關(guān)于車載動力電池安全技術(shù)措施研究

　　安全是紅線，質(zhì)量是底線。沒有安全，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。車載動力電池安全是當前的一個熱門話題，有關(guān)新能源汽車發(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，目前中國電動汽車是不安全的，與討論的初衷是相反的，于是出現(xiàn)了，網(wǎng)上有人發(fā)文“中國電動汽車是垃圾”。好在這些討論的實際意義主要是正面的，并沒有導(dǎo)致電動汽車市場的恐慌。筆者對這些討論進行梳理，走訪了一些動力電池廠家，對我國車載動力電池安全技術(shù)及安全措施進行了研究，有了一定的體會，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(nèi)部正負極短路，生產(chǎn)設(shè)備保障能力是關(guān)鍵

　　（1）直接原因：電芯生產(chǎn)過程中有缺陷導(dǎo)致或因為長期振動外力使電芯變形所致。

　　（2）失效分析：生產(chǎn)過程中電芯內(nèi)部正負極短路缺陷的剔除，是由生產(chǎn)線有關(guān)設(shè)備來保證的，如果設(shè)備保證不了，會出現(xiàn)批量產(chǎn)品質(zhì)量問題。這對電池生產(chǎn)廠家而言是基本要求。我國已經(jīng)對動力電池廠家實施了目錄管理，基本可以保證合規(guī)的電池廠家不會出現(xiàn)批量產(chǎn)品質(zhì)量問題。

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

　?。?）危險度：一旦發(fā)生嚴重內(nèi)短路，無法阻止控制，外部保險不起作用，肯定會發(fā)生冒煙或燃燒。但是在電池生產(chǎn)廠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，整車生產(chǎn)廠家，自動滅火裝置一定要發(fā)揮保障作用的。

　　2.電池單體漏液，執(zhí)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(guī)范造成密封結(jié)構(gòu)被破壞；焊接缺陷、封合膠量不足造成密封性能不好等。

　　（2）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(dǎo)致絕緣失效。電池漏液后整個電池包的絕緣失效，單點絕緣失效問題不大，如果有兩點或以上絕緣失效會發(fā)生外短路。

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

　　（4）危險度：非常危險；電池漏液造成車著火事故的概率比電芯內(nèi)部正負極短路概率要大幾個數(shù)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(xiàn)場環(huán)境（空氣）指標達標是關(guān)鍵

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

　?。?）失效分析：生產(chǎn)線環(huán)境偏離規(guī)定要求。

　?。?）安全技術(shù)措施：在電芯生產(chǎn)過程嚴格控制水分，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)量問題，制定預(yù)防措施即可，同時嚴禁不合格的產(chǎn)品出廠。

　　4.容量一致性差，自動化生產(chǎn)線是關(guān)鍵

　?。?）直接原因：電池生產(chǎn)制造工藝技術(shù)能力不足，電池的存放時間長短，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(guī)定，表明生產(chǎn)線質(zhì)量保障體系問題嚴重，必須要進行改進措施，提高產(chǎn)品容量一致性是一個持續(xù)提高的過程。

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

　?。?）危險度：危險不會立刻發(fā)生。容量一致性差，廠家要及時進行質(zhì)量改進，同時嚴禁不合格的產(chǎn)品出廠。

　　二、電池管理系統(tǒng)（BMS）安全失效模式分析及技術(shù)保障措施

　　1.電壓檢測線失效及措施

　?。?）現(xiàn)象：電池過充，導(dǎo)致著火、爆炸；磷酸鐵鋰過充至5V以上大部分會冒煙，而三元電池一旦過充，會發(fā)生爆炸。

　?。?）原因：BMS電壓（連接、壓線過程或接觸不良）電壓檢測線失效，導(dǎo)致電池過充電或過放電，充電或過放電造成。

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

　　b）電池過放電會導(dǎo)致電池正極材料分子結(jié)構(gòu)損壞，從而導(dǎo)致充不進去電;

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

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

　　2.電流檢測失效及措施

　?。?）現(xiàn)象：BMS采集不到電流，SOC無法計算，偏差大。

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

　　（3）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(xiàn)象：電池工作使用溫度過高，易發(fā)生鼓脹、漏液，爆炸。

　?。?）原因：溫度檢測失效。

　　（3）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(jiān)測失效及措施

　?。?）現(xiàn)象：可能發(fā)生人員觸電。

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

　?。?）措施：對監(jiān)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%以內(nèi)，實際上難度較大。要持續(xù)提高精度。

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

　　三、電池包（Pack）集成失效，導(dǎo)致安全事故的危害分析及措施

　　1.匯流排連接失效

　　（1）現(xiàn)象：導(dǎo)體連接處產(chǎn)生大量的熱，極端情況下會導(dǎo)致動力電池著火。

　?。?）原因：螺栓連接在使用過程中，螺栓氧化脫落或振動導(dǎo)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檢測的手段避免匯流排的失效。新的連接技術(shù)不斷涌現(xiàn)，廠家要積極采用。

　　2.動力電池系統(tǒng)主回路連接器失效

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

　?。?）原因：連接器溫度超過90度就會發(fā)生連接失效。

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

　　3、其他失效：

　　接觸器帶載斷開有一定次數(shù)的限定，在大電流帶載閉合時會燒蝕，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(tǒng)部件中熔斷器的選型匹配不到位，振動或外部受到碰撞擠壓導(dǎo)致動力電池發(fā)生形變，密封失效，IP等級降低，主要措施：電池箱結(jié)構(gòu)的碰撞防護一定要到位。

　　四、中國動力電池安全技術(shù)已經(jīng)成熟

　　目前大家對中國動力電池安全技術(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。工信部提出了客車上暫時不同意”三元”電池上客車規(guī)定，也是有道理的，主要是客車的安全性要求是最高的。從一個側(cè)面，說明中國對動力電池技術(shù)研究是成熟的。隨著我國新能源汽車發(fā)展，新的動力電池安全技術(shù)不斷出現(xiàn)也是必然趨勢。

　　動力電池廠家和整車廠及用戶三者要攜起手來，通過不斷改進工藝和技術(shù)提高鋰電池電芯的安全性。BMS系統(tǒng)廠商要充分了解電池的性能，基于動力電池的安全設(shè)計原則，設(shè)計出安全可靠的電池系統(tǒng)；整車廠要發(fā)揮自己引領(lǐng)地位和橋梁作用，將車載動力電池安全技術(shù)措施落到實處，主要有動力電池系統(tǒng)的安裝結(jié)構(gòu)、電氣、電池熱管理、極端安全事故發(fā)生時及時補救技術(shù)的應(yīng)用等一系列工作要做，為用戶提供安全可靠、高質(zhì)量的純電動汽車；用戶也必須正確的、安全地使用（維護）好純電動汽車，一定要杜絕濫用（機械的、熱的、電的））的行為發(fā)生，確保我國純電動汽車健康持續(xù)的發(fā)展。