關(guān)于車(chē)載動(dòng)力電池安全技術(shù)措施研究

　　安全是紅線(xiàn)，質(zhì)量是底線(xiàn)。沒(méi)有安全，就不用討論質(zhì)量的好壞了。好質(zhì)量的產(chǎn)品，安全性一定是高的。但是安全性高的產(chǎn)品，不一定是高質(zhì)量的產(chǎn)品。車(chē)載動(dòng)力電池安全是當前的一個(gè)熱門(mén)話(huà)題，有關(guān)新能源汽車(chē)發(fā)展的高峰論壇必有電池安全的題目。但是討論后，給外行人的總體印象是，目前中國電動(dòng)汽車(chē)是不安全的，與討論的初衷是相反的，于是出現了，網(wǎng)上有人發(fā)文“中國電動(dòng)汽車(chē)是垃圾”。好在這些討論的實(shí)際意義主要是正面的，并沒(méi)有導致電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的恐慌。筆者對這些討論進(jìn)行梳理，走訪(fǎng)了一些動(dòng)力電池廠(chǎng)家，對我國車(chē)載動(dòng)力電池安全技術(shù)及安全措施進(jìn)行了研究，有了一定的體會(huì )，供大家參考。

　　一、電芯安全失效模式分析及技術(shù)保障措施

　　1.電芯內部正負極短路，生產(chǎn)設備保障能力是關(guān)鍵

　?。?）直接原因：電芯生產(chǎn)過(guò)程中有缺陷導致或因為長(cháng)期振動(dòng)外力使電芯變形所致。

　?。?）失效分析：生產(chǎn)過(guò)程中電芯內部正負極短路缺陷的剔除，是由生產(chǎn)線(xiàn)有關(guān)設備來(lái)保證的，如果設備保證不了，會(huì )出現批量產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。這對電池生產(chǎn)廠(chǎng)家而言是基本要求。我國已經(jīng)對動(dòng)力電池廠(chǎng)家實(shí)施了目錄管理，基本可以保證合規的電池廠(chǎng)家不會(huì )出現批量產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。

　?。?）安全技術(shù)措施：將不合格的（電芯內部正負極短路）電芯篩選出來(lái)，其目標值是大于99.999%的。

　?。?）危險度：一旦發(fā)生嚴重內短路，無(wú)法阻止控制，外部保險不起作用，肯定會(huì )發(fā)生冒煙或燃燒。但是在電池生產(chǎn)廠(chǎng)家有充足保障能力下，發(fā)生的概率是很低的，即使發(fā)生了，整車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)家，自動(dòng)滅火裝置一定要發(fā)揮保障作用的。

　　2.電池單體漏液，執行工藝紀律到位是關(guān)鍵

　?。?）直接原因：外力損傷；碰撞、安裝不規范造成密封結構被破壞；焊接缺陷、封合膠量不足造成密封性能不好等。

　?。?）失效分析：與軟包和塑殼電芯相比，金屬殼單體更容易發(fā)生漏液情況，導致絕緣失效。電池漏液后整個(gè)電池包的絕緣失效，單點(diǎn)絕緣失效問(wèn)題不大，如果有兩點(diǎn)或以上絕緣失效會(huì )發(fā)生外短路。

　?。?）安全技術(shù)措施：嚴格工藝紀律，提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平。

　?。?）危險度：非常危險；電池漏液造成車(chē)著(zhù)火事故的概率比電芯內部正負極短路概率要大幾個(gè)數量級，這種外短路，外部保險要發(fā)揮作用的。

　　3.電芯脹氣鼓脹，生產(chǎn)現場(chǎng)環(huán)境（空氣）指標達標是關(guān)鍵

　?。?）直接原因：主要是因為電池內部發(fā)生副反應產(chǎn)生氣體，最為典型的是與水發(fā)生副反應。

　?。?）失效分析：生產(chǎn)線(xiàn)環(huán)境偏離規定要求。

　?。?）安全技術(shù)措施：在電芯生產(chǎn)過(guò)程嚴格控制水分，即可避免。

　?。?）危險度：一旦發(fā)生電池脹氣就會(huì )發(fā)生漏液等情況。這是產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量中較為嚴重的質(zhì)量問(wèn)題，制定預防措施即可，同時(shí)嚴禁不合格的產(chǎn)品出廠(chǎng)。

　　4.容量一致性差，自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)是關(guān)鍵

　?。?）直接原因：電池生產(chǎn)制造工藝技術(shù)能力不足，電池的存放時(shí)間長(cháng)短，電池組充放電期間的的溫度差異，充放電電流大小等。

　?。?）失效分析：一致性有具體技術(shù)指標，一旦低于指標規定，表明生產(chǎn)線(xiàn)質(zhì)量保障體系問(wèn)題嚴重，必須要進(jìn)行改進(jìn)措施，提高產(chǎn)品容量一致性是一個(gè)持續提高的過(guò)程。

　?。?）安全技術(shù)措施：加強過(guò)程管理、評審的措施，持續提高企業(yè)質(zhì)量管理體系的能力。

　?。?）危險度：危險不會(huì )立刻發(fā)生。容量一致性差，廠(chǎng)家要及時(shí)進(jìn)行質(zhì)量改進(jìn)，同時(shí)嚴禁不合格的產(chǎn)品出廠(chǎng)。

　　二、電池管理系統（BMS）安全失效模式分析及技術(shù)保障措施

　　1.電壓檢測線(xiàn)失效及措施

　?。?）現象：電池過(guò)充，導致著(zhù)火、爆炸；磷酸鐵鋰過(guò)充至5V以上大部分會(huì )冒煙，而三元電池一旦過(guò)充，會(huì )發(fā)生爆炸。

