鉅大LARGE | 點擊量：437次 | 2021年09月14日
應用發展眼光看待電動汽車電池安全
編者按為何說電動汽車，尤其是其電池的安全性是可以放心的？本報近日專訪了多位電動汽車技術專家，以嚴謹的態度和科學的知識向人們解疑釋惑，論述了電動汽車電池的原理、目前達到的技術水平以及對今后發展的真知灼見。
經過國內權威專家數月的調查考證，深圳5·26事故原因終于有了一個比較令人信服的結果。在肇事者超過240公里的瘋狂車速之下，包括電動汽車在內的任何車輛，都難以保證被撞車輛內人員的人身安全。不過，是人禍而非車禍的調查結論，能否就此構建當前部分公眾對電動汽車安全性尤其是電池安全性的信心,或許人們仍有懷疑。
人們期盼著無論什么情況電池都安然無恙，行業專家也認為持續提升電池安全性將是永久的話題，但人們應當用科學的思維認識安全問題，用發展的眼光來看待電動汽車這一代表歷史發展潮流的新興產業。
電動汽車的阿基里斯之踵？
從普遍意義上講，凡是具有能量的東西都具有潛在的不安全性，只有建立了這一概念，并且加以認真對待，才能夠獲得安全保障
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
此次比亞迪e6質量鑒定報告顯示，飆車是整起慘劇的真兇，接連兩次嚴酷的碰撞造成e6純電動出租車車身后部及電池托盤嚴重變形、動力鋰離子電池組和高壓配電箱受到嚴重擠壓，導致部分動力鋰離子電池破損與短路、高壓配電箱內的高壓線路與車體之間形成短路，出現電弧，引燃內飾材料及部分動力鋰離子電池等可燃物質,是起火燃燒的原因，也確有部分動力鋰離子電池參與了碰撞后車體的燃燒，動力鋰離子電池沒有滿足人們對它堅如磐石的企盼。
不單在我國，國外電動汽車在碰撞測試中也曾有起火燃燒案例。美國沃藍達電動汽車，在發生碰撞測試三周之后，發生了自燃。
人們不禁會問電池安全真的會成為電動汽車產業發展的阿基里斯之踵嗎？
在大規模的電動汽車示范運營中，我國電動汽車電池的整體狀況實際上還是相當不錯的，此次e6的質量鑒定中，遭受如此嚴酷的碰撞和后續的大火熏烤，電池未發生爆炸，75%的電池未參與燃燒，也說明該車所用動力鋰離子電池的安全性，已經達到了相當不錯的程度。但這并不意味著可以掉以輕心，持續提升電池的安全性將是一個永久的話題。國家863節能與新能源汽車重大項目監理咨詢專家組組長王秉剛在接受采訪時表示。
安全是有條件的，是相對的。從普遍意義上講，凡是具有能量的東西都具有潛在的不安全性，只有建立了這一概念，并且加以認真對待，才能夠獲得安全保障。這是全國汽車標準化技術委員會電動汽車分技術委員會主任委員、國家863節能與新能源汽車重大項目總體組專家吳志新對安全的理解。
他表示，電動汽車與傳統汽車最大的不同，重要就在于能量的形式及其存儲的方式。除了電池之外，電動汽車的其他系統與傳統汽車沒有本質差別。相有關司空見慣的傳統汽車起火燃燒、爆炸來講，電動汽車的安全問題備受關注，更多是因為其初來乍到的新人身份。所以提到電動汽車的安全，或者電動汽車出了事故，人們第一時間關心的就是電池，尤其是越來越廣為使用的鋰離子電池。吳志新說。
不安分的鋰離子電池有約束
手機、照相機、攝像機的鋰離子電池老實了、電動工具的鋰離子電池老實了、電動摩托車的鋰離子電池老實了……電動汽車電池這個家庭新成員肯定也會老實
鋰離子電池就像不安分的頑童。只有找到了頑童多動癥的病因，才能找到管束頑童的戒尺。
