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        新能源汽車動力電池安全問題分析及解決策略

        2023-06-11 15:29:42吳長青
        時代汽車 2023年10期
        關(guān)鍵詞:安全問題新能源汽車動力電池

        吳長青

        摘 要:社會經(jīng)濟水平的不斷增長,推動工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模逐漸擴大,同時人們生活質(zhì)量的提高,對汽車行駛安全提出高要求。在新形勢下,我國交通運輸領(lǐng)域的持續(xù)進步使新能源汽車應用數(shù)量不斷增多,但是也會出現(xiàn)新能源汽車安全事故,根本原因在于動力電池短路、熱失控等問題,從而對駕駛員生命安全造成極大威脅?;诖耍疚膶π履茉雌噭恿﹄姵匕踩珕栴}進行深層分析,對其研究出具體解決對策,以供從業(yè)人士參考。

        關(guān)鍵詞:新能源汽車 動力電池 安全問題 解決策略

        現(xiàn)如今,新能源汽車企業(yè)研發(fā)主要集中在電池安全功能,并且我國已經(jīng)生產(chǎn)出質(zhì)量可靠、應用壽命長、安全性高、成本低的高效新能源電池。要想從根本上解決安全問題,還需圍繞新能源汽車動力電池特征、安全問題引發(fā)誘因等,制定出完善電池安全管理體系、安全防范機制,充分維護電池應用穩(wěn)定性,為人們行駛安全保駕護航。

        1 新能源汽車動力電池類型

        1.1 鉛酸電池

        在新能源汽車行業(yè)中,鉛酸電池是研發(fā)比較成熟的一種動力電池,盡管有許多使用者認為鉛酸電池在汽車運用中出現(xiàn)污染環(huán)境、技術(shù)工藝不佳等問題,但是在新能源汽車行業(yè)中依舊有廣闊發(fā)展前景,還需對其開展進一步研究。隨著時代的推動,鉛酸電池技術(shù)在功能和水平方面進行優(yōu)化與改善,比如放電功率從20Wh/kg上升到40Wh/kg,鉛酸電池應用期限也在逐漸延長,由300多次增加到4000多次[1]。另外,在鉛酸電池回收技術(shù)上也會有所突破,其回收使用率增長到90%,促進鉛酸電池在新能源汽車應用中有了更好發(fā)展前景,有效發(fā)揮良好推動作用。

        1.2 鎳氫電池

        鎳氫電池是新能源汽車中功能發(fā)揮良好的一種電池類型,主要分為高壓鎳氫電池和普通鎳氫電池。鎳氫電池應用在新能源汽車中能夠體現(xiàn)出記憶效應小、放電倍率大以及循環(huán)使用時間長等優(yōu)勢,在我國汽車制造領(lǐng)域中實現(xiàn)廣泛應用。比如,在日本著名汽車品牌豐田中的普銳斯汽車以運用鎳氫電池為主。

        1.3 鋰電池

        在科學技術(shù)迅速發(fā)展下,微電子技術(shù)也在日益成熟,推動鋰電池進入到大規(guī)模生產(chǎn)運用階段,這種動力電池通過鋰合金作為陽極新材料,借助非水電解質(zhì)溶液的電池制造而成。鋰電池應用在新能源電池中有效發(fā)揮出良好功能,其功率和運行能量分別達到1600Wh/kg、150Wh/kg。與此同時,通過我國鋰電能長期研發(fā)與創(chuàng)新,鋰電池的各種參數(shù)和功能也在不斷更新與完善。現(xiàn)如今,我國鋰電池研究方向以聚合物鋰電池為主,主要分為三元鋰、錳酸鋰等。這些電池形式功能沒有明顯實質(zhì)性區(qū)別,都能在新能源汽車生產(chǎn)制造中實現(xiàn)廣泛應用。

        1.4 燃料電池

        燃料電池是由化學能源轉(zhuǎn)變成電能化學配置,又被稱之為電化學發(fā)電器。燃料電池應用在新能源汽車生產(chǎn)制造中具有工作效率高、噪音污染程度低、有害排出量少等優(yōu)勢,成為新能源汽車行業(yè)中廣泛應用的動力之一。和其他發(fā)達國家相比較,我國燃料電池發(fā)展速度緩慢,技術(shù)水平落后,極有可能引發(fā)技術(shù)設施不健全、技術(shù)研發(fā)力度缺失等各種問題,還需與相關(guān)企業(yè)的大力協(xié)助,積極建設專業(yè)化技術(shù)團隊,從根本解決電池問題,有利于燃料電池能夠在新能源汽車中發(fā)揮作用,為汽車可持續(xù)發(fā)展提供足夠清潔動力能源[2]。

