车载动力电池安全技术措施研究

车载动力电池

安全是红线，质量是底线。没有安全，就没有必要讨论质量问题。高质量的产品必须具有高安全性。但安全性高的产品并不一定是高质量的产品。车载动力电池的安全性是当前的热门话题，电池安全问题必须列入新能源汽车发展高峰论坛。然而，经过讨论，外行人的普遍印象是，目前中国的电动汽车不安全，这与讨论的初衷背道而驰，因此出现了，有人在网上发帖称“中国的电动车辆是垃圾”。幸运的是，这些讨论的实际意义主要是积极的，并没有导致电动汽车市场的恐慌。笔者梳理了这些讨论，走访了一些动力电池生产企业，研究了我国车载动力电池的安全技术和安全措施，获得了一些经验供大家参考。

一、电池单体安全失效模式分析及技术支持措施

1.电池内部正负极之间的短路是确保生产设备的关键。

（1） 直接原因：电池单体生产过程中的缺陷或电池单体因长期振动外力而变形。

（2） 故障分析：在生产过程中，生产线的相关设备保证了电池芯内部正负短路缺陷的消除。如果设备不能得到保证，那么批量产品就会出现质量问题。这是电池制造商的基本要求。我国对动力电池生产企业实行了目录管理，基本可以保证合规的电池生产企业不会出现批量产品质量问题。

（3） 安全技术措施：筛选出不合格（电池内部正负极短路）电池，目标值大于99.999%。

（4） 危险：如果发生严重的内部短路，控制无法停止，外部保险不起作用，肯定会发生吸烟或燃烧。然而，如果电池制造商有足够的支持能力，发生的概率非常低。即使发生这种情况，车辆制造商和自动灭火装置也必须发挥辅助作用。

2、关键是电池芯漏液，工艺纪律到位。

（1） 直接原因：外力损坏；密封结构因碰撞和安装不规范而损坏；焊接缺陷和密封胶不足导致密封性能差。

（2） 失效分析：与软袋和塑料壳电池相比，金属壳单体更容易发生液体泄漏，导致绝缘失效。电池泄漏后，整个电池组的绝缘失效，单点绝缘失效问题不大。如果有两个或两个以上的绝缘故障，就会发生外部短路。

