2023-01-30尹艳萍马小利

电池工业 2022年6期

刘岩，尹艳萍，黄倩，胡博，马小利*

(1.国联汽车动力电池研究院有限责任公司，北京 101499；2.中国汽车动力电池产业创新联盟，北京 100088)

1 引言

近年来，我国新能源汽车和动力电池产业规模迅速增长，产业整体处于从政策引导向市场化竞争的转型期，总体发展形势向好。在产业发展过程中，政府、行业、企业一直把安全作为发展的重心。关于新能源汽车及动力电池安全的标准正在有序制修订，安全标准体系逐步完善，详细标准情况如表1所示。但由于发展前期车型开发周期短、动力电池产品质量参差不齐、用户使用经验不足等因素，导致近年来新能源汽车起火爆炸等安全事故频发。为保障新能源汽车产业健康发展，提升对质量安全的重视，分析新能源汽车动力电池安全现状，研究电池安全技术进展情况，提出加强动力电池安全管理的建议。

表1 现行标准Table 1 Current standards.

2 新能源汽车与动力电池安全现状

2.1 新能源汽车安全现状

据中国新能源汽车大数据研究报告统计：历年新能源汽车着火事故率呈现逐年下降趋势。2019年生产的车辆着火事故率为0.037‰；2020年生产的车辆着火事故率为0.030 3‰，2021年生产的车辆着火事故率为0.008 4‰。着火事故率定义为某年份生产的车辆在当年1月1日到当年12月31日发生的着火事故数量除以某年份生产的车辆累计接入国家监管平台的总数[1]。

新能源汽车起火主要包括静置起火、充电起火和行驶起火三种类别，事故数量占比分别为38%、23%和39%。通过对事故情景分析统计发现，新能源汽车起火事故数量与地域和季节有明显关系，温度、湿度等环境因素影响效果最为显著。南方城市高温天气时间长，新能源汽车保有量高，基数大，事故发生频数更大，如图1所示。二、三季度主要有较多的高温与雨水天气，温度高湿度大更容易造成电池热失控起火，如图2所示。月份情况看，7—9月起火数量增长最为明显，2019年、2020年新能源汽车月度起火情况如图3所示。

图1 2019—2021年南方城市与北方城市新能源汽车起火事故对比Fig.1 Comparison of safety fire incidents in southern and northern cities in 2019—2021.

图2 2019—2021年季节性新能源汽车起火事故对比Fig.2 Seasonal safety fire incidents comparison in 2019—2021.

图3 2019—2020年新能源汽车月度起火情况Fig.3 Monthly fire incidents of new energy vehicles in 2019 and 2020.

2.2 动力电池安全现状

动力电池作为关键零部件，是新能源汽车各类起火事故的主要诱因[2]。据新能源汽车安全事故调查统计，新能源汽车自燃事故中，动力电池问题引发的事故占比超过50%，触发动力电池安全事故主要有两种情形：一是外部因素触发，包括汽车碰撞、不合理充电、零部件短路及人为滥用等；二是内部因素触发，包括异物及金属沉积导致内短路、毛刺及枝晶刺穿隔膜导致内短路等。整体来看，动力电池安全事故是多因素耦合造成的结果，进一步分析事故诱发原因并进行有效地监测预警，降低事故损失，是保障动力电池产业持续健康发展的根基。

3 动力电池安全技术进展情况

安全是新能源汽车产业持续发展的核心与基础，近年来国内新能源汽车和动力电池企业不断增加电池安全技术研发投入，各种新技术层出不穷，主要从本征安全、主动安全和被动安全[3]三个层面进行改善。

3.1 本征安全技术进展

本征安全技术即从电池热失控原理出发，通过电池安全设计，降低电池热失控风险。主要包括以下三个方面。

(1)提升电解液稳定性。宁德时代、国家动力电池创新中心通过正负极材料包覆、电解液中添加适量的添加剂[4]，提高电池耐高温、高压能力，目前高镍三元电池热失控温度在150～170 ℃。

(2)提升隔膜强度[5]。比亚迪、国轩高科通过在电极、隔膜表面增加功能涂层来提升电池隔膜机械强度降低内短路风险，目前行业内高性能隔膜拉伸强度能够高达320 MPa。

(3)优化电芯结构设计，比亚迪刀片电池通过增加电芯长度、降低电芯厚度，有效减少电池穿刺过程中的热量积累，提高了电池包安全性，炉温耐受升至300°，充电电压至2.6倍不起火。