        2 新能源汽車動力電池安全問題

        2.1 生產(chǎn)環(huán)節(jié)的安全問題

        新能源汽車動力電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)中,安全管理與電池安全運用有著直接聯(lián)系,一旦在操作中沒有對其加以管控,也沒有采用科學測試維護電池運行穩(wěn)定性,極有可能對新能源安全行駛造成極大威脅,甚至還會引發(fā)一系列安全事故。比如,我國新能源汽車補貼政策是一年,與汽車供應商開發(fā)時間不對等,特別是在使用化學材料過程中,體系改革已經(jīng)超出一年限制,但是企業(yè)為了得到相關(guān)補貼,極有可能在生產(chǎn)操作期間過于隨意,惡意減少測試檢測時間,很難在后期使用過程中確保電池安全可靠。除此之外,一些新能源汽車制造商為了減少產(chǎn)品研發(fā)時間,刻意采用物理措施,比如降低電池隔膜厚度,增加活性材料厚度,盡管在實際中增加電池能量,對電池安全性造成很大影響,從而對其電池安全運用帶來極大破壞。

        2.2 應用期間的安全問題

        1.電池熱失控

        在當前汽車制造領(lǐng)域中,新能源汽車產(chǎn)業(yè)迅速崛起。近年來,通過國家相關(guān)數(shù)據(jù)報告了解到,為了建設先進基礎(chǔ)設施、網(wǎng)絡信息平臺,積極引用5G技術(shù)不斷拓展應用途徑,有效構(gòu)建核心數(shù)據(jù)系統(tǒng),不僅提升充電樁和換電站數(shù)量,還能大力推廣新能源汽車,關(guān)注消費者需求,進一步推動產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)轉(zhuǎn)型。現(xiàn)如今,我國新能源汽車已經(jīng)廣泛運用鋰離子電池,將其作為新能源汽車電能儲備裝置,有著高效能量密度、應用期限長等優(yōu)勢,但是在實際操作中依舊會出現(xiàn)許多安全問題。根據(jù)實踐調(diào)查了解到,自2016年到2020年之間,因電池熱失控引發(fā)的自燃事故高達數(shù)百例,甚至會對道路和駕駛員生命安全帶來極大威脅。這些事故發(fā)生的根本原因在于新能源動力電池長期處于高效使用狀態(tài),導致部分構(gòu)件逐漸老化,電池功能也在日益下降,所以在這種狀態(tài)下過度充電、長期閑置都有可能出現(xiàn)熱失控[3]。從基層原理了解到,電池長期使用促使內(nèi)阻發(fā)熱程度增高,如果達到90~120℃過程中,SEI膜就會逐漸分散熱量,內(nèi)部溫度也在逐漸升高,使隔膜熔化功能關(guān)閉;如果溫度處于150℃時,內(nèi)部電解質(zhì)也會隨之分解,繼續(xù)釋放內(nèi)部熱量;如果溫度高達200℃時,正極材料開始分解,除了釋放熱量之外,還會釋放內(nèi)部氣體,依舊保持在升溫狀態(tài);如果溫度處于300℃時,嵌鋰態(tài)負極和電解液之間會出現(xiàn)明顯變化,特別是與氧氣沖擊情況下發(fā)生劇烈反應下,從而引發(fā)熱失控問題。

        2.充電不合理

        電池充電過程中也會引發(fā)數(shù)據(jù)通訊不合理現(xiàn)象,甚至還有部分供應商沒有根據(jù)國家規(guī)定建設新能源充電設施,不利于電池安全穩(wěn)定,充分說明新能源汽車動力電池充電安全性的重要性。但是在大多數(shù)新能源汽車制造企業(yè)發(fā)現(xiàn),其電池安全管理系統(tǒng)沒有按照明確規(guī)定執(zhí)行,比如國家要求企業(yè)必須采用自動化斷電器控制分析問題,但是在絕大部分企業(yè)經(jīng)營中沒有配置這項功能,也未能合理設計充電樁設施絕緣功能、充電回路絕緣電壓金檢測功能、溫升檢測功能等,大大降低電池充電安全性,甚至對電池功能造成一定影響。

