車載動力電池安全技術措施研究

車載動力電池

安全是紅線，質量是底線。沒有安全，就沒有必要討論質量問題。高質量的產品必須具有高安全性。但安全性高的產品并不一定是高質量的產品。車載動力電池的安全性是當前的熱門話題，電池安全問題必須列入新能源汽車發展高峰論壇。然而，經過討論，外行人的普遍印象是，目前中國的電動汽車不安全，這與討論的初衷背道而馳，因此出現了，有人在網上發帖稱“中國的電動車輛是垃圾”。幸運的是，這些討論的實際意義主要是積極的，并沒有導致電動汽車市場的恐慌。筆者梳理了這些討論，走訪了一些動力電池生產企業，研究了我國車載動力電池的安全技術和安全措施，獲得了一些經驗供大家參考。

一、電池單體安全失效模式分析及技術支持措施

1.電池內部正負極之間的短路是確保生產設備的關鍵。

（1） 直接原因：電池單體生產過程中的缺陷或電池單體因長期振動外力而變形。

（2） 故障分析：在生產過程中，生產線的相關設備保證了電池芯內部正負短路缺陷的消除。如果設備不能得到保證，那么批量產品就會出現質量問題。這是電池制造商的基本要求。我國對動力電池生產企業實行了目錄管理，基本可以保證合規的電池生產企業不會出現批量產品質量問題。

（3） 安全技術措施：篩選出不合格（電池內部正負極短路）電池，目標值大于99.999%。

（4） 危險：如果發生嚴重的內部短路，控制無法停止，外部保險不起作用，肯定會發生吸煙或燃燒。然而，如果電池制造商有足夠的支持能力，發生的概率非常低。即使發生這種情況，車輛制造商和自動滅火裝置也必須發揮輔助作用。

2、關鍵是電池芯漏液，工藝紀律到位。

（1） 直接原因：外力損壞；密封結構因碰撞和安裝不規范而損壞；焊接缺陷和密封膠不足導致密封性能差。

（2） 失效分析：與軟袋和塑料殼電池相比，金屬殼單體更容易發生液體泄漏，導致絕緣失效。電池泄漏后，整個電池組的絕緣失效，單點絕緣失效問題不大。如果有兩個或兩個以上的絕緣故障，就會發生外部短路。

