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如何防止电动汽车电池起火？新能源汽车锂离子电池安全技术解析

2024-04-29 10:45:39·  来源：汽车测试网  
　

随着电动汽车行业的快速发展，锂离子电池因其能量密度大、电压平台高、输出功率大、电化学稳定、低温性能好、自由排放、低自放电和低记忆效应等优点而被广泛应用。然而，更高的能量密度和更快的充电速度也带来了新的挑战—电池安全问题。


新能源汽车安全事故频繁出现，电动汽车的起火案例情况更加复杂，其安全性也成为行业的重点研究课题。


1、锂离子电池结构及原理


新能源汽车防火安全的核心是电池安全，常见的锂离子电池有磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂以及三元锂（三元镍钴锰）电池等类型，目前，主流的锂离子电池封装形式有圆柱、方形和软包三种。



锂离子电池封装形式



锂离子电池主要由正极、负极、电解质和隔膜等组成，是一种可充电电池，与其他可充电电池相比，锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、轻质化和环保等优点。


锂离子电池主要依靠锂离子在正、负极之间反复迁移，实现化学能与电能相互转化，其氧化剂和还原剂放在一个空间范围内，以锂离子电池为储能部件的新能源汽车之所以在化学体系上就存在一定风险。



锂离子电池结构



2、锂离子电池热失控分析


根据2019年、2020年及2023年新能源车火灾数据统计可知，锂离子电池（三元锂电池及磷酸铁锂电池）是导致新能源汽车起火的主要原因，且电动汽车在夏天的起火案例明显多于其他季节。


车载环境下多因素的动态相互作用使锂离子电池存在的安全隐患更具复杂性，开展车用锂离子电池多工况多滥用条件下的热失控实验研究，对深入其热特性规律并改善其应用安全性具有重要意义。



新能源汽车火灾原因统计分析



导致锂离子电池热失控的根本原因是电池内部一系列复杂且相互关联的“链式副反应”，最具代表性的链式反应过程包括：外部机械、电、热滥用→内部产热→SEI膜分解→负极与电解液反应、产气→隔膜熔化→内部短路→安全阀开启→正极与电解液反应、产气→电解液分解、产气→电解液、气体燃烧→起火爆炸。



锂离子电池热失控反应



机械滥用、电滥用及热滥用等条件会引发锂离子电池一系列的放热反应，并导致锂离子电池内部温度升高，高温又会反过来加速锂离子电池热失控。



3、锂离子电池热失控安全测试


中国是新能源汽车增长最快的国家，以汽车行业为代表的新能源汽车销量不断提升，逐步替代传统的燃油汽车，成为了我国汽车行业发展过程中的重要产品。


2021年《GB 18384-2020 电动汽车安全要求》和《GB 38031-2020 电动汽车用锂离子动力蓄电池安全要求》对外发布，正式成为新的国家标准，对电动汽车安全性及动力电池安全性做了强制的国标安全保证。


根据国标GB 38031-2020规定，电池单体进行挤压、电池单体过放电、过充电、外部短路、加热、温度循环试验都应不起火、不爆炸。



GB 38031单体电池试验项目



清华大学欧阳明高院士开展了《不同热失控触发方式对锂离子电池安全影响深度研究》，该研究采用了四种测试方法（侧面加热、针刺、过度充电和烤箱加热），来触发方形电池和软包电池的热失控。研究表明，不同的热失控触发方式会导致不同的结果，并对电池安全构成不同程度的威胁，其中过度充电被认为对电池安全构成最大威胁。



锂离子电池热失控触发方式研究



通过锂离子电池热失控安全测试研究进一步探索和完善锂离子电池的安全性能，可以通过优化电池设计、改进制造工艺以及开发新型材料等方式，降低热失控的风险。


4、电池起火风险全要素分析及安全防护方法


汽车行业发展至今，安全一直是汽车技术发展中一个重要的主题，对于电动汽车而言，除了必须保证符合传统汽车的相关安全性之外，针对电动汽车锂离子电池自身的特点必须要采取相应的专门安全措施，以进一步增强安全性保证。


重点研究新能源汽车的动力电池安全性，科学合理地进行检测与分析，保障电池性能的安全可靠，从根本上降低事故风险。



锂离子电池热失控风险要素分析



锂离子电池在我国新能源市场中的使用也变得越发广泛，但由此引发的新能源汽车安全事故问题不容忽视。对动力电池性能进行全方位的检测和分析，明确电池性能是否达标，确保锂电池的检测技术完善，优化电池的使用寿命，对推动我国新能源汽车市场的发展和进步具有一定的现实意义。


通过对锂离子电池热失控触发方式及起火风险要素的深入研究分析，不仅能更好地理解和应对新能源汽车电池安全问题，也为实现更加安全、高效的能源存储和转换技术奠定了坚实的基础。


随着我国新能源市场的高速发展，电气化、智能化及网联化等新趋势引领新一轮汽车技术发展变革，针对新能源汽车产品可靠性、主动安全、信息安全、被动安全、功能安全、预期功能安全等全方位、多领域安全技术融合才能保障智能汽车安全需求及技术更好的发展。


在未来，我们期待锂离子电池领域的科研成果能持续推动电动汽车行业的创新和发展，为建设可持续发展的低碳社会贡献力量。

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