新能源汽车动力电池安全管理技术挑战与发展趋势分析

孙佳佳 王莎莎

（商丘职业技术学院 河南商丘 476000）

精确评估和预测动力电池的安全状况，对于提高清洁能源车辆的耐久、安全、可靠性，对其实施更全面有效的质量管控显得十分关键。当前研究成果已在动力电池系统的热扩展物理机制和动力电池安全性、耐久性、一致性问题，以及安全动力电池体系设计等方面获得了阶段性进展，而国内研究者对动力电池安全机理解析与故障诊断方法的深入研究也做出了巨大的成绩。但是，在锂离子动力电池与系统热失控触发机制、安全性、耐久性及系统一致性间的耦合机理及其发展规律，以及高稳定性锂离子动力电池体系设计等方面还没有形成完整的理论体系。对此，本文重点指出新能源汽车动力电池安全管理技术面临的挑战和发展趋势。

1 新能源汽车动力电池管理的现状

现如今汽车技术和科学的不断发展也促进了新能源汽车强劲的发展，但是，它在现实的使用中却依然存在着一系列的问题，如续航的里程、使用年限、制造成本及使用的安全性等多个方面，仍面临着技术方面的阻碍。而在其中表现在里程方面的问题一般分为两种，一种是总里程难以达到用户的实际需要；另一种是难以精准且直接地看到电动汽车所剩下的电量，进而难以预估电动汽车还能够行驶的里程。为了更好地解决上述几个问题，电动汽车的电池将会面临更高的挑战，具体表现在电池的使用期限、电池的安全性及电池性能等几个方面，对此，新能源汽车的电池管理必须要提高上述4个指标。除此之外，在电池管理时，需要注意以下几个方面的问题：第一，信息的采集。采集的主要内容包括有电流、温度及电压等各个方面。第二，信号和数据的统一输出性。其主要指的是电动汽车能够精准地统计行驶过程中剩下的里程数。第三，性能的均衡性问题。其主要指的是将数量较多的电池进行并联之后，更好地体现出其性能的方法。第四，电池对热的适当管理。其主要指的是汽车在行驶时，电池如何保持合适的温度，进而更好地体现出其功能。

2 新能源汽车动力电池管理中存在的问题

2.1 存在着测试验证不够的问题

现阶段，对于新能源汽车行业，我国政府部门所采用的政策主要是补贴型的，并且其期限也是每年1次。对此，根据我国新能源汽车的开发周期来看，目前出台的政策和实际情况之间并不是非常相符。例如，从化学材料这个层面上来讲，体系的调整周期一般是需要在1年或者是1年以上。但是在实践中，多数新能源企业往往是根据实际的补贴，所以在追求能量等方面必然会存在一定的盲目性，这也意味着测试验证的时间将会进一步减少。在大多数情况下，由于企业也希望可以把研发期限压缩，于是就会利用物理方法做出了一些的提升，如逐步减少电池的隔膜，或是逐步增加电池的活性材料，并且通过这种办法也能够让电池的质量与能量得到更有效的增加，不过这个方法同时也面临着相当大的问题，就是电池的安全性能会进一步降低。

2.2 电池测试验证并没有完善的手段

现阶段，针对动力电池的测试验证仍存在较多的问题，尤其是测试验证的手段，难以结合实际情况进行更加真实的评估，这主要是由于绝大多数的汽车公司还并不能形成一种安全的车内部的动力电池的检测标准。现阶段，我国市场中所生产的电池质量上不能够达到国家所规定的标准，在此之前制定标准过程中，由于采用了单调的对象，且电池的实际使用情况了解不足，进而导致新能源汽车的实际使用情况难以得到真实的表现，而正因如此，新能源动汽车的动力电池体系难以满足实际设计的需求［1］。随着对未来中国新能源技术的进一步研究，在中国清洁能源行业的实践操作过程中，希望可以更进一步地实现对高新技术材料更全面、系统化的开发利用。

