隨著國(guó)內(nèi)新能源汽車市場(chǎng)占有率不斷提升，消費(fèi)者更加關(guān)注新能源汽車的使用安全問(wèn)題。作為新能源汽車三電系統(tǒng)中最核心的部件，動(dòng)力電池直接影響著新能源汽車的主要性能指標(biāo)，其安全性往往決定著整車的可靠性，因而成為了電池廠商、整車廠乃至消費(fèi)者關(guān)注的焦點(diǎn)。

 

　　一、何為動(dòng)力電池安全性？

 

　　對(duì)于新能源汽車日常使用來(lái)說(shuō)，動(dòng)力電池安全性主要包括結(jié)構(gòu)安全、電安全、熱安全和環(huán)境安全。其中，結(jié)構(gòu)安全是指動(dòng)力電池受到外部機(jī)械沖擊所導(dǎo)致的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，引發(fā)熱失控風(fēng)險(xiǎn)；電安全是指動(dòng)力電池因灰塵污染、涉水、水淹等所出現(xiàn)的短路情況，進(jìn)而引發(fā)電擊風(fēng)險(xiǎn)；熱安全是指動(dòng)力電池因外部高溫或大阻抗所導(dǎo)致的熱失控，引發(fā)燃燒或爆炸事故；而環(huán)境安全是指動(dòng)力電池受到外部溫度變化、海拔高度影響所產(chǎn)生的熱失控風(fēng)險(xiǎn)。

　　不難發(fā)現(xiàn)，雖然影響動(dòng)力電池安全性的因素十分復(fù)雜，但最核心的因素當(dāng)屬電安全和熱安全，主要體現(xiàn)為短路電擊、熱失控燃燒或爆炸。因此，加強(qiáng)電池的防水性能和遏制熱失控成為提升動(dòng)力電池安全性的關(guān)鍵。

 

　　二、規(guī)范動(dòng)力電池安全性 國(guó)內(nèi)/外都有哪些安全標(biāo)準(zhǔn)？

 

　　由于國(guó)內(nèi)新能源汽車研發(fā)時(shí)間較早，關(guān)于動(dòng)力電池安全性的相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也比較完善。除了早期針對(duì)電芯、模組、電池包安全性的6項(xiàng)推薦標(biāo)準(zhǔn)之外，2020年，工業(yè)和信息化部還組織制定了三項(xiàng)強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，包括GB 18384-2020《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求》、GB 30381-2020《電動(dòng)汽車安全要求》和GB 38032-2020《電動(dòng)客車安全要求》。三項(xiàng)強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)在保障動(dòng)力電池基本安全性能要求的基礎(chǔ)上，增加了動(dòng)力電池系統(tǒng)熱事件報(bào)警信號(hào)要求，同時(shí)要求動(dòng)力電池單體發(fā)生熱失控后，系統(tǒng)在5分鐘內(nèi)不起火不爆炸，為乘員預(yù)留安全逃生時(shí)間。

 

　　此外，對(duì)于動(dòng)力電池的防塵防水性能，依據(jù)GB4208\IEC\EN60529標(biāo)準(zhǔn)，建議動(dòng)力電池在全生命周期防塵防水等級(jí)不低于IP67。其中，6代表防塵等級(jí)，是完全防止灰塵侵入；7代表的是防水等級(jí)，即1米深的水，浸泡不少于30min。

 

　　動(dòng)力電池安全性國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是以ISO（international organization for standardization，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）、IEC（international electrotechnical commission，國(guó)際電工委員會(huì)）、SAE International（society of automotive engineers，國(guó)際自動(dòng)機(jī)工程師學(xué)會(huì)）發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)為參考依據(jù)，各國(guó)各地區(qū)根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整而制定的。其中，ISO在動(dòng)力電池方面制定的標(biāo)準(zhǔn)有ISO 12405-3∶2014《電驅(qū)動(dòng)車輛——鋰離子動(dòng)力電池包及系統(tǒng)測(cè)試規(guī)程 第3部分: 安全性要求》，針對(duì)動(dòng)力電池安全性能要求，為整車廠提供可選擇的測(cè)試項(xiàng)和測(cè)試方法。歐盟針對(duì)動(dòng)力電池的強(qiáng)制性安全標(biāo)準(zhǔn)是UN ECE R100，包含整車車輛電氣安全的要求以及針對(duì)零部件級(jí)別車載可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)(REESS)的安全要求。