據吳志新主任介紹，就電池本身安全性而言，出現安全問題的基本模式有燃燒、爆炸兩種，其本質是電池的熱失控。鋰離子電池發生熱失控，重要是由電極和電解液間的化學反應引起。如在過充、過熱和短路等情況下，強氧化性正極材料穩定性通常較差，易釋放出氧氣，而碳酸酯類電解液極易與氧氣反應，放出大量的熱和氣體；出現的熱量會進一步加速正極的分解，出現更多的氧氣，促進更多放熱反應的進行；同時強還原性負極的活潑性接近金屬鋰，與氧接觸會立即燃燒并引燃電解液、隔膜等。溫度升高與化學反應兩者的相互促進、惡性循環，導致電池溫度迅速升高而失控的過程，即為電池的熱失控。而引起這一過程的重要外在因素，則包括電池過充電、過大電流充放電、電池外部短路、由于受外力擠壓、外來物質的穿刺、內部雜質或枝晶等引起的內部短路以及受到外部高溫用途等等。
據吳志新介紹，電池的安全性取決于電池正負極活性材料及其粘結劑、隔膜、電解液等的材料體系，也取決于電池的結構設計和生產工藝過程，同時還取決于電池的使用方式和使用環境等外部因素。
多管齊下約束頑童。假如從電池本身的角度而言，電動汽車電池的安全，實際上并不是一個新鮮的話題。電池行業很早就開始探索如何用多種有效的約束手段，來管教鋰離子電池這個調皮的孩子。手機、照相機、攝像機的鋰離子電池老實了、電動工具的鋰離子電池老實了、電動摩托車的鋰離子電池老實了……
動力鋰離子電池是以電池組的形式應用于電動汽車，電池組由單體電池通過各種形式的串、并聯構成。因此，不僅要保證單體電池的安全性，同時還要考慮電池模組和電池系統的安全性，從而形成多層次的安全技術體系吳志新對科技日報記者詳細科普了如下電動汽車電池安全保障方面的相關知識：
電池材料方面所采取的措施和研究目標包括：研究、應用陶瓷鍍層隔膜、負極熱阻層等技術，防止電池內部短路；研究、采用氧化還原電對添加劑、電壓敏感隔膜等技術，防止電池過充電；研究、應用溫度敏感電極（PTC電極)和溫度敏感電極材料，防止電池熱失控；研究阻燃型或不燃型電解液，防止電池燃燒。
電池的制造工藝方面采取的措施包括：電池生產環境的潔凈度控制，防止外來雜質和金屬雜質進入電池隔膜和正負極，防止電池內短路；應用先進的工藝裝備和在線檢測技術，保證電池生產的均勻一致性；應用先進的工藝裝備，杜絕極片毛刺、極片錯位等問題，防止內部短路；應用先進的工藝裝備，提高電池內電解液的均勻性，防止局部過充電。
電池結構設計方面的措施包括：優化結構設計保證極板與極耳連接的可靠性、電池的散熱性能；優化電池殼體耐壓強度設計和安全泄壓結構設計，防止電池爆炸；采取必要措施，防止電池正負極極片與極耳短路；采取絕緣措施，防止電池帶電殼體與其他單體電池或金屬物體形成短路等。
電池模組設計的安全保障措施：單體之間采取必要的絕緣措施；單體之間的連接先進的采用焊接工藝技術，保障可靠連接、降低接觸電阻；電壓、溫度采樣模塊和采樣線路的優化布置、可靠緊固與有效防護；模組殼體采用具有阻燃、絕緣和必要強度特性的材料，其結構設計考慮合理散熱通道和電池膨脹空間；考慮電池模組之間的可靠連接方式和端子保護措施；考慮電池模組在電池組箱體內的牢固安裝緊固。
電池組設計上的安全保障措施：采用電池管理系統，有效監測每個電池單體的電壓、溫度、充放電電流、SOC和SOH等參數的技術狀態，防止電池單體的過充、過放，實時監測電池故障，保障電池安全；采用電池管理系統或專門系統，實時監測電池絕緣狀況，防止電池組及線路與車身、電池箱體等絕緣破壞；采用熱管理系統，監測并控制電池組各處的溫度，保證電池組中各單體電池所處溫度環境的均勻性和適宜性；電池組中單體電池的容量選取、電池模組的布置，應考慮在事故狀態，盡可能減緩能量釋放速率，延長能量釋放時間，最大限度地減小事故危害；電池組應考慮設置安全維修開關，保障維修作業時的安全性；還應考慮合理布置過流保護裝置，合理限制電池組最大充放電電流，同時設置受控于電池管理系統的直流滅弧接觸器，必要時能夠切斷電路，保證電池組的安全，同時可將電池組從電路上分解成若干個處于安全電壓的部分，保障乘員的觸電安全；電池箱應考慮合理的強度和剛度保護電池免受一定強度的外力的破壞；同時電池箱還應具有必要防塵、防水功能。