（3） 安全技術措施：嚴格工藝紀律，提高生產自動化水平。

（4） 危險：非常危險；

電池泄漏導致汽車火災事故的概率比電池芯內部正負短路的概率大幾個數量級。這種外部短路需要外部保險才能發揮作用。

3.堆芯充氣，生產現場環境（空氣）指標達標是關鍵。

（1） 直接原因：主要是由于電池內部產生氣體的副反應，最常見的是與水的副反應。

（2） 故障分析：生產線環境偏離規定要求。

（3） 安全技術措施：嚴格控制電池單體生產過程中的水分，這是可以避免的。

（4） 危險：一旦蓄電池變平，就會發生液體泄漏。這是產品生產質量中的嚴重質量問題，制定預防措施就足夠了，嚴禁不合格產品出廠。

4.產能一致性差，自動化生產線是關鍵。

（1） 直接原因：電池制造工藝技術能力不足、電池儲存時間、電池充放電時的溫差、充放電電流等。

（2） 故障分析：一致性有具體的技術指標。一旦低于指標，表明生產線的質量保證體系存在嚴重問題，必須采取改進措施。提高產品能力的一致性是一個不斷改進的過程。

（3） 安全技術措施：加強過程管理和評審，不斷提高企業質量管理體系能力的措施。

（4） 危險：危險不會立即發生。如果產能一致性差，生產企業應及時提高質量，嚴禁不合格產品出廠。

二、電池管理系統（BMS）安全故障模式分析及技術支持措施

1.電壓檢測線路故障及措施

（1） 現象：蓄電池充電過度，導致火災和爆炸；當磷酸亞鐵鋰過充電到5V以上時，大部分會冒煙，三元電池一旦過充電就會爆炸。

（2） 原因：BMS電壓（連接、壓線過程或接觸不良）電壓檢測線故障，導致電池過充電或過放電，這是由充電或過放引起的。

A） 電解液會釋放氣體，導致電池膨脹，嚴重時還會冒煙起火；

B） 電池過度放電會破壞電池正極材料的分子結構，從而導致充電失敗；

C） 電池電壓過低，導致電解液分解，鋰在干燥時沉淀，導致電池短路。

（3） 措施：從技術上講，選擇高可靠性的電壓采集線，防止采集線脫離接觸；

在管理上，制定了收費措施制度，并將責任落實到人。

2.電流檢測故障及措施

（1） 現象：BMS無法收集電流，SOC無法計算，偏差較大。

（2） 原因：霍爾傳感器故障，充電電流大，電池芯內部熱量大，會削弱隔膜的固化能力。

（3） 措施：選用優質霍爾傳感器，確保安裝質量合格。

3.溫度檢測故障及措施

（1） 現象：電池工作溫度過高，容易發生膨脹、泄漏和爆炸。

（2） 原因：溫度檢測失敗。

（3） 措施：嚴格控制電池的工作溫度在20-45攝氏度，避免電池在低溫充電過程中析鋰導致短路，以及高溫下的熱失控。

4.絕緣監測故障及措施

（1） 現象：人們可能會觸電。

（2） 原因：當動力電池變形或泄漏時，會發生絕緣故障。

（3） 措施：監測傳感器必須選擇高質量、可靠的產品。

5.其他故障和措施

（1） 1）SOC的估計偏差很大，現行檢測標準的要求都在5%以內，這實際上很困難。有必要不斷提高準確性。

（2） EMC抵抗電磁干擾的能力不足導致BMS通信失敗，而且仍然難以確保其到位。同時，產品必須通過第三方強制測試。

三、電池組（Pack）集成故障，導致安全事故隱患分析及對策。

1.總線連接故障

（1） 現象：導體接頭處產生大量熱量，極端情況下可能導致動力電池起火。

（2） 原因：在使用螺栓連接的過程中，由于氧化或振動導致螺栓松動。

（3） 措施：電池單元相互連接或模塊通過激光焊接相互連接，或在連接處添加溫度傳感器，以避免總線故障。新的連接技術不斷涌現，制造商應積極采用這些技術。

2.動力電池系統主電路的連接器出現故障。

（1） 現象：連接器性能不可靠，在振動下發生虛擬連接，導致連接器高溫燒蝕。

（2） 原因：當連接器溫度超過90度時，將發生連接故障。

（3） 措施：連接器需要配備高壓聯鎖功能，或者在連接器上安裝溫度傳感器。連接器必須由高質量的產品制成。

3.其他故障：

帶負載的接觸器斷開一定次數，在高電流閉合時會被燒蝕。主要措施有：一般采用雙繼電器控制合閘，避免高壓接觸器卡死；

高壓系統部件中保險絲的選擇和匹配不到位，振動或外部碰撞和擠壓導致動力電池變形，密封失效，IP等級降低。主要措施：蓄電池箱結構的碰撞防護必須到位。

四、中國動力電池安全技術已經成熟。

目前，中國對動力電池安全技術的討論非常熱烈。本文主要從不安全的角度出發，提出了提高安全技術水平的許多方法和措施。工信部提出公交車暫時不同意公交車上的“三元”電池的規定也是合理的，主要是因為公交車的安全要求最高。從一個方面來看，這表明中國對動力電池技術的研究已經成熟。隨著我國新能源汽車的發展，動力電池安全新技術不斷涌現是必然趨勢。

動力電池制造商、汽車制造商和用戶應攜手合作，通過不斷改進技術和技術來提高鋰電池的安全性。BMS系統制造商應充分了解電池的性能，并根據動力電池的安全設計原則設計出安全可靠的電池系統。汽車工廠應發揮主導作用和橋梁作用，落實車載動力電池的安全技術措施，主要包括動力電池系統的安裝結構、電氣和電池熱管理，以及在發生極端安全事故時及時應用補救技術等一系列工作，為用戶提供安全、可靠、高品質的純電動汽車；

