新能源汽車動力電池安全問題分析及解決策略

吳長青

摘 要：社會經(jīng)濟(jì)水平的不斷增長，推動工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，同時(shí)人們生活質(zhì)量的提高，對汽車行駛安全提出高要求。在新形勢下，我國交通運(yùn)輸領(lǐng)域的持續(xù)進(jìn)步使新能源汽車應(yīng)用數(shù)量不斷增多，但是也會出現(xiàn)新能源汽車安全事故，根本原因在于動力電池短路、熱失控等問題，從而對駕駛員生命安全造成極大威脅?；诖?，本文對新能源汽車動力電池安全問題進(jìn)行深層分析，對其研究出具體解決對策，以供從業(yè)人士參考。

關(guān)鍵詞：新能源汽車 動力電池 安全問題 解決策略

現(xiàn)如今，新能源汽車企業(yè)研發(fā)主要集中在電池安全功能，并且我國已經(jīng)生產(chǎn)出質(zhì)量可靠、應(yīng)用壽命長、安全性高、成本低的高效新能源電池。要想從根本上解決安全問題，還需圍繞新能源汽車動力電池特征、安全問題引發(fā)誘因等，制定出完善電池安全管理體系、安全防范機(jī)制，充分維護(hù)電池應(yīng)用穩(wěn)定性，為人們行駛安全保駕護(hù)航。

1 新能源汽車動力電池類型

1.1 鉛酸電池

在新能源汽車行業(yè)中，鉛酸電池是研發(fā)比較成熟的一種動力電池，盡管有許多使用者認(rèn)為鉛酸電池在汽車運(yùn)用中出現(xiàn)污染環(huán)境、技術(shù)工藝不佳等問題，但是在新能源汽車行業(yè)中依舊有廣闊發(fā)展前景，還需對其開展進(jìn)一步研究。隨著時(shí)代的推動，鉛酸電池技術(shù)在功能和水平方面進(jìn)行優(yōu)化與改善，比如放電功率從20Wh/kg上升到40Wh/kg，鉛酸電池應(yīng)用期限也在逐漸延長，由300多次增加到4000多次[1]。另外，在鉛酸電池回收技術(shù)上也會有所突破，其回收使用率增長到90%，促進(jìn)鉛酸電池在新能源汽車應(yīng)用中有了更好發(fā)展前景，有效發(fā)揮良好推動作用。

1.2 鎳氫電池

鎳氫電池是新能源汽車中功能發(fā)揮良好的一種電池類型，主要分為高壓鎳氫電池和普通鎳氫電池。鎳氫電池應(yīng)用在新能源汽車中能夠體現(xiàn)出記憶效應(yīng)小、放電倍率大以及循環(huán)使用時(shí)間長等優(yōu)勢，在我國汽車制造領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用。比如，在日本著名汽車品牌豐田中的普銳斯汽車以運(yùn)用鎳氫電池為主。

1.3 鋰電池

在科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展下，微電子技術(shù)也在日益成熟，推動鋰電池進(jìn)入到大規(guī)模生產(chǎn)運(yùn)用階段，這種動力電池通過鋰合金作為陽極新材料，借助非水電解質(zhì)溶液的電池制造而成。鋰電池應(yīng)用在新能源電池中有效發(fā)揮出良好功能，其功率和運(yùn)行能量分別達(dá)到1600Wh/kg、150Wh/kg。與此同時(shí)，通過我國鋰電能長期研發(fā)與創(chuàng)新，鋰電池的各種參數(shù)和功能也在不斷更新與完善?，F(xiàn)如今，我國鋰電池研究方向以聚合物鋰電池為主，主要分為三元鋰、錳酸鋰等。這些電池形式功能沒有明顯實(shí)質(zhì)性區(qū)別，都能在新能源汽車生產(chǎn)制造中實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用。

1.4 燃料電池

燃料電池是由化學(xué)能源轉(zhuǎn)變成電能化學(xué)配置，又被稱之為電化學(xué)發(fā)電器。燃料電池應(yīng)用在新能源汽車生產(chǎn)制造中具有工作效率高、噪音污染程度低、有害排出量少等優(yōu)勢，成為新能源汽車行業(yè)中廣泛應(yīng)用的動力之一。和其他發(fā)達(dá)國家相比較，我國燃料電池發(fā)展速度緩慢，技術(shù)水平落后，極有可能引發(fā)技術(shù)設(shè)施不健全、技術(shù)研發(fā)力度缺失等各種問題，還需與相關(guān)企業(yè)的大力協(xié)助，積極建設(shè)專業(yè)化技術(shù)團(tuán)隊(duì)，從根本解決電池問題，有利于燃料電池能夠在新能源汽車中發(fā)揮作用，為汽車可持續(xù)發(fā)展提供足夠清潔動力能源[2]。