單項全能有規矩
目前正在組織行業專家對電池標準進行研究修訂、正在研究制定專門的《電動汽車碰撞安全》標準。在新的標準中，將會有專門的篇幅描述對電池系統相關要求
無規矩而不成方圓。行業的規范發展，離不開完善的標準與權威的檢測認證。經過十幾年的發展，我國電動汽車的標準建設，已經與國際水平不相上下。
據吳志新介紹，九五期間，我國參考國際標準制定了鋰離子動力鋰離子電池的國家標準；到十五期間，結合我國科研工作的技術積累，借鑒國際標準和發達國家標準，制定了我國鋰離子動力鋰離子電池的行業標準-QC/T743-2006《電動汽車用鋰離子蓄電池》，該標準中規定了電池和電池模組的性能、壽命和安全性的測試方法和要求，該標準是目前國際上最為嚴格的電池試驗標準。此外，《乘用車正面碰撞的乘員保護》、《汽車側面碰撞的乘員保護》、《乘用車后碰撞燃油系統安全要求》、《電動汽車安全要求第1部分車載儲能裝置》、《電動汽車安全要求第2部分功能安全和故障防護》、《電動汽車安全要求第3部分：人員觸電防護》、《混合動力電動汽車安全要求》等一系列針對電動汽車安全的標準，共同構成了我國對電動汽車動力鋰離子電池系統的安全評價標準體系。
通過上述標準的檢測評價，能夠保證電池及電池系統的安全性。上述標準體系，也支撐了我國電動汽車及動力鋰離子電池系統安全性的研發評價和產品評價，取得了良好的效果。吳志新說。
當前我國電動汽車電池安全標準、測試和評價建設，還存在著單項強而全能弱的問題。王秉剛也表述了自己的見解。
在單體、模塊等方面，我們都已經有了較為完善和細致的標準要求，但是在整體的電池系統上暫時還缺少自成體系的專門的標準，測試和評價領域也要不斷完善。王秉剛說。但他同時也強調，這種情況亦是我國電動汽車整體發展水平和所處階段的反映。
吳志新表示，隨著技術的不斷進步，圍繞電池安全性的標準，將會越來越細致與越來越專業。他告訴科技日報記者，目前正在組織行業專家對電池標準進行研究修訂、正在研究制定專門的《電動汽車碰撞安全》標準。在新的標準中，將會有專門的篇幅描述對電池系統相關要求。
科技日報記者在采訪中了解到，近十年來，在國家科技部863電動汽車重大項目的支持下，我國電動汽車動力鋰離子電池技術實際上已經取得了長足的進步，鋰離子動力鋰離子電池的性能指標、安全性得到大幅度提高，重要電池公司通過自主創新和引進技術，電池生產工藝技術得到大幅度提升，總體處于國際前列。產學研、整車與電池公司等的合作日益緊密，電池模組、電池系統的技術水平，迅速提高，系統水平接近國際水平。通過十城千輛較大規模的示范運行考核，積累實際應用相關相關經驗，技術性能和安全性得到持續提高。
誰掌握了電池技術，誰就掌握了電動汽車的未來。技術創新是規劃執行的核心與靈魂。在王秉剛看來，目前我國動力鋰離子電池的研發力量還很分散。電池產業盲目低水平投資建設加劇了人才的分散。要實現《節能與新能源汽車發展規劃》目標，必須有正確與有力的措施，集中力量支持優勢公司，形成電動汽車核心零部件動力鋰離子電池的技術競爭力和產業競爭力，真正使技術創新工程和產業競爭力培育落于實處。
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