（3） 安全技术措施：严格工艺纪律，提高生产自动化水平。

（4） 危险：非常危险；

电池泄漏导致汽车火灾事故的概率比电池芯内部正负短路的概率大几个数量级。这种外部短路需要外部保险才能发挥作用。

3.堆芯充气，生产现场环境（空气）指标达标是关键。

（1） 直接原因：主要是由于电池内部产生气体的副反应，最常见的是与水的副反应。

（2） 故障分析：生产线环境偏离规定要求。

（3） 安全技术措施：严格控制电池单体生产过程中的水分，这是可以避免的。

（4） 危险：一旦蓄电池变平，就会发生液体泄漏。这是产品生产质量中的严重质量问题，制定预防措施就足够了，严禁不合格产品出厂。

4.产能一致性差，自动化生产线是关键。

（1） 直接原因：电池制造工艺技术能力不足、电池储存时间、电池充放电时的温差、充放电电流等。

（2） 故障分析：一致性有具体的技术指标。一旦低于指标，表明生产线的质量保证体系存在严重问题，必须采取改进措施。提高产品能力的一致性是一个不断改进的过程。

（3） 安全技术措施：加强过程管理和评审，不断提高企业质量管理体系能力的措施。

（4） 危险：危险不会立即发生。如果产能一致性差，生产企业应及时提高质量，严禁不合格产品出厂。

二、电池管理系统（BMS）安全故障模式分析及技术支持措施

1.电压检测线路故障及措施

（1） 现象：蓄电池充电过度，导致火灾和爆炸；当磷酸亚铁锂过充电到5V以上时，大部分会冒烟，三元电池一旦过充电就会爆炸。

（2） 原因：BMS电压（连接、压线过程或接触不良）电压检测线故障，导致电池过充电或过放电，这是由充电或过放引起的。

A） 电解液会释放气体，导致电池膨胀，严重时还会冒烟起火；

B） 电池过度放电会破坏电池正极材料的分子结构，从而导致充电失败；

C） 电池电压过低，导致电解液分解，锂在干燥时沉淀，导致电池短路。

（3） 措施：从技术上讲，选择高可靠性的电压采集线，防止采集线脱离接触；

在管理上，制定了收费措施制度，并将责任落实到人。

2.电流检测故障及措施

（1） 现象：BMS无法收集电流，SOC无法计算，偏差较大。

（2） 原因：霍尔传感器故障，充电电流大，电池芯内部热量大，会削弱隔膜的固化能力。

（3） 措施：选用优质霍尔传感器，确保安装质量合格。

3.温度检测故障及措施

（1） 现象：电池工作温度过高，容易发生膨胀、泄漏和爆炸。

（2） 原因：温度检测失败。

（3） 措施：严格控制电池的工作温度在20-45摄氏度，避免电池在低温充电过程中析锂导致短路，以及高温下的热失控。

4.绝缘监测故障及措施

（1） 现象：人们可能会触电。

（2） 原因：当动力电池变形或泄漏时，会发生绝缘故障。

（3） 措施：监测传感器必须选择高质量、可靠的产品。

5.其他故障和措施

（1） 1）SOC的估计偏差很大，现行检测标准的要求都在5%以内，这实际上很困难。有必要不断提高准确性。

（2） EMC抵抗电磁干扰的能力不足导致BMS通信失败，而且仍然难以确保其到位。同时，产品必须通过第三方强制测试。

三、电池组（Pack）集成故障，导致安全事故隐患分析及对策。

1.总线连接故障

（1） 现象：导体接头处产生大量热量，极端情况下可能导致动力电池起火。

（2） 原因：在使用螺栓连接的过程中，由于氧化或振动导致螺栓松动。

（3） 措施：电池单元相互连接或模块通过激光焊接相互连接，或在连接处添加温度传感器，以避免总线故障。新的连接技术不断涌现，制造商应积极采用这些技术。

2.动力电池系统主电路的连接器出现故障。

（1） 现象：连接器性能不可靠，在振动下发生虚拟连接，导致连接器高温烧蚀。

（2） 原因：当连接器温度超过90度时，将发生连接故障。

（3） 措施：连接器需要配备高压联锁功能，或者在连接器上安装温度传感器。连接器必须由高质量的产品制成。

3.其他故障：

带负载的接触器断开一定次数，在高电流闭合时会被烧蚀。主要措施有：一般采用双继电器控制合闸，避免高压接触器卡死；

高压系统部件中保险丝的选择和匹配不到位，振动或外部碰撞和挤压导致动力电池变形，密封失效，IP等级降低。主要措施：蓄电池箱结构的碰撞防护必须到位。

四、中国动力电池安全技术已经成熟。

目前，中国对动力电池安全技术的讨论非常热烈。本文主要从不安全的角度出发，提出了提高安全技术水平的许多方法和措施。工信部提出公交车暂时不同意公交车上的“三元”电池的规定也是合理的，主要是因为公交车的安全要求最高。从一个方面来看，这表明中国对动力电池技术的研究已经成熟。随着我国新能源汽车的发展，动力电池安全新技术不断涌现是必然趋势。

动力电池制造商、汽车制造商和用户应携手合作，通过不断改进技术和技术来提高锂电池的安全性。BMS系统制造商应充分了解电池的性能，并根据动力电池的安全设计原则设计出安全可靠的电池系统。汽车工厂应发挥主导作用和桥梁作用，落实车载动力电池的安全技术措施，主要包括动力电池系统的安装结构、电气和电池热管理，以及在发生极端安全事故时及时应用补救技术等一系列工作，为用户提供安全、可靠、高品质的纯电动汽车；

