杨亚冬
安徽江淮汽车集团股份有限公司 安徽 合肥 230601
摘要：我国经济建设最近几年发展非常迅速，很多高科技技术运用到我国各行业中，助其发展更为迅速。发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路。随着新能源汽车保有量迅速增加，涉及新能源汽车的安全事故日益频发，动力电池发生短路、热失控问题是新能源汽车起火的主要原因。
关键词：电动汽车；动力电池安全；管理策略
引言
近年来，我国汽车行业的快速发展带动我国整体经济建设发展迅速，为我国快速进入现代化发展阶段奠定基础。电动汽车在国家政策的扶持下得到了迅猛的发展,电动汽车在迅速发展的同时,一些问题也逐渐出现,当前频发的电动汽车燃烧事件给消费者心里蒙上一层阴影,消费者由原来的关注电池的续航里程,转变为关注电动汽车的安全问题。
1、动力电池安全技术研究现状
1.充放电对动力电池安全性影响的研究，电池在充放电过程中，内部会产生焦耳热和材料微观组织变化，特别在过充电、过放电、大倍率充放电等情况下，会使电池材料隔膜、正负极材料、电解液等发生分解反应和相互作用，导致内部短路和急剧升温，最终导致热失控。充放电对电池安全性影响的研究是目前电池安全研究的热点，尤其是快充技术对于新能源汽车使用的便利性至关重要。对于汽车着火事故分析，表明很多事故与充电有着紧密的联系。目前研究主要包括：（1）高倍率快充下电池组分的微观结构变化，通过试验和仿真手段，对电极析锂机理进行了研究，分析电池充电过程中电极表面锂离子析出和嵌入的过程，对电池热失控温度的影响。（2）充放电工况下锂枝晶的生长规律以及组分的变形情况，刺穿隔膜引起内短路的机理，研究内短路类型包括集流体铝-集流体铜、正极-集流体铜、集流体铝-负极、正极-负极等四种电路的短路机理及对热失控的影响过程。（3）在绝热密闭环境下测量不同充放电倍率下电池的热行为，研究电压、温度特性与热失控温度关系。2.使用环境对动力电池安全性影响的研究，使用环境对电池的性能有重大的影响，比如在高温或低温环境下，电池的容量及使用效率会受到很大的影响。环境温度过高会使电池在使用过程中内部组分发生化学反应，特别在散热不足情况下，会导致温升加剧，导致发生热失控等问题。使用环境包括盐雾、湿度过大等，也会对电池的安全性造成很大的影响。研究主要包括：（1）环境温度变化对电池组分、单体、电池包的力学性能、生热散热等影响，研究过热导致的电池内部链式化学反应，包括隔膜的熔解、电极活性材料与电解质的反应、SEI膜分解、电解液的分解等机理。（2）研究盐雾、湿度、海水浸泡等工作环境下，分析短路与湿度等参数关系，研究电池电化学特性与安全性。
2、电动汽车动力电池安全管理策略
2.1 提高锂离子电池的安全性能—固态电池
??就目前电池汽车动力电池而言，提高电池的安全特性还是要从电池的材料和设计方面展开。目前研究普遍认为固态电池是提高锂离子电池安全性能的有效手段[5]。固态电池是将现有锂离子电池的隔膜或电解液用可传导锂离子的固态电解质代替，从而减少电解液的使用，达到提高电池安全性并同时提高电池的能量密度的目的。但目前固态锂离子电池尚处在研发阶段，仍有很多技术瓶颈需要克服。
2.2 发展新型高容量动力电池—如燃料电池
??燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，被认为是未来理想的清洁能源之一。在其工作过程中，将燃料和空气分别送进燃料电池，通过一系化学反应，产生出电能，驱动车辆使用，故没有噪声污染，排放出的有害气体极少。目前，燃料电池汽车主要集中在商用车领域，主要原因是目前燃料电池的整体比容量偏低，导致其系统占用空间过大。另外，燃料电池的价格，氢气的储运也存在着较大的挑战，也是未来燃料电池发展要客服的关键问题。
2.3新型电池材料研究
发展新型电池材料、新型材料选择方法与理论以及阳极材料电化学反应机制将成为研究重点。开发更加安全的电极材料、稳定电解液，固态电解液、高强度隔膜等是今后的研究重点。
2.4电池充电
在实际应用中不难发现,单个的电池间很难保证一致性,电池在充电过程中出现“大肚子”现象其本质就是过充的一种表现,电池充电时正极材料的体积会发生一定量的收缩,而当过充时,正极晶格会发生塌陷,同时锂离子在负极形成枝晶,致使隔膜在一定程度上被刺穿,造成电池不可逆的损坏。电池在放电时,锂离子的嵌入使正极材料的体积发生一定量的膨胀,而当过放时,正极材料活性变差,阻隔锂离子的嵌入,当正极材料的体积过度膨胀时,会造成材料的物理结构不可逆地损害。在排列紧密的电池模组中,当有一个单体电池出现变形、破裂时,可能会导致电池内的电解液发生泄漏,甚至腐蚀整个电池组,使电池在工作过程中出现短路,从而引起电池起火。此时,需要一个能够对单个电芯进行实时监控的“将军+参谋”,即电池管理系统来监测每一个单体电池的动态,以防止它们中的各个成员出现“叛徒”,从而避免整个电池组的不可控热量累积。
2.5动力电池失效机理研究锂离子电池的失
效模式多样，且很难用单一的物理量、准则或过程进行刻画。因此，明晰内部短路产生机制、传播行为，建立物理意义明确、简单易用、涵盖单体电池、电池模组、电池系统的失效准则，具有宝贵的工程指导价值。
2.6电动汽车用动力电池包振动
车辆以及动力电池的振动类型和载荷强度受到车辆类别、车辆悬架、典型道路使用情况、电池包安装方式和位置、电池包和车辆质量、预期车辆使用寿命和车辆使用场景等条件的影响。此外，车辆运行过程中也并非仅仅机械载荷作用于电池系统，电气负荷（包括充放电电流倍率）、环境负荷（包括温度、湿度等）、机械负荷（包括机械冲击等）将综合作用于电池样品。动力电池作为电动汽车上最关键的零部件，其可靠性的问题往往会进一步引起安全性问题，所以更应该从产品的全生命周期出发，在产品的应用条件、设计理念等方面对产品进行全面综合的性能验证。
2.7多尺度多场耦合模拟方法研究
为了实现对力－电化学－热耦合失效行为的分析和模拟，必须研究电池材料颗粒到电极、从电极到单体、从单体到电池包的渐进失效行为原理，并建立完善的多尺度多场耦合模拟方法体系，这也是今后电池安全性研究重点。
结语
电池安全是电池技术革命性突破的第一重点,也是纯电动汽车性能提升的第一关键,电池产业发展越后期电池安全就越变成一个瓶颈技术,可以说安全是电动汽车可持续发展的生命线,各动力电池研发部门和整车企业,要以安全为核心,全面提升现有锂离子动力电池系统安全技术,全力突破新型固态电池技术。总之,我们要力争解决动力电池安全问题,保障新能源汽车行业的健康发展。
参考文献
[1]方凯,正陈佚,刘沙,等.新能源汽车安全分析及发展建议[J].汽车实用技术,2020(4):16-18.
[2]李军.电动汽车电源管理策略分析[J].上海汽车,2018(12):6-10.
[3]魏帅.新能源汽车自燃问题频发,电池热失控是主要诱因[EB/OL].2019-03-13[2020-03-09].
[4]网易汽车.欧阳明高:新能源汽车电池热失控机理及解决方向[EB/OL].2019-10-08[2020-03-16].