用戶還必須正確、安全地使用（維護）純電動汽車，并必須杜絕濫用（機械、熱力和電力），以確保純電動汽車在中國的健康和可持續發展。

車載動力電池

安全是紅線，質量是底線。沒有安全，就沒有必要討論質量問題。高質量的產品必須具有高安全性。但安全性高的產品并不一定是高質量的產品。車載動力電池的安全性是當前的熱門話題，電池安全問題必須列入新能源汽車發展高峰論壇。然而，經過討論，外行人的普遍印象是，目前中國的電動汽車不安全，這與討論的初衷背道而馳，因此出現了，有人在網上發帖稱“中國的電動車輛是垃圾”。幸運的是，這些討論的實際意義主要是積極的，并沒有導致電動汽車市場的恐慌。筆者梳理了這些討論，走訪了一些動力電池生產企業，研究了我國車載動力電池的安全技術和安全措施，獲得了一些經驗供大家參考。

一、電池單體安全失效模式分析及技術支持措施

1.電池內部正負極之間的短路是確保生產設備的關鍵。

（1） 直接原因：電池單體生產過程中的缺陷或電池單體因長期振動外力而變形。

（2） 故障分析：在生產過程中，生產線的相關設備保證了電池芯內部正負短路缺陷的消除。如果設備不能得到保證，那么批量產品就會出現質量問題。這是電池制造商的基本要求。我國對動力電池生產企業實行了目錄管理，基本可以保證合規的電池生產企業不會出現批量產品質量問題。

（3） 安全技術措施：篩選出不合格（電池內部正負極短路）電池，目標值大于99.999%。

（4） 危險：如果發生嚴重的內部短路，控制無法停止，外部保險不起作用，肯定會發生吸煙或燃燒。然而，如果電池制造商有足夠的支持能力，發生的概率非常低。即使發生這種情況，車輛制造商和自動滅火裝置也必須發揮輔助作用。

2、關鍵是電池芯漏液，工藝紀律到位。

（1） 直接原因：外力損壞；密封結構因碰撞和安裝不規范而損壞；焊接缺陷和密封膠不足導致密封性能差。

（2） 失效分析：與軟袋和塑料殼電池相比，金屬殼單體更容易發生液體泄漏，導致絕緣失效。電池泄漏后，整個電池組的絕緣失效，單點絕緣失效問題不大。如果有兩個或兩個以上的絕緣故障，就會發生外部短路。

