新能源汽车动力电池安全问题分析及解决策略

王小林

摘 要：为了更好地应对日益严峻的能源危机局面，国家大力推行新能源汽车，不断调整优化能源结构布局，尽可能减少汽车尾气排放，降低自然环境污染程度。新能源汽车目前在电动汽车领域占据着主导性地位，国家及政府部门也出台了系列扶持政策，推动新能源汽车行业的快速发展。但近年来由于新能源汽车动力电池起火事故频发，所以现如今人们对新能源汽车的关注焦点已经从以往的里程问题转变为动力电池安全性能问题。鉴于此，本文首先简要介绍了新能源汽车动力电池主要类型，然后分析动力电池存在的安全问题，进一步提出了相应的解决策略，最后就新能源汽车动力电池安全技术发展给出了一定的建议，以期可以为我国新能源汽车行业的长足发展提供一定的指引。

关键词：新能源汽车 动力电池 安全问题 解决策略

1 引言

近些年我国新能源汽车行业发展迅猛，动力电池产业规模持续扩大，逐渐从政策引导向着市场化竞争转型，总体发展势态良好，各项安全生产标准也有序修订，安全标准体系越来越完善。但由于新能源汽车发展前期车型开发周期较短、用户使用经验不足、动力电池质量参差不齐等多因素影响，新能源汽车使用过程动力电池起火爆炸事故屡屡发生，不仅影响汽车产业的良性发展，而且对乘客生命安全造成了严重的威胁，必须引起高度重视。下面就重点论述新能源汽车动力电池安全问题及具体的解决策略，强化新能源汽车动力电池安全监管，保障其应用期间的安全性。

2 新能源汽车动力电池类型

2.1 铅酸电池

铅酸电池最早出现于19世纪，现如今设计生产技术均已较为成熟，该类电池主要适用于内燃机汽车。铅酸电池最大的缺陷就是循环性不佳、污染性大、比能量低；但也具有诸多优势，比如：原材料获取便捷、价格便宜、性能安全、稳定。特别是近些年铅酸电池生产技术大幅提升，应用期限也不断延长，比如放电功率从 20Wh/kg 上升到 40Wh/kg，回收率也有所增长，这些优势帮助铅酸电池在新能源汽车领域具有了更好的发展前景。

2.2 镍氢电池

镍氢电池是碱性电池领域最为典型的代表，其最大的优势在于比能量高、绿色环保、污染小，所以受到了广大新能源汽车制造厂商的青睐。除此之外，镍氢电池充电和放电速度都非常快，且充电过程彻底，实际应用中体现出较好的耐久性。就目前新能源汽车行业来看，国外的丰田与本田汽车均使用的镍氢电池，国内的中通客车及奇瑞等系列汽车也采用的镍氢电池。当然也具有一定的缺陷，比如：由于镍氢电池的制造生产需要消耗大量的钴和镍，所以生产成本相对比较高，且温度超出规定值会大幅降低电池使用性能，影响汽车行驶动力[1]。

2.3 锂离子电池

在诸多电池种类中，锂离子电池是目前新能源汽车最为理想的动力电池。锂离子电池最早是由索尼公司所研发，该类电池不仅安全性能非常好，而且电池能量更高，抗碰撞性与耐热性非常强，试验表明，锂离子电池即使发生碰撞或者将其置于高溫环境下，发生爆炸的风险非常小，而其他普通动力电池在发生激烈碰撞或者处于高温环境下，很容易发生电池爆炸事故。除此之外，同质量的锂离子电池能量是铅酸电池的5倍，是镍氢电池的3倍，且锂电池自动放电效率低、环境污染程度小，是目前新能源汽车动力电池的主流。

3 新能源汽车动力电池安全问题

3.1 生产环节存在的安全问题

对于新能源汽车动力电池来说，生产环节是否存在安全隐患，安全管控工作是否到位，与后期电池使用过程的安全性能存在密切的关联。若生产环节没有严加管控，也没有进行相应的科学试验测试，就难以保障动力电池运行过程的安全性与稳定性，甚至还会引发系列安全事故，对新能源汽车的安全行驶造成极大的威胁。例如：目前我国针对新能源汽车补贴政策实行的为一年制，这与汽车供应商开发时间完全不对等，但部分企业为了享受补贴政策，故意缩减生产周期，忽略汽车性能测试工作，这就埋下了一定的安全隐患[2]。再比如：部分制造商为了缩减产品研发周期，采取增大活性材料厚度、减小电池隔膜厚度等措施，表面上看确实增加了电池能量，但存在较大的安全隐患。