2.3 老化导致可靠性显著地降低

在实际应用过程中，受到电池老化的影响，可靠性会呈现出非常显著的降低。例如，在电池的生命周期中，电池自身的防水能力相对较弱，而一般情况下，为了更好地保护电池，必须要做好相应的防水工作，这就要求电池的密封必须要达到我国所制定的统一标准，即IP67 标准。因为新能源汽车在驾驶很长一段时间之后，其电池的密封效果将会逐步减弱。当新能源汽车的电池进水之后，将会有较大的概率出现短路等问题。除此之外，长期使用之后，电池的激光焊接接头也会出现很多问题，如焊接点的里边出现空隙，而这些空隙的存在将会让阻抗明显提高，进而出现电池发热等一系列问题，严重情况下将会造成高温点，此时新能源汽车将会产生热失控等现象。再者，电池系统和充电机高压电器呈现出了非常明显的老化问题，比如，在汽车电池充电过程中，则可能会出现电池接触器突然断开等问题，此外，还可能会产生拉弧等问题，最终出现了高温和接触器表面出现烧损等情况，这些情况都是出现短路和热失控的本质影响因素。

3 动力电池安全管理的要点

3.1 续航里程和安全性能的管理

一般情况下，新能源汽车动力电池的安全性能，主要表现在以下几个方面。

第一，电池是否存在自燃或者是爆炸等问题［2］。诱发动力电池爆炸的因素是多个方面的，其中包括正极材料，这也是最为重要的一个影响因素。因为磷酸铁锂电池和三元锂电池这种材料相对比较特殊，当它们的温度达到一定的范围之后，它们一定会出现分解。但是两种材料也有较大的差异性，其中，三元锂材料只需要达到200℃就会出现分解的现象，而另外一种材料则需要温度达到800℃时才会出现分解现象。相比之下，三元锂材料所产生的化学反应更加的明显，这种材料只要分解，必然会释放出大量的氧分子，而在高温燃烧时，所释放出来的物质必然会诱发各种各项的现象。所以，相对而言，磷酸铁锂电池的稳定性相对比较高一些。

第二，有关由于动力电池的高压电流所产生的安全性问题。这一问题中最主要的危害因素也是针对不同的汽车公司而体现的，但是由于在当前国家中包括比亚迪汽车公司等，所采用的都是国外技术标准的安全规范，所以在这方面也是相对安全可靠的。

第三，有关由于动力电池所产生的辐照问题。对符合国家的规范要求也比国外上更高，按照联合国国际全球健康机构有关电磁辐照电磁场的安全性国家标准，磁场辐照的最大安全性国家标准最大为100，而对于一般电动车辆的辐照限值最大为3，稍低一些的则为0.5。

3.2 针对电池报废或是电池更换的处理管理

针对于新能源电动汽车而言，若动力电池还在不再适合应用的时期内，就需要对其进行回收处置。若在旧动力电池的特性发生了下降以后，而又降低到了原来特性的30%～80%，此时，则比较建议选择下梯次使用的方法。首先进行筛选，其次拆分，经过重组之后再重新进行并粘贴上梯次使用的标签，然后重新再在可以应用于路灯和小型电瓶车等的各个领域中加以应用。此外，如果为了确保旧电能可以被充分得到利用，还需要充分考虑到经济效益及环保价值，则需要首先将废旧动力电池加以处理利用，随后再针对含有各种重金属化合物或者产生化学污染物的组成部分加以特别的处置，以防止对环境形成污染［3］。

4 新能源汽车安全管理的有效对策

4.1 汽车企业方面的对策

第一，还要做好对客户故障排除与维修方面的相关意识的培训工作。对异常环境中清洁能源车辆的使用，必须提醒客户进行汽车的异常情况的检测，发现隐患后必须进行进一步排除。而对于有些汽车发生了底盘刮擦，或是强烈的桩基或者是雨水的侵入情况时，也必须建议用户去网点进行全方位的维护与检测，以保证清洁能源汽车的安全性。