 

　　三、國(guó)內(nèi)整車廠動(dòng)力電池安全測(cè)試究竟有多嚴(yán)苛？

　　雖然國(guó)內(nèi)/外安全標(biāo)準(zhǔn)對(duì)動(dòng)力電池安全性做了較為全面的規(guī)定，但目前的測(cè)試更多是針對(duì)電池本身，整車級(jí)別的測(cè)試較少。為了加強(qiáng)動(dòng)力電池的測(cè)試力度，不少整車廠也在積極參與安全測(cè)試，并且相比國(guó)標(biāo)要求，國(guó)內(nèi)頭部整車廠針對(duì)動(dòng)力電池的測(cè)試更加嚴(yán)苛、復(fù)雜。

 

　　早在2020年3月，比亞迪便首次對(duì)外公布了“刀片電池”順利通過(guò)“針刺試驗(yàn)”的完整測(cè)試視頻。根據(jù)視頻顯示，在同樣的測(cè)試條件下，三元鋰電池在針刺瞬間出現(xiàn)劇烈的溫度變化，表面溫度迅速超過(guò)500℃并開(kāi)始劇烈燃燒；傳統(tǒng)磷酸鐵鋰塊狀電池?zé)o明火、有煙，表面溫度達(dá)到200℃-400℃，雖然沒(méi)有明顯的起火，但是這種高溫有可能引燃附近的可燃物。相比之下，“刀片電池”在穿透后無(wú)明火、無(wú)煙，電池表面的溫度只有60℃。這意味著，“刀片電池”在破損嚴(yán)重的情況下也不會(huì)起火。

 

　　相比于比亞迪“針刺試驗(yàn)”，歐拉閃電貓?jiān)?022年10月進(jìn)行了“高速螺旋翻滾跌落挑戰(zhàn)”，從更多日常生活中會(huì)遇到的事故場(chǎng)景中來(lái)測(cè)試電池的安全性能。挑戰(zhàn)模擬車輛在高速路或城市快環(huán)高架路上失控沖出護(hù)欄，從高架跌落并撞擊地面，造成整車翻滾，同時(shí)電池包受到擠壓、形變、穿刺等多方面的傷害。試驗(yàn)過(guò)程中，歐拉閃電貓經(jīng)過(guò)猛烈撞擊落地和螺旋翻滾后，“無(wú)憂電池”快速高壓斷電，最終沒(méi)有發(fā)生電解液泄漏、起火自燃、車輛漏電等情況，電安全評(píng)價(jià)項(xiàng)目順利通過(guò)。

 

　　而最近的一次與電池安全性能相關(guān)的測(cè)試來(lái)自于廣汽埃安。2023年3月，廣汽埃安進(jìn)行了“彈匣電池2.0”槍擊試驗(yàn)，在15米處對(duì)預(yù)留射擊開(kāi)口的滿電電池整包進(jìn)行射擊，當(dāng)子彈穿透電芯時(shí)，速度可達(dá)針刺的97.5萬(wàn)倍，創(chuàng)口直徑是針刺的7-8倍。本次試驗(yàn)中，“彈匣電池2.0”整包槍擊后未發(fā)生起火和爆炸，拆開(kāi)電池系統(tǒng)外殼后，整體結(jié)構(gòu)完整，僅有三個(gè)電芯爆裂性損壞，靜置24小時(shí)后溫度恢復(fù)至常溫，順利通過(guò)了槍擊試驗(yàn)。

 

　　四、如何保障和提升動(dòng)力電池安全？

 

　　能夠通過(guò)嚴(yán)苛的安全測(cè)試，證明如今的動(dòng)力電池安全性已經(jīng)取得了令人矚目的進(jìn)步。那么，電池廠商和整車廠是如何保障動(dòng)力電池安全性的呢？

　　1、硬件方面，從動(dòng)力電池結(jié)構(gòu)來(lái)看，主要包括電芯材料、模組設(shè)計(jì)、整包Pack設(shè)計(jì)以及被動(dòng)防護(hù)等。

 

　　首先是電芯材料的選擇。通常來(lái)說(shuō)，磷酸鐵鋰和鈦酸鋰安全系數(shù)相對(duì)較高，三元材料、錳酸鋰、鈷酸鋰次之。以比亞迪“刀片電池”為例，其采用的便是磷酸鐵鋰電芯，具備耐高溫優(yōu)勢(shì)，安全性較高。

