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

 

　　一、何為動力電池安全性？

 

　　對于新能源汽車日常使用來說，動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)安全是指動力電池受到外部機械沖擊所導致的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，引發(fā)熱失控風險；電安全是指動力電池因灰塵污染、涉水、水淹等所出現(xiàn)的短路情況，進而引發(fā)電擊風險；熱安全是指動力電池因外部高溫或大阻抗所導致的熱失控，引發(fā)燃燒或爆炸事故；而環(huán)境安全是指動力電池受到外部溫度變化、海拔高度影響所產(chǎn)生的熱失控風險。

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

 

　　二、規(guī)范動力電池安全性 國內(nèi)/外都有哪些安全標準？

 

　　由于國內(nèi)新能源汽車研發(fā)時間較早，關(guān)于動力電池安全性的相關(guān)國家標準也比較完善。除了早期針對電芯、模組、電池包安全性的6項推薦標準之外，2020年，工業(yè)和信息化部還組織制定了三項強制性國家標準，包括GB 18384-2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》、GB 30381-2020《電動汽車安全要求》和GB 38032-2020《電動客車安全要求》。三項強制性國家標準在保障動力電池基本安全性能要求的基礎(chǔ)上，增加了動力電池系統(tǒng)熱事件報警信號要求，同時要求動力電池單體發(fā)生熱失控后，系統(tǒng)在5分鐘內(nèi)不起火不爆炸，為乘員預留安全逃生時間。

 

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

 

　　動力電池安全性國際標準是以ISO（international organization for standardization，國際標準化組織）、IEC（international electrotechnical commission，國際電工委員會）、SAE International（society of automotive engineers，國際自動機工程師學會）發(fā)布的標準為參考依據(jù)，各國各地區(qū)根據(jù)具體情況進行調(diào)整而制定的。其中，ISO在動力電池方面制定的標準有ISO 12405-3∶2014《電驅(qū)動車輛——鋰離子動力電池包及系統(tǒng)測試規(guī)程 第3部分: 安全性要求》，針對動力電池安全性能要求，為整車廠提供可選擇的測試項和測試方法。歐盟針對動力電池的強制性安全標準是UN ECE R100，包含整車車輛電氣安全的要求以及針對零部件級別車載可充電儲能系統(tǒng)(REESS)的安全要求。

 

　　三、國內(nèi)整車廠動力電池安全測試究竟有多嚴苛？

　　雖然國內(nèi)/外安全標準對動力電池安全性做了較為全面的規(guī)定，但目前的測試更多是針對電池本身，整車級別的測試較少。為了加強動力電池的測試力度，不少整車廠也在積極參與安全測試，并且相比國標要求，國內(nèi)頭部整車廠針對動力電池的測試更加嚴苛、復雜。

 

　　早在2020年3月，比亞迪便首次對外公布了“刀片電池”順利通過“針刺試驗”的完整測試視頻。根據(jù)視頻顯示，在同樣的測試條件下，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500℃并開始劇烈燃燒；傳統(tǒng)磷酸鐵鋰塊狀電池無明火、有煙，表面溫度達到200℃-400℃，雖然沒有明顯的起火，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”在穿透后無明火、無煙，電池表面的溫度只有60℃。這意味著，“刀片電池”在破損嚴重的情況下也不會起火。

 

　　相比于比亞迪“針刺試驗”，歐拉閃電貓在2022年10月進行了“高速螺旋翻滾跌落挑戰(zhàn)”，從更多日常生活中會遇到的事故場景中來測試電池的安全性能。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欄，從高架跌落并撞擊地面，造成整車翻滾，同時電池包受到擠壓、形變、穿刺等多方面的傷害。試驗過程中，歐拉閃電貓經(jīng)過猛烈撞擊落地和螺旋翻滾后，“無憂電池”快速高壓斷電，最終沒有發(fā)生電解液泄漏、起火自燃、車輛漏電等情況，電安全評價項目順利通過。

 

　　而最近的一次與電池安全性能相關(guān)的測試來自于廣汽埃安。2023年3月，廣汽埃安進行了“彈匣電池2.0”槍擊試驗，在15米處對預留射擊開口的滿電電池整包進行射擊，當子彈穿透電芯時，速度可達針刺的97.5萬倍，創(chuàng)口直徑是針刺的7-8倍。本次試驗中，“彈匣電池2.0”整包槍擊后未發(fā)生起火和爆炸，拆開電池系統(tǒng)外殼后，整體結(jié)構(gòu)完整，僅有三個電芯爆裂性損壞，靜置24小時后溫度恢復至常溫，順利通過了槍擊試驗。

 

　　四、如何保障和提升動力電池安全？

 

　　能夠通過嚴苛的安全測試，證明如今的動力電池安全性已經(jīng)取得了令人矚目的進步。那么，電池廠商和整車廠是如何保障動力電池安全性的呢？

　　1、硬件方面，從動力電池結(jié)構(gòu)來看，主要包括電芯材料、模組設(shè)計、整包Pack設(shè)計以及被動防護等。

 

　　首先是電芯材料的選擇。通常來說，磷酸鐵鋰和鈦酸鋰安全系數(shù)相對較高，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，安全性較高。

 

　　其次是模組設(shè)計。模組的安全設(shè)計通常是基于阻斷熱傳遞來考慮的，比如在電芯中間添加低導熱系數(shù)、高化學穩(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。在電池模組裝配的時候，其上下表面都會粘附一層絕緣板（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1000℃，具有良好的性價比。此外，整包Pack設(shè)計還要具備耐腐蝕特性，保證密封和足夠的強度。廣汽的“彈匣電池”就是通過網(wǎng)狀納米孔隔熱材料和耐高溫上殼體，形成超強隔熱安全艙，實現(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1400℃以上。

 

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

 

　　2、軟件方面，主要通過電池管理系統(tǒng)BMS來保駕護航動力電池安全。在動力電池工作過程中，BMS對電壓、溫度、工作電流、電池電量等一系列相關(guān)參數(shù)進行實時監(jiān)控或計算，可以防止動力電池過充或過放，并且通過內(nèi)部測量傳感器所采集到的單個電芯的電壓值和溫度值變化，實時監(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，同樣需要車主時刻關(guān)注動力電池安全。比如，避免車輛長時間與充電樁連接，減小因過充帶來的動力電池熱失控安全風險；駕車過程中盡量避免頻繁急加速或急減速，因為這樣可能會導致動力電池溫度過高。一旦出現(xiàn)動力電池過熱報警時，應(yīng)停車給電池降溫，待過熱警示燈熄滅后再繼續(xù)行駛。如果電池過熱報警或電池故障警告燈常亮，應(yīng)請專業(yè)人員及時排除故障，非專業(yè)人員嚴禁自行拆裝電池組，以免造成人身傷害。

 

　　總結(jié)：動力電池安全性是復雜的系統(tǒng)性問題，涵蓋電池選材、制造工藝、安全測試以及日常使用等多方面因素。在國家相關(guān)標準的指導下，電池廠商和整車廠更加明確了動力電池安全性的目標，通過不斷優(yōu)化電芯材料、制造工藝和軟件算法，同時加大測試力度和測試難度，使得動力電池安全性取得了長足的進步，新能源汽車整車可靠性也得到了進一步提升。而作為車主，同樣不能忽視日常使用對動力電池安全性所造成的影響，建議大家養(yǎng)成良好的用車習慣，共同營造環(huán)保、節(jié)能、安全的新能源汽車使用環(huán)境。