3.2 使用环节存在的安全问题

3.2.1 电池热失控

低碳节能可持续发展战略背景下，新能源汽车产业迅速崛起，国家也提供了诸多优惠扶持政策，各项基础设施越来越完善，同时还引进了现代化5G技术，搭建网络信息平台，构建核心数据库，增设新能源汽车换电站与充电桩数量，基于消费者切实需求积极转型升级新能源汽车使用性能，全面推动新能源汽车产业的良性发展。目前全国范围内新能源汽车动力电池应用最为广泛的为锂电池，此类电能储备装置具有使用寿命长、能量密度高效等诸多应用优势，但依旧存在一定的安全问题。

据相关统计结果显示，2016—2020年期间，新能源汽车动力电池因为热失控发生自燃事故就高达数百例，严重威胁着驾驶员及乘客的人身安全。导致动力电池热失控的根本原因在于电池长期处于高效使用状态，部分零部件老化严重，电池整体性能下降，尤其是内阻发热程度明显增高，当温度从90℃升高至120℃期间，SEI膜会不断散热，电池内部温度持续升高，隔膜熔化功能关闭；在温度高达150℃的情况下，电池内部电解质加速分解，热量分散速率加快；在温度达到200℃的情况下，电池内部正极材料开始分解，不仅释放大量的热能，同时还会释放部分气体，且持续升温；在温度达到300℃的情况下，电解液与负极明显改变，在氧气的冲击下剧烈反应，引发热失控问题[3]。

3.2.2 充电设备不合理

部分供应商一味盲目节约成本，不够重视新能源汽车动力电池充电安全性问题，没有严格按照国家有关规定规范化建设新能源汽车充电设施，难以保障电池充电过程的稳定性与安全性。还有部分制造商未按照规定要求认真设计执行动力电池安全管理系统，比如：动力电池充电设备缺乏自动化断电器。除此之外，绝大多数新能源汽车企业没有严格落实动力电池充电回路绝缘电压、充电桩设施绝缘功能及电池温升功能系列试验检测工作，无法保障动力电池使用过程的安全性。

4 新能源汽车动力电池安全问题的解决策略

4.1 生产环节安全控制策略

4.1.1 优化测试验证模式

国家对新能源汽车动力电池生产标准及性能测试有着非常明确的规定，通过严格规范化的试验测试能够及早发现动力电池潜在的安全隐患，并根据具体问题采取针对性的处理对策，比如：三元锂电池和磷酸铁锂电池测试期间，当温度超出规定数值时会发生明显的分解现象，特别是三元锂电池，当试验温度达到200℃的时候，三元锂电池材料还会发生系列化学反应生成氧分子，造成燃烧反应的持续进行，所以在投入使用前对电池材料安全性能进行测试十分必要，这也是新能源汽车优先选用磷酸铁锂动力电池的一个重要原因。除此之外，还需遵循国家相关标准，按照车型特征进行动力电池高压电流安全验证测试，保障动力电池安全性能达到最佳状态，为新能源汽车的安全可靠使用奠定坚实的基础保障。

4.1.2 选择恰当的测试验证方法

新能源汽车动力电池生产环节的性能测试需综合考量生产技术、电池特性及国家有关规定等诸多要素，选择最为科学合理的测试验证方法，提高测试效率，保障测试工作的时效性与测试结果的精准性，全面掌握动力电池存在的安全问题，及时完善优化电池性能。以往传统的动力电池生产制造过程中，并没有配备相应的传感监控体系，而是配置了智能化锂离子动力电池组，通过铝合金材料在侧方进行开口处理，以为传感器的设置提供更大的便利，同时还需在结构内部水平位置设置电池卡槽，然后将动力电池安装固定好，建立防热垫圈结构，有效缓解汽车行驶期间由于震动产生的不良反应[4]。除此之外，在电池之间配设冷却管装置，使运行过程中电池组温度处于相对稳定的状态；在电池结构外壳前端安装处理器，确保能够掌握电池电压及温度各项参数动态变化情况；在结构外部安装电池正负极处理器，实现对设备实际运行速度的有效控制，这样的设计方式能够有效规避动力电池运行期间发生高温问题，保障动力电池组的长久稳定运行。