　?。?）原因：BMS電壓（連接、壓線(xiàn)過(guò)程或接觸不良）電壓檢測線(xiàn)失效，導致電池過(guò)充電或過(guò)放電，充電或過(guò)放電造成。

　　a）電解液分解釋放出氣體，從而導致電池鼓脹，嚴重的話(huà)甚至會(huì )冒煙起火；

　　b）電池過(guò)放電會(huì )導致電池正極材料分子結構損壞，從而導致充不進(jìn)去電;

　　c）電池電壓過(guò)低造成電解液分解，干涸發(fā)生析鋰，引起電池內短路。

　?。?）措施：技術(shù)上選用高可靠性電壓采集線(xiàn)，杜絕采集線(xiàn)接觸不到位；管理上制定充電措施制度，責任落實(shí)到人。

　　2.電流檢測失效及措施

　?。?）現象：BMS采集不到電流，SOC無(wú)法計算，偏差大。

　?。?）原因：霍爾傳感器失效，充電電流大，電芯內部發(fā)熱大，會(huì )使隔膜固化容量衰減。

　?。?）措施：選用高質(zhì)量的霍爾傳感器，確保安裝質(zhì)量合格。

　　3.溫度檢測失效及措施

　?。?）現象：電池工作使用溫度過(guò)高，易發(fā)生鼓脹、漏液，爆炸。

　?。?）原因：溫度檢測失效。

　?。?）措施：嚴格控制電池的工作溫度在20-45攝氏度之間，避免電池低溫充電析鋰造成的短路以及高溫熱失控。

　　4.絕緣監測失效及措施

　?。?）現象：可能發(fā)生人員觸電。

　?。?）原因：動(dòng)力電池發(fā)生變形或漏液的情況下都會(huì )發(fā)生絕緣失效。

　?。?）措施：對監測的傳感器，必須要選用高質(zhì)量、高可靠的產(chǎn)品。

　　5.其他失效及措施

　?。?）SOC估算偏差大，目前的檢驗標準要求都是5%以?xún)?，?shí)際上難度較大。要持續提高精度。

　?。?）電磁兼容的抗電磁干擾能力不足，導致BMS通訊失效，如何保障到位，還有一定難度。產(chǎn)品同時(shí)要通過(guò)第三方強制檢測。

　　三、電池包（Pack）集成失效，導致安全事故的危害分析及措施

　　1.匯流排連接失效

　?。?）現象：導體連接處產(chǎn)生大量的熱，極端情況下會(huì )導致動(dòng)力電池著(zhù)火。

　?。?）原因：螺栓連接在使用過(guò)程中，螺栓氧化脫落或振動(dòng)導致螺栓松。

　?。?）措施：電芯與電芯連接或模塊與模塊連接處采用激光焊接，或在連接處增加溫度傳感器通過(guò)檢測的手段避免匯流排的失效。新的連接技術(shù)不斷涌現，廠(chǎng)家要積極采用。

　　2.動(dòng)力電池系統主回路連接器失效

　?。?）現象：連接器性能不可靠，在振動(dòng)下發(fā)生虛接，產(chǎn)生高溫燒蝕連接器。

　?。?）原因：連接器溫度超過(guò)90度就會(huì )發(fā)生連接失效。

　?。?）措施：連接器需要增加高壓互鎖功能，或在連接器附進(jìn)加溫度傳感器。連接器一定才采用高質(zhì)量的產(chǎn)品。

　　3、其他失效：

　　接觸器帶載斷開(kāi)有一定次數的限定，在大電流帶載閉合時(shí)會(huì )燒蝕，主要措施：一般采用雙繼電器，按先后順序閉合控制，以免高壓接觸器粘黏；高壓系統部件中熔斷器的選型匹配不到位，振動(dòng)或外部受到碰撞擠壓導致動(dòng)力電池發(fā)生形變，密封失效，IP等級降低，主要措施：電池箱結構的碰撞防護一定要到位。

　　四、中國動(dòng)力電池安全技術(shù)已經(jīng)成熟

　　目前大家對中國動(dòng)力電池安全技術(shù)的討論，十分踴躍。主要是從不安全角度在分析，提出了許多提高安全技術(shù)水準的辦法和措施。工信部提出了客車(chē)上暫時(shí)不同意”三元”電池上客車(chē)規定，也是有道理的，主要是客車(chē)的安全性要求是最高的。從一個(gè)側面，說(shuō)明中國對動(dòng)力電池技術(shù)研究是成熟的。隨著(zhù)我國新能源汽車(chē)發(fā)展，新的動(dòng)力電池安全技術(shù)不斷出現也是必然趨勢。

　　動(dòng)力電池廠(chǎng)家和整車(chē)廠(chǎng)及用戶(hù)三者要攜起手來(lái)，通過(guò)不斷改進(jìn)工藝和技術(shù)提高鋰電池電芯的安全性。BMS系統廠(chǎng)商要充分了解電池的性能，基于動(dòng)力電池的安全設計原則，設計出安全可靠的電池系統；整車(chē)廠(chǎng)要發(fā)揮自己引領(lǐng)地位和橋梁作用，將車(chē)載動(dòng)力電池安全技術(shù)措施落到實(shí)處，主要有動(dòng)力電池系統的安裝結構、電氣、電池熱管理、極端安全事故發(fā)生時(shí)及時(shí)補救技術(shù)的應用等一系列工作要做，為用戶(hù)提供安全可靠、高質(zhì)量的純電動(dòng)汽車(chē)；用戶(hù)也必須正確的、安全地使用（維護）好純電動(dòng)汽車(chē)，一定要杜絕濫用（機械的、熱的、電的））的行為發(fā)生，確保我國純電動(dòng)汽車(chē)健康持續的發(fā)展。