第二，是对于汽车隐患及时进行排除，当发生了疑似的电池故障时，对于汽车也必须及时进行全方位的检测，并进行召回与修复。

4.2 政府加强后期的监管

但是在通常针对于车辆企业的评价流程中，会看到仍然有部分公司对车辆质量的稳定性还缺乏关注，而对重要技术指标也只是盲目要求其能够提高，再加上在当时人们对安全性还缺乏可以衡量的重要指标评判，最后导致了在清洁燃料车辆中的动力电池还没有安全、可信的标准，而正是在此时，由于这类型的清洁燃料车辆已经被大企业源源不断地投资并进入到了市场，继而又就会为清洁能源在整个汽车行业的发展中带来了相应的安全隐患。所以，这就要求我国相关的技术主管部门必须要不断地强化对事中和事后的监督管理，特别是在对出现事故后的责任追究方面，一定要加以关注。针对公司在产品开发设计、生产工艺、品质管理等环节缺陷所造成的产品质量安全隐患，设计和健全了法规体系，以严厉打击生产不合规的汽车制造企业，并不断地增加生产违规的成本，这将降低产品发生故障的概率［4］。

5 新能源车电池安全发展前景

5.1 未来新能源车动力电池产品特性的发展

如果根据汽车动力电池产业的特点而论，未来镍氢电池市场也将必然会迎来下一次爆炸。但结合于一般汽车动力电池产品的总体质量而言，因为铅酸电池的整体体积也相对地比较大，再加之无法拆解，所以相对于通常只有几公斤重量的镍氢电池产品而言，这些铅酸电池产品也将会变得比较沉重。再加之更高性能的镍氢电池产品已经开始被广泛普及和使用，那么，在目前市场上主要生产镍氢电池产品的厂商中，也就正在逐渐转向了利用镍氢电池作为清洁能源车辆的主要发动机，而与此相反的则是铅蓄电池产业中，也正在逐渐利用被废弃了镍氢动力电池清洁能源车辆，而且因为锂金属及锂离子电池的物理化学特点，在同等容积的镍氢动力电池比重上也仅是普通铅酸电池的1/5，所以，这也使得镍氢动力电池清洁能源车辆在全机的结构方面也产生了更大的改变设计空间［5］。而随着未来科技的逐步发达，有关镍氢动力电池的创新科技也将产生着逐步发展的趋势，再加上镍氢动力电池的生产成本也将更趋近于普通铅酸电池，镍氢动力电池将成为汽车更洁净电源，在未来的市场上，铅酸电池将会被镍氢动力电池所取代早已达成了共识。在当下，也可以看到，全国各地政府为了促进发展镍氢电池，已经出台了许多的政策，而广大洁净电源汽车与镍氢电池厂商为此也很踊跃地给予反馈，可见未来的国内市场前景也会非常好。

5.2 新能源汽车中锂电池的应用前景

当下，在整个汽车市场上还缺乏认可度特别高的大品牌，而当下整个市场竞争环境也还处在百家大放异彩的时期，于是能够看到部分传统铅酸公司也加入了镍氢电池的市场转型，并打造自己的新产品，不过对于其工艺和选型技术是否优秀，有待市场证明［6］。而由于当前电子汽车配送方案体系的进一步蓬勃发展，并且包括电子汽车外卖行业配送业务等的进一步蓬勃发展，新能源汽车企业也将会呈现出蓬勃发展的势头，在政策的进一步支持与电子自行车锂电池等新科技技术的逐步突破下，未来电车业务也将会越来越多样化，而且将向着更为高品质的服务层面蓬勃发展前进。

综上所述，我国目前对清洁燃料车市场的发展还不错，而由于电动轿车的发展与新型储能时代的来临，以及锂离子脱嵌动力电池技术已成为发展我国高新兴产业的主要动能，我国车用镍氢电池产业或将会迎来下一个大爆发时期。在政府部门所提出的优惠政策的扶持及电动自行车电池关键技术的突破之下，预计新能源车锂电池产业将会进一步多样化、高质量发展。

6 结语

综上所述，本文根据当前新能源汽车动力电池的安全管理技术现状和要点等，从工作原理解析到体系设计优化和从被动安全保护到主动风险预警和保护等方面，对我国新能源汽车动力电池的安全管理技术发展情况进行了全面系统的分析，在此基础上，本文对新能源汽车动力电池的安全管理发展趋势作出了展望，希望能够为新能源汽车的电池管理技术发展提供一定的借鉴。