2 新能源汽車動力電池安全問題

2.1 生產(chǎn)環(huán)節(jié)的安全問題

新能源汽車動力電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，安全管理與電池安全運(yùn)用有著直接聯(lián)系，一旦在操作中沒有對其加以管控，也沒有采用科學(xué)測試維護(hù)電池運(yùn)行穩(wěn)定性，極有可能對新能源安全行駛造成極大威脅，甚至還會引發(fā)一系列安全事故。比如，我國新能源汽車補(bǔ)貼政策是一年，與汽車供應(yīng)商開發(fā)時(shí)間不對等，特別是在使用化學(xué)材料過程中，體系改革已經(jīng)超出一年限制，但是企業(yè)為了得到相關(guān)補(bǔ)貼，極有可能在生產(chǎn)操作期間過于隨意，惡意減少測試檢測時(shí)間，很難在后期使用過程中確保電池安全可靠。除此之外，一些新能源汽車制造商為了減少產(chǎn)品研發(fā)時(shí)間，刻意采用物理措施，比如降低電池隔膜厚度，增加活性材料厚度，盡管在實(shí)際中增加電池能量，對電池安全性造成很大影響，從而對其電池安全運(yùn)用帶來極大破壞。

2.2 應(yīng)用期間的安全問題

1.電池?zé)崾Э?/p>

在當(dāng)前汽車制造領(lǐng)域中，新能源汽車產(chǎn)業(yè)迅速崛起。近年來，通過國家相關(guān)數(shù)據(jù)報(bào)告了解到，為了建設(shè)先進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)信息平臺，積極引用5G技術(shù)不斷拓展應(yīng)用途徑，有效構(gòu)建核心數(shù)據(jù)系統(tǒng)，不僅提升充電樁和換電站數(shù)量，還能大力推廣新能源汽車，關(guān)注消費(fèi)者需求，進(jìn)一步推動產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型?，F(xiàn)如今，我國新能源汽車已經(jīng)廣泛運(yùn)用鋰離子電池，將其作為新能源汽車電能儲備裝置，有著高效能量密度、應(yīng)用期限長等優(yōu)勢，但是在實(shí)際操作中依舊會出現(xiàn)許多安全問題。根據(jù)實(shí)踐調(diào)查了解到，自2016年到2020年之間，因電池?zé)崾Э匾l(fā)的自燃事故高達(dá)數(shù)百例，甚至?xí)Φ缆泛婉{駛員生命安全帶來極大威脅。這些事故發(fā)生的根本原因在于新能源動力電池長期處于高效使用狀態(tài)，導(dǎo)致部分構(gòu)件逐漸老化，電池功能也在日益下降，所以在這種狀態(tài)下過度充電、長期閑置都有可能出現(xiàn)熱失控[3]。從基層原理了解到，電池長期使用促使內(nèi)阻發(fā)熱程度增高，如果達(dá)到90～120℃過程中，SEI膜就會逐漸分散熱量，內(nèi)部溫度也在逐漸升高，使隔膜熔化功能關(guān)閉；如果溫度處于150℃時(shí)，內(nèi)部電解質(zhì)也會隨之分解，繼續(xù)釋放內(nèi)部熱量；如果溫度高達(dá)200℃時(shí)，正極材料開始分解，除了釋放熱量之外，還會釋放內(nèi)部氣體，依舊保持在升溫狀態(tài)；如果溫度處于300℃時(shí)，嵌鋰態(tài)負(fù)極和電解液之間會出現(xiàn)明顯變化，特別是與氧氣沖擊情況下發(fā)生劇烈反應(yīng)下，從而引發(fā)熱失控問題。

2.充電不合理

電池充電過程中也會引發(fā)數(shù)據(jù)通訊不合理現(xiàn)象，甚至還有部分供應(yīng)商沒有根據(jù)國家規(guī)定建設(shè)新能源充電設(shè)施，不利于電池安全穩(wěn)定，充分說明新能源汽車動力電池充電安全性的重要性。但是在大多數(shù)新能源汽車制造企業(yè)發(fā)現(xiàn)，其電池安全管理系統(tǒng)沒有按照明確規(guī)定執(zhí)行，比如國家要求企業(yè)必須采用自動化斷電器控制分析問題，但是在絕大部分企業(yè)經(jīng)營中沒有配置這項(xiàng)功能，也未能合理設(shè)計(jì)充電樁設(shè)施絕緣功能、充電回路絕緣電壓金檢測功能、溫升檢測功能等，大大降低電池充電安全性，甚至對電池功能造成一定影響。

