一、動力電池安全隱患的誘因

動力電池是能源載體，說明其安全隱患誘因是客觀存在的。按照歐陽明高教授的總結(jié)，大致可以分為三大類：

1)外部高溫會導(dǎo)致電芯防爆膜破裂，電解液噴出，會發(fā)生燃燒、起火。在外部高溫環(huán)境下， 電解液分解物與正極、負(fù)極發(fā)生反應(yīng)，電芯隔膜將融化分解等導(dǎo)致內(nèi)部短路，電能量釋放也多會產(chǎn)生大量的熱量。

圖1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)示意圖

試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)電池單體溫度達(dá)到135℃時(shí)，隔膜開始融化，電壓下降；150℃電池電壓快速下降,等溫度高達(dá)245℃時(shí)，隔膜完全崩潰。結(jié)論是，電池單體工作溫度在40℃～50℃之間是比較理想的。結(jié)論是，如果高于或低于這個(gè)溫度范圍都是不利于電池正常使用的。

2)動力電池內(nèi)部的雜質(zhì)、金屬顆粒、充放電膨脹與收縮、析鋰等都有產(chǎn)生動力電池內(nèi)部短路的可能。由動力電池內(nèi)部雜質(zhì)引起的內(nèi)短路的過程的機(jī)理，目前全世界專家還在研究階段。

結(jié)論是，目前要做到消除動力電池內(nèi)部的雜質(zhì)等誘因，理論上還沒有找到可行的辦法。

3)汽車機(jī)械受損如強(qiáng)烈的撞擊、翻車、擠壓也是無法規(guī)避的客觀事實(shí)。機(jī)械受損會導(dǎo)致電池發(fā)生機(jī)械損壞，在很短的時(shí)間內(nèi)，會發(fā)生動力電池短路。結(jié)論是，汽車是運(yùn)動物體，動力電池的機(jī)械受損也是一個(gè)大概率事件。

二、動力電池發(fā)生安全事故的人為因素

1)由于充電操作不當(dāng)導(dǎo)致外部短路。導(dǎo)致電池放電電流很大，會使電芯發(fā)熱，高溫會使電芯內(nèi)部的隔膜收縮或完全壞壞，造成內(nèi)部短路，因而爆炸。結(jié)論是，進(jìn)行培養(yǎng)，加強(qiáng)管理是一個(gè)十分必要的基礎(chǔ)管理工作。

2)電池過充導(dǎo)致正極的鋰過度放出會使正極的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。而放出的鋰過多也容易無法插入負(fù)極中，也容易造成負(fù)極表面析鋰，而且，當(dāng)電壓達(dá)到4.5V以上時(shí)，電解液會分解生產(chǎn)大量的氣體，從而導(dǎo)致電池鼓脹，嚴(yán)重的話甚至?xí)盁熎鸹稹＝Y(jié)論是，要通過聲光等措施要能及時(shí)告知要告訴操作人員，同時(shí)技術(shù)措施立即到位。要能杜絕這個(gè)行為的發(fā)生。

3)過放會導(dǎo)致電池正極材料分子結(jié)構(gòu)損壞，從而導(dǎo)致充不進(jìn)去電。結(jié)論是，要通過聲光等措施要能告知要告訴操作人員，同時(shí)技術(shù)措施上，要能杜絕這個(gè)行為的發(fā)生。

4)IP防護(hù)等級不達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致電池內(nèi)部水份含量過高。水份可以和電芯中的電解液反應(yīng)，生產(chǎn)氣體，充電時(shí)，可以和生成的鋰反應(yīng)，生成氧化鋰，使電芯的容量損失，易使電芯過充而生成氣體，水份的分解電壓較低，充電時(shí)很容易分解生成氣體，當(dāng)這一系列生成的氣體會使電芯的內(nèi)部壓力增大，當(dāng)電芯的外殼無法承受時(shí)，電芯就會爆炸。

三、動力電池安全安防范措施

1)BMS管理系統(tǒng)要具備自動規(guī)避人為不當(dāng)操作的功能。

2)動力電池單體生產(chǎn)中過程控制措施到位。主要是要保障單體質(zhì)量要高、一致性要高。電池包的IP等級要符合電動汽車的技術(shù)要求；

3) BMS管理系統(tǒng)要能控制電動系統(tǒng)環(huán)境溫度，要保持適宜，具有自動調(diào)節(jié)功能；

4)低溫環(huán)境下，BMS管理系統(tǒng)要能對動力系統(tǒng)自動加溫，對即將發(fā)生燃燒時(shí)(或爆炸時(shí)刻)，要能自動消除這些；