 

　　其次是模組設(shè)計(jì)。模組的安全設(shè)計(jì)通常是基于阻斷熱傳遞來(lái)考慮的，比如在電芯中間添加低導(dǎo)熱系數(shù)、高化學(xué)穩(wěn)定性的隔熱材料防止熱蔓延，目前常用的防火隔熱材料主要有氣凝膠、云母、防火涂料、熱陶瓷等。其中，氣凝膠是電芯隔熱最理想的材料，不僅質(zhì)量輕、強(qiáng)度高，隔熱效果也是傳統(tǒng)隔熱材料2-5倍。

 

　　第三是整包Pack設(shè)計(jì)。在電池模組裝配的時(shí)候，其上下表面都會(huì)粘附一層絕緣板（一般采用云母片），以防止熱失控。云母板具有耐高溫絕緣性能，最高耐溫高達(dá)1000℃，具有良好的性價(jià)比。此外，整包Pack設(shè)計(jì)還要具備耐腐蝕特性，保證密封和足夠的強(qiáng)度。廣汽的“彈匣電池”就是通過(guò)網(wǎng)狀納米孔隔熱材料和耐高溫上殼體，形成超強(qiáng)隔熱安全艙，實(shí)現(xiàn)三元電芯熱失控不蔓延至相鄰電芯，電池包上殼體耐溫高達(dá)1400℃以上。

 

　　最后是被動(dòng)防護(hù)措施。除了以上基于動(dòng)力電池本體設(shè)計(jì)所達(dá)到的安全效果，還可以借助車體結(jié)構(gòu)來(lái)保護(hù)動(dòng)力電池。比如，增加防護(hù)外殼提升電池的抗沖擊性能，或增加底盤(pán)防護(hù)梁防止車身變形擠壓動(dòng)力電池，還可以添加底部裝甲使動(dòng)力電池免受損傷等。

 

　　2、軟件方面，主要通過(guò)電池管理系統(tǒng)BMS來(lái)保駕護(hù)航動(dòng)力電池安全。在動(dòng)力電池工作過(guò)程中，BMS對(duì)電壓、溫度、工作電流、電池電量等一系列相關(guān)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控或計(jì)算，可以防止動(dòng)力電池過(guò)充或過(guò)放，并且通過(guò)內(nèi)部測(cè)量傳感器所采集到的單個(gè)電芯的電壓值和溫度值變化，實(shí)時(shí)監(jiān)控高壓系統(tǒng)的絕緣狀態(tài)是否正常等。

 

　　除此之外，在新能源汽車日常使用方面，同樣需要車主時(shí)刻關(guān)注動(dòng)力電池安全。比如，避免車輛長(zhǎng)時(shí)間與充電樁連接，減小因過(guò)充帶來(lái)的動(dòng)力電池?zé)崾Э匕踩�風(fēng)險(xiǎn)；駕車過(guò)程中盡量避免頻繁急加速或急減速，因?yàn)檫@樣可能會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力電池溫度過(guò)高。一旦出現(xiàn)動(dòng)力電池過(guò)熱報(bào)警時(shí)，應(yīng)停車給電池降溫，待過(guò)熱警示燈熄滅后再繼續(xù)行駛。如果電池過(guò)熱報(bào)警或電池故障警告燈常亮，應(yīng)請(qǐng)專業(yè)人員及時(shí)排除故障，非專業(yè)人員嚴(yán)禁自行拆裝電池組，以免造成人身傷害。

 

　　總結(jié)：動(dòng)力電池安全性是復(fù)雜的系統(tǒng)性問(wèn)題，涵蓋電池選材、制造工藝、安全測(cè)試以及日常使用等多方面因素。在國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，電池廠商和整車廠更加明確了動(dòng)力電池安全性的目標(biāo)，通過(guò)不斷優(yōu)化電芯材料、制造工藝和軟件算法，同時(shí)加大測(cè)試力度和測(cè)試難度，使得動(dòng)力電池安全性取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，新能源汽車整車可靠性也得到了進(jìn)一步提升。而作為車主，同樣不能忽視日常使用對(duì)動(dòng)力電池安全性所造成的影響，建議大家養(yǎng)成良好的用車習(xí)慣，共同營(yíng)造環(huán)保、節(jié)能、安全的新能源汽車使用環(huán)境。