3 新能源汽車動力電池安全問題的解決策略

3.1 生產(chǎn)安全的控制方法

1.優(yōu)化測試驗(yàn)證模式

根據(jù)國家相關(guān)規(guī)定必須更新生產(chǎn)環(huán)節(jié)測試、優(yōu)化驗(yàn)證工作標(biāo)準(zhǔn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)動力電池隱藏的安全問題，并且按照問題類型迅速測試驗(yàn)證正極材料狀態(tài)，比如在對磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池應(yīng)用測試時(shí)，一旦溫度達(dá)到規(guī)定指標(biāo)立即會出現(xiàn)分解現(xiàn)象。尤其是對于三元鋰電池在200℃分解情況下，磷酸鐵鋰電池會在200℃實(shí)現(xiàn)分解，同時(shí)三元鋰電池材料極有可能出現(xiàn)明顯化學(xué)反應(yīng)，將其分散成氧分子，產(chǎn)生持續(xù)性燃燒反應(yīng)，所以在測試驗(yàn)證環(huán)節(jié)時(shí)必須對各種材料安全功能進(jìn)行分析，優(yōu)先選擇磷酸鐵鋰作為新能源汽車電池生產(chǎn)材料。除此之外，電池高壓電流方面的安全測試和驗(yàn)證分析，也要遵循各種車型特征、國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)完善工作內(nèi)容和制度，有利于測試驗(yàn)證分析效果理想化，從根本保障生產(chǎn)環(huán)境電池應(yīng)用可靠[4]。

2.選擇合適測試驗(yàn)證方法

當(dāng)電池處于生產(chǎn)過程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)新能源汽車動力電池特征、生產(chǎn)技術(shù)、國家相關(guān)規(guī)定等，選擇合適測試驗(yàn)證方法，從實(shí)際防止因安全規(guī)范體系引發(fā)問題，從而在全面測試分析、驗(yàn)證過程中快速掌握電池安全諸多問題，合理分配工作內(nèi)容，大幅度提高測試效率，增強(qiáng)驗(yàn)證工作時(shí)效性，有效在實(shí)施措施中呈現(xiàn)出多元化效果。與此同時(shí)，可以借鑒工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，參照工作特征，確保測試驗(yàn)證處理科學(xué)化，進(jìn)一步提高工作效率和工作水平。另外，在傳統(tǒng)電池生產(chǎn)制造過程中，沒有落實(shí)傳感監(jiān)控體系，在這種情況下需要在生產(chǎn)階段配置智能化鋰離子動力電池組，通過鋁合金材料在側(cè)方進(jìn)行開口處理，為設(shè)置傳感器零部件提供便利，并且在結(jié)構(gòu)內(nèi)部水平位置設(shè)計(jì)精準(zhǔn)電池卡槽，將電池安裝在其中，建立防熱墊圈結(jié)構(gòu)，減少新能源汽車駕駛期間由于震動引發(fā)不良反應(yīng)。在電池之間設(shè)計(jì)冷卻管，當(dāng)電池組正式啟動之后冷卻管會正常運(yùn)行，確保電池組溫度穩(wěn)定。除此之外，對結(jié)構(gòu)外殼前端位置設(shè)置處理器，能夠快速搜集電池溫度數(shù)據(jù)信息、電壓參數(shù)等。在外部結(jié)構(gòu)安裝與設(shè)備連接的動力電池正負(fù)極處理器，從根本控制設(shè)備運(yùn)行速度。這種設(shè)計(jì)方法有效處理生產(chǎn)環(huán)節(jié)中引發(fā)溫度升高問題，運(yùn)用冷卻管替代傳統(tǒng)風(fēng)扇，增強(qiáng)散熱效果，借助傳感器實(shí)現(xiàn)動態(tài)化監(jiān)控，防止溫度升高引起系統(tǒng)熱失控問題，促進(jìn)電池組安全穩(wěn)定。

3.2 應(yīng)用環(huán)節(jié)的控制

1.電池報(bào)廢管理和替換管理

要想從實(shí)際防止電池長期使用出現(xiàn)老化或者是功能破壞影響其安全功能，相關(guān)部門必須加大電池報(bào)廢管理和設(shè)備替換管理力度，減少安全問題發(fā)生次數(shù)。針對動力電池來說，如果發(fā)現(xiàn)其不能繼續(xù)使用應(yīng)當(dāng)立即回收。當(dāng)電池應(yīng)用性能降低到30%即可采用梯次方式，也可以采用拆解方式，將其應(yīng)用在路燈中，不僅能防止新能源汽車電池出現(xiàn)安全問題，也可以從實(shí)際防止資源過度浪費(fèi)，有效提高能源利用率，達(dá)到實(shí)用性、環(huán)保性效果。通過回收利用的方式做出針對性處置，避免對環(huán)境造成污染[5]。