        3 新能源汽車動力電池安全問題的解決策略

        3.1 生產(chǎn)安全的控制方法

        1.優(yōu)化測試驗證模式

        根據(jù)國家相關(guān)規(guī)定必須更新生產(chǎn)環(huán)節(jié)測試、優(yōu)化驗證工作標準,及時發(fā)現(xiàn)動力電池隱藏的安全問題,并且按照問題類型迅速測試驗證正極材料狀態(tài),比如在對磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池應用測試時,一旦溫度達到規(guī)定指標立即會出現(xiàn)分解現(xiàn)象。尤其是對于三元鋰電池在200℃分解情況下,磷酸鐵鋰電池會在200℃實現(xiàn)分解,同時三元鋰電池材料極有可能出現(xiàn)明顯化學反應,將其分散成氧分子,產(chǎn)生持續(xù)性燃燒反應,所以在測試驗證環(huán)節(jié)時必須對各種材料安全功能進行分析,優(yōu)先選擇磷酸鐵鋰作為新能源汽車電池生產(chǎn)材料。除此之外,電池高壓電流方面的安全測試和驗證分析,也要遵循各種車型特征、國家相關(guān)標準完善工作內(nèi)容和制度,有利于測試驗證分析效果理想化,從根本保障生產(chǎn)環(huán)境電池應用可靠[4]。

        2.選擇合適測試驗證方法

        當電池處于生產(chǎn)過程中,應當根據(jù)新能源汽車動力電池特征、生產(chǎn)技術(shù)、國家相關(guān)規(guī)定等,選擇合適測試驗證方法,從實際防止因安全規(guī)范體系引發(fā)問題,從而在全面測試分析、驗證過程中快速掌握電池安全諸多問題,合理分配工作內(nèi)容,大幅度提高測試效率,增強驗證工作時效性,有效在實施措施中呈現(xiàn)出多元化效果。與此同時,可以借鑒工作實踐經(jīng)驗,參照工作特征,確保測試驗證處理科學化,進一步提高工作效率和工作水平。另外,在傳統(tǒng)電池生產(chǎn)制造過程中,沒有落實傳感監(jiān)控體系,在這種情況下需要在生產(chǎn)階段配置智能化鋰離子動力電池組,通過鋁合金材料在側(cè)方進行開口處理,為設置傳感器零部件提供便利,并且在結(jié)構(gòu)內(nèi)部水平位置設計精準電池卡槽,將電池安裝在其中,建立防熱墊圈結(jié)構(gòu),減少新能源汽車駕駛期間由于震動引發(fā)不良反應。在電池之間設計冷卻管,當電池組正式啟動之后冷卻管會正常運行,確保電池組溫度穩(wěn)定。除此之外,對結(jié)構(gòu)外殼前端位置設置處理器,能夠快速搜集電池溫度數(shù)據(jù)信息、電壓參數(shù)等。在外部結(jié)構(gòu)安裝與設備連接的動力電池正負極處理器,從根本控制設備運行速度。這種設計方法有效處理生產(chǎn)環(huán)節(jié)中引發(fā)溫度升高問題,運用冷卻管替代傳統(tǒng)風扇,增強散熱效果,借助傳感器實現(xiàn)動態(tài)化監(jiān)控,防止溫度升高引起系統(tǒng)熱失控問題,促進電池組安全穩(wěn)定。

        3.2 應用環(huán)節(jié)的控制

        1.電池報廢管理和替換管理

        要想從實際防止電池長期使用出現(xiàn)老化或者是功能破壞影響其安全功能,相關(guān)部門必須加大電池報廢管理和設備替換管理力度,減少安全問題發(fā)生次數(shù)。針對動力電池來說,如果發(fā)現(xiàn)其不能繼續(xù)使用應當立即回收。當電池應用性能降低到30%即可采用梯次方式,也可以采用拆解方式,將其應用在路燈中,不僅能防止新能源汽車電池出現(xiàn)安全問題,也可以從實際防止資源過度浪費,有效提高能源利用率,達到實用性、環(huán)保性效果。通過回收利用的方式做出針對性處置,避免對環(huán)境造成污染[5]。