4.2 使用环节安全控制策略

4.2.1 电池报废管理和替换管理

为了避免动力电池使用时间延长出现的功能破坏和老化现象影响其安全性能，必須加强电池替换管理和报废管理工作，最大限度规避电池安全问题，降低安全风险发生几率。当电池性能低于设计值30%的时候应采取梯次或者拆解方式，一方面提升动力电池安全使用性能；另一方面提高能源利用率，避免造成资源的严重浪费，体现出良好的环保性与实用性。对于已经报废的电池应及时更换，并对废旧电池进行合理回收，以免污染自然环境[5]。

4.2.2 加强电池充电安全管理

为了达到较为理想的电池充电安全管理成效，我们需根据电池类型与特性，积极创新优化管理模式，规范用户的电池充电行为，在条件允许的情况下最好能提前对使用者进行专业培训，告知他们电池的安全充电操作要领及注意事项。要求使用者切不可擅自随意改装电池，否则可能会面临严重的安全问题。同时还应加强新能源汽车动力电池日常维修养护管理，定期检查各零部件性能，确保其处于良好的运行状态，针对细小隐患做好科学处置，避免影响范围进一步扩大。若车辆遭受了雨水浸泡、剧烈撞击或者底盘受损，应到专业修理机构处理，并进行整体检查，强化管理，保障新能源汽车电池的安全应用。

5 动力电池安全技术发展建议

5.1 政府部门加强安全监管

政府有关部门应不断建立健全新能源汽车安全运行监管体系，明确汽车制造商的安全主体责任，借助现代化信息技术构建安全监控平台，加大对新能源汽车制造企业的监管力度，鼓励企业积极引入应用先进的安全预警模式，全面提升新能源汽车安全预警能力。同时完善动力电池全生命周期安全检验机制和日常维护保养制度，要求使用人员必须按照规定对车辆进行年检，降低安全事故发生风险。除此之外，各部门之间做好协同联动，认真落实新能源汽车事故调查流程，对事故车辆关键零部件进行专业技术鉴定检查，提高事故信息透明度，增加消费信心。

5.2 行业组织发挥自律协调作用

行业协会及学会应充分发挥其自律协调作用，最好能与地方高校或者研究院进行校企合作，成功攻克各项技术难关，不断提高动力电池安全预警能力、安全性能和智能化监测水平。根据产业发展及消费者实际需求，积极完善新能源汽车动力电池安全标准修订工作，包括：电池压力、热失控产气标准及异物内短路等各项试验测试标准。加强产业链关联企业联动，促进产业间深度合作，加大安全宣传力度，降低消费者安全风险顾虑。

5.3 企业加大安全监测技术投入

新能源汽车生产企业应根据自身发展现状，适度增加动力电池安全技术研发力度，做好与上游及下游各大企业间的协同合作与深度融合，不断提高动力电池安全实用性能。持续优化动力电池安全监控平台，提高安全监测水平，对动力电池运行过程进行动态化监测，第一时间掌握电池的安全问题与危险程度，建立相应的事故报警及应急处理预案[6]。企业还应结合自身销售状况，出台多样化的优惠政策，比如：免费进行安全性能检测、以旧换新、定期免费维护保养、发放电池安全使用手册等等，加强用户对新能源汽车动力电池的规范化使用指导，帮助消费者建立良好的车辆使用习惯。

6 结束语

总而言之，与以往传统的油车相比而言，新能源汽车更加低碳环保，很好地契合了我国近些年提倡的绿色节能发展政策。可是由于新能源汽车研发周期比较短，各项技术还不够成熟，尤其是动力电池安全问题频发，必须引起我们的高度重视。政府部门、制造商及行业组织等应进行多方联合，加大研发与技术投入，优化设计系统，不断提高动力电池安全使用性能，确保电池使用过程足够安全稳定，为驾驶员及乘客提供良好的乘车环境，推动我国电动汽车产业的长足发展。

参考文献：

[1]王震坡，袁昌贵，李晓宇.新能源汽车动力电池安全管理技术挑战与发展趋势分析[J].汽车工程，2020，42（12）：1606-1620.

[2]吴敬彬，石春，吴刚.基于功能安全标准电动汽车电池电子部件的研制[J].仪表技术，2020（06）：7-12.

[3]陈泽宇，熊瑞，孙逢春.电动汽车电池安全事故分析与研究现状[J].机械工程学报，2019，55（24）：93-104+116.

[4]张宝利.基于功能安全的电动汽车电池管理系统架构设计[D].北京交通大学，2019.

[5]宁水根，张庆永，黄经元，张海东.电动汽车电池系统安全设计与制造的思考[J].电源技术，2019，43（05）：896-899.

[6]张东明，张晓云.电动汽车电池组特征分析及安全防范措施研究[J].机械制造与自动化，2018，47（01）：193-196.