2.完善充電安全管理工作模式

為了達(dá)到電池充電的安全管理效果，必須不斷創(chuàng)新管理方法，嚴(yán)格規(guī)范電池應(yīng)用行為，在使用前也會對應(yīng)用者進(jìn)行專門電池安全使用培訓(xùn)，圍繞充電注意事項(xiàng)、充電操作等開展培訓(xùn)。值得注意的是，在培養(yǎng)過程中時(shí)刻提醒使用者不能私自改裝電池，否則會面臨重大安全事故。另外，要求使用者定期對新能源汽車電池進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)，實(shí)時(shí)排查故障，及時(shí)掌握其安全隱患以及排查情況。當(dāng)汽車底盤受損、激烈撞擊、雨水浸泡等情況下，提醒使用者快速在附近維修點(diǎn)進(jìn)行整體檢查，指導(dǎo)使用者在充電過程中找到安全問題引發(fā)的具體位置，強(qiáng)化管理力度，充分保障新能源汽車電池應(yīng)用安全。

4 新能源汽車動力電池的發(fā)展途徑

4.1 加強(qiáng)統(tǒng)一制造模式

在新能源汽車動力電池研究中發(fā)現(xiàn)，統(tǒng)一制造成為重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容。首先，對新能源汽車行業(yè)發(fā)展制定長期方案，如果在傳統(tǒng)層面研究很難達(dá)到未來發(fā)展效果，大大影響后期成果。所以新能源汽車動力電池的許多技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)等都必須進(jìn)行分析和整合。另外，需要從多方面分析。在新形勢下，新能源汽車已經(jīng)在各城市廣泛應(yīng)用，獲取社會消費(fèi)者的一致認(rèn)可。所以統(tǒng)一制造的實(shí)施，對固有工作成果造成直接影響。在這種情況下，積極了解市場反饋和社會的影響，通過大規(guī)模調(diào)查研究，優(yōu)化統(tǒng)一制造方法，從根本防止不必要問題發(fā)生。

4.2 延長新能源電池壽命

在對新能源汽車動力電池進(jìn)行研發(fā)和實(shí)踐中分析，只有延長其應(yīng)用壽命，才能充分保障新能源汽車持續(xù)發(fā)展，有效在未來發(fā)展中大幅度提升。比如，對于大功率充放電的大容量鋰離子動力電池組，需要在動力電池安全功能提升方面，對新能源汽車整體進(jìn)行測試，實(shí)時(shí)觀察動力電池應(yīng)用狀況下出現(xiàn)的不同反應(yīng)，采用合理方式，大幅度提高電池安全性[6]。

4.3 滿足市場高需求

在新能源汽車動力電池中，鋰電池具有高效鋰金屬特征，但是同等鋰電池性能只有鉛酸電池的20%，所以科學(xué)運(yùn)用鋰電池能夠?yàn)樾履茉雌嚬δ茉O(shè)計(jì)、制造生產(chǎn)等方面提供更多發(fā)展空間，充分滿足各渠道客戶需求，實(shí)現(xiàn)多元化新能源汽車設(shè)計(jì)。除此之外，鋰電池具有良好綠色環(huán)保特點(diǎn)，與新能源綠色環(huán)保節(jié)能概念完全相符，并且在以后發(fā)展中可以根據(jù)市場需求進(jìn)一步更新鋰電池產(chǎn)品，不僅延長新能源汽車電池應(yīng)用期限，還能提高應(yīng)用安全性。

5 總結(jié)

在新時(shí)代背景下，人們生活水平的提升，使更多人選擇購買新能源汽車，大大提高其數(shù)量，但是在具體應(yīng)用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)動力電池安全問題，引發(fā)一系列安全事故，對新能源汽車駕駛員生命安全造成極大威脅。在這種情況下，作者結(jié)合新能源汽車特點(diǎn)和實(shí)際情況，參考生產(chǎn)流程、應(yīng)用期間出現(xiàn)的安全問題以及問題發(fā)生規(guī)律，不斷優(yōu)化生產(chǎn)流程的安全控制措施，積極完善測試驗(yàn)證機(jī)制，加大安全監(jiān)督力度，有利于其安全控制發(fā)揮作用，更好保障新能源汽車動力電池安全性。

參考文獻(xiàn)：

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[2]辛明華，王軍雷，呂惠.基于專利分析的新能源汽車動力電池?zé)峁芾砑夹g(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析[J].汽車文摘，2021（11）：25-28.

[3]冶存良，王學(xué)軍.我國純電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸問題綜述及發(fā)展建議[J].時(shí)代汽車，2018（10）：66-68.

[4]李克卿，陸文星，梁昌勇.管理視角下中國新能源汽車動力電池的回顧與展望[J].科技管理研究，2020，40（05）：173-177.

[5]張淑英，李天鈺.中國新能源汽車動力電池報(bào)廢量預(yù)測與對策建議——基于蒙特卡洛模擬的測算[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2019，44（06）：101-105.

[6]楊涵婧.我國新能源汽車動力電池回收的生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度之適用困境與完善路徑[J].資源再生，2021（12）：39-42.