用户还必须正确、安全地使用（维护）纯电动汽车，并必须杜绝滥用（机械、热力和电力），以确保纯电动汽车在中国的健康和可持续发展。

车载动力电池

安全是红线，质量是底线。没有安全，就没有必要讨论质量问题。高质量的产品必须具有高安全性。但安全性高的产品并不一定是高质量的产品。车载动力电池的安全性是当前的热门话题，电池安全问题必须列入新能源汽车发展高峰论坛。然而，经过讨论，外行人的普遍印象是，目前中国的电动汽车不安全，这与讨论的初衷背道而驰，因此出现了，有人在网上发帖称“中国的电动车辆是垃圾”。幸运的是，这些讨论的实际意义主要是积极的，并没有导致电动汽车市场的恐慌。笔者梳理了这些讨论，走访了一些动力电池生产企业，研究了我国车载动力电池的安全技术和安全措施，获得了一些经验供大家参考。

一、电池单体安全失效模式分析及技术支持措施

1.电池内部正负极之间的短路是确保生产设备的关键。

（1） 直接原因：电池单体生产过程中的缺陷或电池单体因长期振动外力而变形。

（2） 故障分析：在生产过程中，生产线的相关设备保证了电池芯内部正负短路缺陷的消除。如果设备不能得到保证，那么批量产品就会出现质量问题。这是电池制造商的基本要求。我国对动力电池生产企业实行了目录管理，基本可以保证合规的电池生产企业不会出现批量产品质量问题。

（3） 安全技术措施：筛选出不合格（电池内部正负极短路）电池，目标值大于99.999%。

（4） 危险：如果发生严重的内部短路，控制无法停止，外部保险不起作用，肯定会发生吸烟或燃烧。然而，如果电池制造商有足够的支持能力，发生的概率非常低。即使发生这种情况，车辆制造商和自动灭火装置也必须发挥辅助作用。

2、关键是电池芯漏液，工艺纪律到位。

（1） 直接原因：外力损坏；密封结构因碰撞和安装不规范而损坏；焊接缺陷和密封胶不足导致密封性能差。

（2） 失效分析：与软袋和塑料壳电池相比，金属壳单体更容易发生液体泄漏，导致绝缘失效。电池泄漏后，整个电池组的绝缘失效，单点绝缘失效问题不大。如果有两个或两个以上的绝缘故障，就会发生外部短路。