（3） 安全技術措施：嚴格工藝紀律，提高生產自動化水平。

（4） 危險：非常危險；

電池泄漏導致汽車火災事故的概率比電池芯內部正負短路的概率大幾個數量級。這種外部短路需要外部保險才能發揮作用。

3.堆芯充氣，生產現場環境（空氣）指標達標是關鍵。

（1） 直接原因：主要是由于電池內部產生氣體的副反應，最常見的是與水的副反應。

（2） 故障分析：生產線環境偏離規定要求。

（3） 安全技術措施：嚴格控制電池單體生產過程中的水分，這是可以避免的。

（4） 危險：一旦蓄電池變平，就會發生液體泄漏。這是產品生產質量中的嚴重質量問題，制定預防措施就足夠了，嚴禁不合格產品出廠。

4.產能一致性差，自動化生產線是關鍵。

（1） 直接原因：電池制造工藝技術能力不足、電池儲存時間、電池充放電時的溫差、充放電電流等。

（2） 故障分析：一致性有具體的技術指標。一旦低于指標，表明生產線的質量保證體系存在嚴重問題，必須采取改進措施。提高產品能力的一致性是一個不斷改進的過程。

（3） 安全技術措施：加強過程管理和評審，不斷提高企業質量管理體系能力的措施。

（4） 危險：危險不會立即發生。如果產能一致性差，生產企業應及時提高質量，嚴禁不合格產品出廠。

二、電池管理系統（BMS）安全故障模式分析及技術支持措施

1.電壓檢測線路故障及措施

（1） 現象：蓄電池充電過度，導致火災和爆炸；當磷酸亞鐵鋰過充電到5V以上時，大部分會冒煙，三元電池一旦過充電就會爆炸。

（2） 原因：BMS電壓（連接、壓線過程或接觸不良）電壓檢測線故障，導致電池過充電或過放電，這是由充電或過放引起的。

A） 電解液會釋放氣體，導致電池膨脹，嚴重時還會冒煙起火；

B） 電池過度放電會破壞電池正極材料的分子結構，從而導致充電失敗；

C） 電池電壓過低，導致電解液分解，鋰在干燥時沉淀，導致電池短路。

（3） 措施：從技術上講，選擇高可靠性的電壓采集線，防止采集線脫離接觸；

在管理上，制定了收費措施制度，并將責任落實到人。

2.電流檢測故障及措施

（1） 現象：BMS無法收集電流，SOC無法計算，偏差較大。

（2） 原因：霍爾傳感器故障，充電電流大，電池芯內部熱量大，會削弱隔膜的固化能力。

（3） 措施：選用優質霍爾傳感器，確保安裝質量合格。

3.溫度檢測故障及措施

（1） 現象：電池工作溫度過高，容易發生膨脹、泄漏和爆炸。

（2） 原因：溫度檢測失敗。

（3） 措施：嚴格控制電池的工作溫度在20-45攝氏度，避免電池在低溫充電過程中析鋰導致短路，以及高溫下的熱失控。

4.絕緣監測故障及措施

（1） 現象：人們可能會觸電。

（2） 原因：當動力電池變形或泄漏時，會發生絕緣故障。

（3） 措施：監測傳感器必須選擇高質量、可靠的產品。

5.其他故障和措施

（1） 1）SOC的估計偏差很大，現行檢測標準的要求都在5%以內，這實際上很困難。有必要不斷提高準確性。

（2） EMC抵抗電磁干擾的能力不足導致BMS通信失敗，而且仍然難以確保其到位。同時，產品必須通過第三方強制測試。

三、電池組（Pack）集成故障，導致安全事故隱患分析及對策。

1.總線連接故障

（1） 現象：導體接頭處產生大量熱量，極端情況下可能導致動力電池起火。

（2） 原因：在使用螺栓連接的過程中，由于氧化或振動導致螺栓松動。

（3） 措施：電池單元相互連接或模塊通過激光焊接相互連接，或在連接處添加溫度傳感器，以避免總線故障。新的連接技術不斷涌現，制造商應積極采用這些技術。

2.動力電池系統主電路的連接器出現故障。

（1） 現象：連接器性能不可靠，在振動下發生虛擬連接，導致連接器高溫燒蝕。

（2） 原因：當連接器溫度超過90度時，將發生連接故障。

（3） 措施：連接器需要配備高壓聯鎖功能，或者在連接器上安裝溫度傳感器。連接器必須由高質量的產品制成。

3.其他故障：

帶負載的接觸器斷開一定次數，在高電流閉合時會被燒蝕。主要措施有：一般采用雙繼電器控制合閘，避免高壓接觸器卡死；

高壓系統部件中保險絲的選擇和匹配不到位，振動或外部碰撞和擠壓導致動力電池變形，密封失效，IP等級降低。主要措施：蓄電池箱結構的碰撞防護必須到位。

四、中國動力電池安全技術已經成熟。

目前，中國對動力電池安全技術的討論非常熱烈。本文主要從不安全的角度出發，提出了提高安全技術水平的許多方法和措施。工信部提出公交車暫時不同意公交車上的“三元”電池的規定也是合理的，主要是因為公交車的安全要求最高。從一個方面來看，這表明中國對動力電池技術的研究已經成熟。隨著我國新能源汽車的發展，動力電池安全新技術不斷涌現是必然趨勢。

動力電池制造商、汽車制造商和用戶應攜手合作，通過不斷改進技術和技術來提高鋰電池的安全性。BMS系統制造商應充分了解電池的性能，并根據動力電池的安全設計原則設計出安全可靠的電池系統。汽車工廠應發揮主導作用和橋梁作用，落實車載動力電池的安全技術措施，主要包括動力電池系統的安裝結構、電氣和電池熱管理，以及在發生極端安全事故時及時應用補救技術等一系列工作，為用戶提供安全、可靠、高品質的純電動汽車；用戶還必須正確、安全地使用（維護）純電動汽車，并必須杜絕濫用（機械、熱力和電力），以確保純電動汽車在中國的健康和可持續發展。

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