國內(nèi)動力電池的風(fēng)險及安全防護(hù)措施分析

• 陳博 2023年10月20日 來源：中研網(wǎng) 626 36
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動力電池系統(tǒng)有一套復(fù)雜的管理和控制系統(tǒng)，時刻采集整個動力電池包的各種運行參數(shù)，進(jìn)行計算、診斷、通信和開關(guān)控制。系統(tǒng)越智能化，當(dāng)其發(fā)生故障時，后果也就越嚴(yán)重。舉個例子，比如動力電池包內(nèi)部的某個電芯過熱，熱管理系統(tǒng)失效，電芯存在熱失控的風(fēng)險，而這個時候的

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一、電芯起火爆炸風(fēng)險

動力電池系統(tǒng)所采用的電芯，其能量密度非常高，以磷酸鐵鋰電芯為例，能量密度可達(dá)120Wh/kg，換算成焦耳，1千克的磷酸鐵鋰電芯含有120&TImes;3600焦耳=0.43MJ。1克TNT炸藥可釋放4184焦耳的能量，換算下來，1千克的磷酸鐵鋰電芯蘊含的能量相當(dāng)于103克的TNT炸藥。一輛純電動汽車，其使用的電芯通常重達(dá)幾百公斤，以100公斤電芯計算，總能量就相當(dāng)于10公斤TNT炸藥。

二、漏電造成的電擊風(fēng)險

為了提升整車的驅(qū)動效率，動力電池的直流輸出電壓通常都在100V以上，有時高達(dá)400V以上，有一定電氣常識的人都知道，直流電壓超過60V，就是危險電壓。每年，因為電器、電線、電力設(shè)備等漏電所造成的電擊事故，都會發(fā)生很多，也經(jīng)常見諸媒體。那么，人們也有理由疑慮，電動汽車?yán)锩娴母邏簬щ姴考?，會不會漏電，并進(jìn)而造成電擊事故

三、環(huán)境適應(yīng)風(fēng)險

車輛的運行和使用環(huán)境非常復(fù)雜，既要經(jīng)受高溫高濕的考驗，也有高原高寒的折磨，有平坦的鋪裝里面，也有崎嶇不平的非鋪裝路面，既有極其干燥的地區(qū)，也有需要經(jīng)常涉水的地方。車輛在行駛過程中，要經(jīng)歷高低溫的循環(huán)考驗，要經(jīng)歷沿海的腐蝕性氣候，要經(jīng)歷暴雨洗禮和大水浸泡，要經(jīng)受各種沖擊、振動、跌落、甚至碰撞和翻滾。那么，在這些客觀的環(huán)境面前，動力電池系統(tǒng)面臨是否能經(jīng)受各種惡劣的環(huán)境的風(fēng)險。

四、過度使用風(fēng)險

當(dāng)產(chǎn)品銷量足夠大的時候，產(chǎn)品的使用，總有超過規(guī)定極限的情況或一些意外的情況，這是不可避免的。以手機(jī)為例，當(dāng)充電保護(hù)失效的時候，手機(jī)電池可能因為過充而起火或爆炸。如果手機(jī)電池被尖利的金屬穿刺，也有可能發(fā)生爆炸。電動汽車的動力電池系統(tǒng)面臨是否能經(jīng)受各種濫用的風(fēng)險。

五、電池管理系統(tǒng)失效風(fēng)險

動力電池系統(tǒng)有一套復(fù)雜的管理和控制系統(tǒng)，時刻采集整個動力電池包的各種運行參數(shù)，進(jìn)行計算、診斷、通信和開關(guān)控制。系統(tǒng)越智能化，當(dāng)其發(fā)生故障時，后果也就越嚴(yán)重。舉個例子，比如動力電池包內(nèi)部的某個電芯過熱，熱管理系統(tǒng)失效，電芯存在熱失控的風(fēng)險，而這個時候的溫度傳感器又壞了，或者軟件程序不能正常判斷并下發(fā)切斷指令，又或者本該執(zhí)行斷開動作的開關(guān)，不能正常的斷，風(fēng)險是否會蔓延，并造成嚴(yán)重的安全事故等等風(fēng)險。