        2.完善充電安全管理工作模式

        為了達到電池充電的安全管理效果,必須不斷創(chuàng)新管理方法,嚴格規(guī)范電池應用行為,在使用前也會對應用者進行專門電池安全使用培訓,圍繞充電注意事項、充電操作等開展培訓。值得注意的是,在培養(yǎng)過程中時刻提醒使用者不能私自改裝電池,否則會面臨重大安全事故。另外,要求使用者定期對新能源汽車電池進行保養(yǎng)維護,實時排查故障,及時掌握其安全隱患以及排查情況。當汽車底盤受損、激烈撞擊、雨水浸泡等情況下,提醒使用者快速在附近維修點進行整體檢查,指導使用者在充電過程中找到安全問題引發(fā)的具體位置,強化管理力度,充分保障新能源汽車電池應用安全。

        4 新能源汽車動力電池的發(fā)展途徑

        4.1 加強統(tǒng)一制造模式

        在新能源汽車動力電池研究中發(fā)現(xiàn),統(tǒng)一制造成為重點關(guān)注內(nèi)容。首先,對新能源汽車行業(yè)發(fā)展制定長期方案,如果在傳統(tǒng)層面研究很難達到未來發(fā)展效果,大大影響后期成果。所以新能源汽車動力電池的許多技術(shù)、標準、數(shù)據(jù)等都必須進行分析和整合。另外,需要從多方面分析。在新形勢下,新能源汽車已經(jīng)在各城市廣泛應用,獲取社會消費者的一致認可。所以統(tǒng)一制造的實施,對固有工作成果造成直接影響。在這種情況下,積極了解市場反饋和社會的影響,通過大規(guī)模調(diào)查研究,優(yōu)化統(tǒng)一制造方法,從根本防止不必要問題發(fā)生。

        4.2 延長新能源電池壽命

        在對新能源汽車動力電池進行研發(fā)和實踐中分析,只有延長其應用壽命,才能充分保障新能源汽車持續(xù)發(fā)展,有效在未來發(fā)展中大幅度提升。比如,對于大功率充放電的大容量鋰離子動力電池組,需要在動力電池安全功能提升方面,對新能源汽車整體進行測試,實時觀察動力電池應用狀況下出現(xiàn)的不同反應,采用合理方式,大幅度提高電池安全性[6]。

        4.3 滿足市場高需求

        在新能源汽車動力電池中,鋰電池具有高效鋰金屬特征,但是同等鋰電池性能只有鉛酸電池的20%,所以科學運用鋰電池能夠為新能源汽車功能設計、制造生產(chǎn)等方面提供更多發(fā)展空間,充分滿足各渠道客戶需求,實現(xiàn)多元化新能源汽車設計。除此之外,鋰電池具有良好綠色環(huán)保特點,與新能源綠色環(huán)保節(jié)能概念完全相符,并且在以后發(fā)展中可以根據(jù)市場需求進一步更新鋰電池產(chǎn)品,不僅延長新能源汽車電池應用期限,還能提高應用安全性。

        5 總結(jié)

        在新時代背景下,人們生活水平的提升,使更多人選擇購買新能源汽車,大大提高其數(shù)量,但是在具體應用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)動力電池安全問題,引發(fā)一系列安全事故,對新能源汽車駕駛員生命安全造成極大威脅。在這種情況下,作者結(jié)合新能源汽車特點和實際情況,參考生產(chǎn)流程、應用期間出現(xiàn)的安全問題以及問題發(fā)生規(guī)律,不斷優(yōu)化生產(chǎn)流程的安全控制措施,積極完善測試驗證機制,加大安全監(jiān)督力度,有利于其安全控制發(fā)揮作用,更好保障新能源汽車動力電池安全性。

        參考文獻:

        [1]胡惠芝.新能源汽車動力電池企業(yè)資金管理存在的難點及對策建議[J].財經(jīng)界,2021(31):101-103.

        [2]辛明華,王軍雷,呂惠.基于專利分析的新能源汽車動力電池熱管理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析[J].汽車文摘,2021(11):25-28.

        [3]冶存良,王學軍.我國純電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸問題綜述及發(fā)展建議[J].時代汽車,2018(10):66-68.

        [4]李克卿,陸文星,梁昌勇.管理視角下中國新能源汽車動力電池的回顧與展望[J].科技管理研究,2020,40(05):173-177.

        [5]張淑英,李天鈺.中國新能源汽車動力電池報廢量預測與對策建議——基于蒙特卡洛模擬的測算[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展,2019,44(06):101-105.

        [6]楊涵婧.我國新能源汽車動力電池回收的生產(chǎn)者責任延伸制度之適用困境與完善路徑[J].資源再生,2021(12):39-42.

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