四、動力電池安全智能系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

動力電池安全智能系統(tǒng)分為三部分：a)電池系統(tǒng)；b)熱管理系統(tǒng)；c)自動滅火系統(tǒng)。

圖2 動力電池安全智能系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

1)熱管理系統(tǒng)的基本功能

a)電動汽車正常后，電池始終保持在最佳工作溫度區(qū)間；

b)低溫環(huán)境下，借力充電槍(220-380網(wǎng)電)給車載電池加熱至電池正常工作問題；

c)規(guī)避杜絕虛充或者過充；

d)能在-40度極寒條件下，確保電動汽車能正常工作。

圖3 熱管理系統(tǒng)基本部件

2)自動滅火系統(tǒng)基本功能

a)電池箱溫度過高或者燃燒時(shí)，自動聲光報(bào)警，通知乘員疏散;

b)將藥劑罐內(nèi)藥劑迅速噴入電池箱內(nèi)進(jìn)行滅火，整個(gè)過程不超過0.2秒。

c)整個(gè)滅火結(jié)果，不給電池系統(tǒng)造成新?lián)p傷。

四、動力電池安全智能系統(tǒng)工作原理

1)熱管理系統(tǒng)的基本原理

采用液體冷卻技術(shù)，將專業(yè)設(shè)計(jì)的換熱板放置于電池箱內(nèi)，在主機(jī)內(nèi)對液體介質(zhì)進(jìn)行加熱/冷卻，再將液體送入換熱板內(nèi)，通過內(nèi)部流轉(zhuǎn)的液體進(jìn)行循環(huán)換熱。技術(shù)指標(biāo)要求：

a)電池溫度精確控制在(±1℃)；

b)溫控速度在極熱或極冷情況下能20分鐘達(dá)到動力電池的正常范圍。

c)體積尺寸大小必須控制在整車能接受范圍以內(nèi)。

可以實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)的基本目標(biāo)：

a)防止電池溫度過高，減少電化學(xué)腐蝕，避免熱失控導(dǎo)致燃燒或爆炸；杜絕電池溫度過高所引起的自燃；

b)防止低溫充電時(shí)，電池易出現(xiàn)瞬間電壓過充現(xiàn)象，導(dǎo)致短路；

c)防止低溫過充時(shí)導(dǎo)致的電池不可逆損傷。

2)自動滅火系統(tǒng)的基本原理

在溫度(熱量)傳感器信號發(fā)生時(shí)，ECU發(fā)出指令，執(zhí)行元件開始工作，滅火劑立即到達(dá)，遇熱迅速氣化，吸收大量熱量，達(dá)到快速降溫的作用，且在電池箱底部形成積液，可持續(xù)降溫。技術(shù)指標(biāo)要求：

a)常溫常壓儲存下，滅火劑有效期達(dá)10年；

b)滅火劑藥劑遇熱氣化，沉滯于電池箱內(nèi)，迅速稀釋氧含量，在非閉空間里，亦可達(dá)到窒息滅火。

c)滅火劑能捕捉自由基，持續(xù)快速打斷鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，形成保護(hù)層，阻止復(fù)燃。

d)滅火劑介電強(qiáng)度大于60KV(不導(dǎo)電)，且無腐蝕性，不會對電池造成任何傷害；

e)藥劑在自然狀態(tài)下5天自然分解，噴放后無需對電池箱做任何清潔工作，同時(shí)其分解物對環(huán)境無任何污染。臭氧層損耗值(ODP)為0，溫室效應(yīng)值(GWP)為1。

五、總結(jié)及建議

1)電動客車配置“動力電池安全智能系統(tǒng)”將是強(qiáng)制安全標(biāo)準(zhǔn)的要求?！稒C(jī)動車運(yùn)行安全技術(shù)條件》(GB7258-20××)代替GB 7258-2012)(征求意見稿)的12.10.4條款明確要求：“車廠大于等于6m純電動客車、充電式混合動力客車、燃料電池汽車應(yīng)設(shè)置具有向駕駛?cè)藛T報(bào)警功能的電池箱專用自動滅火裝置。”客車整車企業(yè)必須加強(qiáng)對動力電池安全智能系統(tǒng)的研究。

2)電池安全智能系統(tǒng)理應(yīng)向高集成度方向發(fā)展。純電動客車的驅(qū)動電機(jī)也要保持一定工作溫度，客車車身里也要求自動滅火裝置?？蛙?yán)锊豢赡芘渲霉δ芑疽恢碌亩嗵椎难b置。最好是一整套總成，體積要小。

3)滅火劑，一是絕緣度等級要高，二是滅火劑完全滅火功能后，能自動自然分解,三是滅火劑完全滅火功能后，在動力電池箱上不能有遺留物。

4)有了“動力電池安全智能系統(tǒng)”，電動汽車安全等級會大大提高，對電動汽車普及應(yīng)用，無疑是”功在整車、零部件廠家，利在老百姓“的大好事，大家都要積極推動它的應(yīng)用。

5)中國電動汽車發(fā)展速度會很快的，安全措施(技術(shù))必須要跟上。動力電池安全智能系統(tǒng)理應(yīng)一個(gè)核心技術(shù)，一是持續(xù)提高質(zhì)量，二是有序地配置到車來，一定要消除老百姓對電動汽車安全性懷疑心理。

作者：雷洪鈞