3.2 被动安全技术进展

被动安全即对电池包做安全设计，在电池发生热失控后拥有足够的安全冗余，防止电池包安全事故扩大化，预留充足时间警示乘员撤离。被动安全设计集中在电池系统层面，主要包括以下两方面。

(1) 热失控发生后的热疏导。长城汽车“大禹电池”技术在电池包发生热失控后，通过灭火通道、封堵结构等特殊设计，引导热气流按照规定路线排出电池包，并对排出气体进行降温，以降低高温气体及毒害气体对人员的损害。

(2) 电池包的隔热绝热结构设计，江淮汽车“蜂窝电池”采用六边形蜂巢，通过外延包覆实现单元化封装，并在电芯单元内注满绝热胶，从而做到电芯单体之间电隔离和热隔离，避免引发热扩散。

3.3 主动安全技术进展

主动安全指通过系统结构设计和平台监控手段对电池安全边界主动控制，避免发生电池热失控。主要包括以下两方面。

(1) 提升系统结构设计合理性。广汽埃安弹匣电池系统安全技术通过使用独立分割的U型匣体将电池组包裹，匣体壁内布满冷却管，实现电池组与冷却系统大面积接触，增强电池降温效果，匣体的使用也使电池组在电池包内部呈现安全仓保护状态，一定程度上降低热扩散的发生概率。

(2) 完善监测预警技术。上汽、蔚来等车企通过大数据监控平台实现对单只电池全生命周期的实时监测，有效识别预警动力电池潜在隐患和故障，提出合理应对措施，部分车企诊断准确率已超过95%，极大降低事故风险。

4 动力电池安全技术发展建议

在各方的共同努力下，我国新能源汽车安全工作已取得一定成效，对动力电池全生命周期的安全管理理念也已逐步形成，电池安全意识不断增强，但电池安全技术发展仍任重道远，建议从以下三个方面开展工作。

(1)政府主管部门要加强安全监管力度。建立和完善新能源汽车安全运行监管体系，强化车企安全主体责任，加快制定新能源汽车生产企业安全监控平台的建设规范，鼓励车企应用先进安全预警模型，提升新能源汽车安全隐患筛查和预警能力；建立和健全动力电池全生命周期的安全检验制度，联合相关部门推进新能源汽车车辆年检法规，完善车辆及关键零部件定期维护保养制度，降低事故发生率；协同公安部、消防总局、市场监管总局进一步明确新能源汽车事故调查流程，组建专业的事故调查机构及关键零部件事故评价及技术鉴定机构，建立事故调查结果公开发布机制，提高事故信息透明度，增加消费信心；加快启动现行安全国标的制修订工作，例如热扩散、底盘碰撞、休眠唤醒、异常大电流冲击等(现行及在研标准情况详见附件2)。

(2)行业组织应发挥行业自律协调作用。充分发挥学会、协会、联盟等社团的行业自律协调作用，协同高校、研究院所、企业等国内外优势资源，开展动力电池安全创新技术攻关，进一步提升产品安全性能、提高安全预警能力及智能监测水平，降低事故比例；发挥行业组织团体标准工作试点的优势，根据产业发展实际情况，及时快速开展动力电池安全相关团体标准制修订，如热失控产气标准、压力测试标准、异物内短路等测试标准，以团体标准形式先行先试，促进标准体系建设；加强产业链关联企业联动，通过组织行业会议、产业交流等方式，打通整车、电池、充电三方面的信息壁垒，促进产业间深度合作；加大消费者使用环节的安全常识普及和宣传力度，组织开展安全倡议活动，降低消费者安全风险顾虑，提升消费信心。

(3)企业应高度重视技术投入，加强安全监测工作。建议企业持续加大安全技术研发力度，加深产业链上下游企业协同合作，多维度融合各层级安全技术，从本征、主动和被动三个层面提高产品安全性能；企业应进一步优化安全监控平台建设，提高安全监测能力，实现动力电池全场景、全生命周期的安全监测，大幅提升监测平台的安全预警能力，做到根据事故危险程度合理划分风险等级，并建立相应的事故报警及应急处理预案；整车企业应结合自身销售情况，对早期未接入监测平台的车辆研究制定相关应对方案，考虑通过以旧换新、免费安全检验等优惠政策鼓励用户定期维护，消除潜在安全隐患；做好用户使用指导，完善新能源汽车用户使用手册，针对不同工况、不同倍率充电等使用场景，进一步明确用户使用要求，帮助消费者建立良好的车辆使用习惯。