國內(nèi)動力電池的安全防護(hù)措施：

一、結(jié)構(gòu)設(shè)計

動力電池作為電動汽車安全的核心，為進(jìn)一步完善動力電池的設(shè)計安全，整車廠尤其是主流的整車廠，要基于結(jié)構(gòu)安全的角度提升能量密度。而不能為了追求能量密度的補貼，而喪失設(shè)計本性，不惜一切代價的通過輕量化途徑提升能量密度，造成結(jié)構(gòu)安全、碰撞安全等問題。

二、高壓防護(hù)

1、在維修或保養(yǎng)新能源汽車前一定要切斷動力電源。

2、拆卸下來的電池總成的任何一部分都需要單獨放置，不能將任何物品覆蓋到電池組上面，遠(yuǎn)離一切火源或者熱量大的物體，以及不能在太陽下暴曬。

3、謹(jǐn)慎拆卸汽車部件，需要對部件進(jìn)行防水安放，因為這些最終部件最終都會組合成一個大的回路，如果有水，很有可能會造成短路。

4、需要身穿有效的防護(hù)設(shè)備，要正確的穿戴絕緣手套，絕緣鞋。

三、熱管理設(shè)計

電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)是電池管理系統(tǒng)的主要功能，電池的熱管理主要包括冷卻、加熱以及溫度均衡等功能。冷卻和加熱功能，主要是針對外部環(huán)境溫度對電池可能造成的影響來進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。溫度均衡則是用來減小電池組內(nèi)部的溫度差異，防止某一部分電池過熱造成的快速衰減。通過導(dǎo)熱介質(zhì)、測控單元以及溫控設(shè)備構(gòu)成閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使動力電池工作在合適的溫度范圍之內(nèi)，以維持其最佳的使用狀態(tài)，用以保證電池系統(tǒng)的性能和壽命。

電池的溫度直接影響了電池的安全性，因此電池的熱管理系統(tǒng)設(shè)計研究是電池系統(tǒng)設(shè)計中最關(guān)鍵的工作之一。必須嚴(yán)格按照電池的熱管理設(shè)計流程、電池的熱管理系統(tǒng)及零部件類型、熱管理系統(tǒng)的零部件選型及熱管理系統(tǒng)的性能評估等多個方面來進(jìn)行電池系統(tǒng)熱管理的設(shè)計和驗證，才能保證電池的性能和安全性。

電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)主要要求如下：

1) 避免熱失控，有害氣體產(chǎn)生時的有效通風(fēng);

2) 高溫環(huán)境中有效散熱;

3) 低溫環(huán)境中迅速加速或者保溫;

4) 減小電池溫度差異，保證電池溫度均勻性;

5) 電池溫度的準(zhǔn)確測量和監(jiān)控。

四、濫用測試評估

作為一個產(chǎn)品，鋰離子電池必須通過一系列測試，才能在手機(jī)、電動汽車等特定產(chǎn)品上應(yīng)用，測試主要分為安全測試和濫用測試兩種。

安全測試的項目如連續(xù)充電、高溫等，涵蓋了日常使用場景，驗證日常使用中的安全問題。而濫用測試是一個專有名詞，不是一個動詞+名詞。諸如擠壓測試、針刺測試等濫用測試項目，模擬的是檢測電池在不當(dāng)使用下的場景。

簡單來說，濫用測試模擬的場景都不大可能發(fā)生，但是通過這些測試可以說明電池在某個場景下的性能。用正態(tài)分布來表達(dá)，安全測試解決的就是主要的生活場景，而濫用測試覆蓋極端場景，二者互為補充，非包含的關(guān)系。通過了濫用測試，不等于通過了安全測試。

濫用測試模擬的是電池在極端條件下的表現(xiàn)，電池安全的表象是起火，而電池起火的主要內(nèi)因是電池內(nèi)部短路釋放大量的熱，引發(fā)電池失效。

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