（3） 安全技术措施：严格工艺纪律，提高生产自动化水平。

（4） 危险：非常危险；

电池泄漏导致汽车火灾事故的概率比电池芯内部正负短路的概率大几个数量级。这种外部短路需要外部保险才能发挥作用。

3.堆芯充气，生产现场环境（空气）指标达标是关键。

（1） 直接原因：主要是由于电池内部产生气体的副反应，最常见的是与水的副反应。

（2） 故障分析：生产线环境偏离规定要求。

（3） 安全技术措施：严格控制电池单体生产过程中的水分，这是可以避免的。

（4） 危险：一旦蓄电池变平，就会发生液体泄漏。这是产品生产质量中的严重质量问题，制定预防措施就足够了，严禁不合格产品出厂。

4.产能一致性差，自动化生产线是关键。

（1） 直接原因：电池制造工艺技术能力不足、电池储存时间、电池充放电时的温差、充放电电流等。

（2） 故障分析：一致性有具体的技术指标。一旦低于指标，表明生产线的质量保证体系存在严重问题，必须采取改进措施。提高产品能力的一致性是一个不断改进的过程。

（3） 安全技术措施：加强过程管理和评审，不断提高企业质量管理体系能力的措施。

（4） 危险：危险不会立即发生。如果产能一致性差，生产企业应及时提高质量，严禁不合格产品出厂。

二、电池管理系统（BMS）安全故障模式分析及技术支持措施

1.电压检测线路故障及措施

（1） 现象：蓄电池充电过度，导致火灾和爆炸；当磷酸亚铁锂过充电到5V以上时，大部分会冒烟，三元电池一旦过充电就会爆炸。

（2） 原因：BMS电压（连接、压线过程或接触不良）电压检测线故障，导致电池过充电或过放电，这是由充电或过放引起的。

A） 电解液会释放气体，导致电池膨胀，严重时还会冒烟起火；

B） 电池过度放电会破坏电池正极材料的分子结构，从而导致充电失败；

C） 电池电压过低，导致电解液分解，锂在干燥时沉淀，导致电池短路。

（3） 措施：从技术上讲，选择高可靠性的电压采集线，防止采集线脱离接触；

在管理上，制定了收费措施制度，并将责任落实到人。

2.电流检测故障及措施

（1） 现象：BMS无法收集电流，SOC无法计算，偏差较大。

（2） 原因：霍尔传感器故障，充电电流大，电池芯内部热量大，会削弱隔膜的固化能力。

（3） 措施：选用优质霍尔传感器，确保安装质量合格。

3.温度检测故障及措施

（1） 现象：电池工作温度过高，容易发生膨胀、泄漏和爆炸。

（2） 原因：温度检测失败。

（3） 措施：严格控制电池的工作温度在20-45摄氏度，避免电池在低温充电过程中析锂导致短路，以及高温下的热失控。

4.绝缘监测故障及措施

（1） 现象：人们可能会触电。

（2） 原因：当动力电池变形或泄漏时，会发生绝缘故障。

（3） 措施：监测传感器必须选择高质量、可靠的产品。

5.其他故障和措施

（1） 1）SOC的估计偏差很大，现行检测标准的要求都在5%以内，这实际上很困难。有必要不断提高准确性。

（2） EMC抵抗电磁干扰的能力不足导致BMS通信失败，而且仍然难以确保其到位。同时，产品必须通过第三方强制测试。

三、电池组（Pack）集成故障，导致安全事故隐患分析及对策。

1.总线连接故障

（1） 现象：导体接头处产生大量热量，极端情况下可能导致动力电池起火。

（2） 原因：在使用螺栓连接的过程中，由于氧化或振动导致螺栓松动。

（3） 措施：电池单元相互连接或模块通过激光焊接相互连接，或在连接处添加温度传感器，以避免总线故障。新的连接技术不断涌现，制造商应积极采用这些技术。

2.动力电池系统主电路的连接器出现故障。

（1） 现象：连接器性能不可靠，在振动下发生虚拟连接，导致连接器高温烧蚀。

（2） 原因：当连接器温度超过90度时，将发生连接故障。

（3） 措施：连接器需要配备高压联锁功能，或者在连接器上安装温度传感器。连接器必须由高质量的产品制成。

3.其他故障：

带负载的接触器断开一定次数，在高电流闭合时会被烧蚀。主要措施有：一般采用双继电器控制合闸，避免高压接触器卡死；

高压系统部件中保险丝的选择和匹配不到位，振动或外部碰撞和挤压导致动力电池变形，密封失效，IP等级降低。主要措施：蓄电池箱结构的碰撞防护必须到位。

四、中国动力电池安全技术已经成熟。

目前，中国对动力电池安全技术的讨论非常热烈。本文主要从不安全的角度出发，提出了提高安全技术水平的许多方法和措施。工信部提出公交车暂时不同意公交车上的“三元”电池的规定也是合理的，主要是因为公交车的安全要求最高。从一个方面来看，这表明中国对动力电池技术的研究已经成熟。随着我国新能源汽车的发展，动力电池安全新技术不断涌现是必然趋势。

动力电池制造商、汽车制造商和用户应携手合作，通过不断改进技术和技术来提高锂电池的安全性。BMS系统制造商应充分了解电池的性能，并根据动力电池的安全设计原则设计出安全可靠的电池系统。汽车工厂应发挥主导作用和桥梁作用，落实车载动力电池的安全技术措施，主要包括动力电池系统的安装结构、电气和电池热管理，以及在发生极端安全事故时及时应用补救技术等一系列工作，为用户提供安全、可靠、高品质的纯电动汽车；用户还必须正确、安全地使用（维护）纯电动汽车，并必须杜绝滥用（机械、热力和电力），以确保纯电动汽车在中国的健康和可持续发展。

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