新能源汽车动力电池安全管理技术发展趋势

新能源汽车动力电池安全管理技术发展趋势

张宝军

黑龙江龙唐电力投资有限公司群力供热分公司，黑龙江省哈尔滨市，150070

摘要：动力电池的安全管理是一个复杂而又系统的工程，需要从多个方面综合考虑和应对，从设计、生产到使用、维护，每一个环节都需要严格遵守安全标准和规范，确保动力电池的性能和安全性能得到全面保障。同时，随着科技的不断进步和创新，新技术和新材料的应用也为动力电池的安全管理提供了更多的可能性和手段。为此，本文将深入探讨新能源汽车动力电池安全管理技术发展趋势，并提出相应的解决方案和建议，以供借鉴。

关键词：新能源汽车；动力电池；安全管理技术

引言

动力电池作为新能源汽车的核心动力来源，其安全性直接关系到整车的安全性能和乘客的生命安全，更是新能源汽车产业可持续发展的基石，一旦动力电池发生安全事故，如短路、热失控、燃烧或爆炸等，将会对车辆和乘客造成无法挽回的损害，同时也会对新能源汽车行业的声誉和未来发展带来严重冲击。因此，加强动力电池的安全管理，确保其在各种工况下都能安全稳定运行，成为了新能源汽车产业发展中不可或缺的一环。

1新能源汽车动力电池安全管理技术要点

1.1热失控机理

热失控是指在某些情况下，电池内部由于温度或热量的增加，导致反应体系中放热反应的速率增加，从而产生的热量难以承受，进而引起连锁反应和爆炸等危险情况。以磷酸铁锂动力电池为例，其热失控可能涉及正极材料的热稳定性、电解液的热反应、隔膜的热失效等多个方面，在热失控的初期，电池内部温度可能会逐渐升高，导致正极材料中的磷酸铁锂发生分解，产生氧气和其他气体。同时，电解液也会在高温下发生分解，释放大量热量和可燃气体，随着温度的进一步升高，隔膜可能会融化或破裂，导致电池内部短路，从而引发更剧烈的热失控反应。对于三元材料锂离子动力电池，其热失控机制可能更加复杂，由于三元材料具有较高的能量密度和较低的热稳定性，因此在高温或滥用条件下更容易发生热失控。在热失控的过程中，三元材料可能会发生相变或分解，产生氧气和其他气体，而电解液和隔膜也会在高温下发生热反应，进一步加剧热失控的过程。为此，动力电池的热失控是一个复杂而重要的问题，需要技术人员深入研究动力电池的热失控机理，了解不同材料在不同条件下的热反应特性和动力学行为，便于技术人员更准确地预测和评估电池的安全性能，为未来的电池设计和制造提供更有针对性的指导[1]。

1.2热失控阻断方式

动力电池在使用或充电过程中，由于内部短路、外部短路、过充、过放、过热等因素会导致电池内部温度急剧升高，进而引发电池内部化学反应的失控。由于热失控可能导致的严重后果，必须采取有效的热失控阻断方式来防止其发生或降低其影响，这不仅可以保护车辆和乘客的安全，还可以避免对环境和公共安全造成威胁。针对热失控阻断，主要有以下两种方式：①主动抑制，大多数基于热管理系统，通过模组底部的液冷管道注入冷却液体，利用冷却液的流动来有效抑制热失控蔓延的影响。此外，还可以在模组上方安装灭火管道，当电芯热失控时，电池喷出的高温气体会触发模组顶部的灭火管道，灭火管道内的灭火剂喷出，从而抑制热失控蔓延。②被动抑制，在电芯发生热失控以后，将具有吸热、隔热功能的保护材料放置于模组中失控的电芯与未失控电芯之间，以阻碍或阻断热失控的传播。这种方法的实现方式包括在电芯侧面放置隔热材料或相变材料（方形和软包电芯），或使用特殊的隔热支架（圆柱电芯）进行热失控蔓延的阻隔[2]。

1.3安全防护结构

新能源汽车动力电池的安全管理技术要点及其安全防护结构，主要围绕电池的性能保护、安全监测以及预防潜在危险等方面展开。针对单体电池防护，主要采取安全阀设计作业，保证运行的稳定性和安全性，一旦电池内部出现压力参数异常的情况，借助安全阀就能有效排出内部的气体，从根本上避免电池变形问题和解体问题。此外，安全防护结构还包括热管理系统、电气隔离系统、机械防护系统等。热管理系统通过控制电池的散热和加热，确保电池在合适的温度范围内工作；电气隔离系统可以防止电池与车辆其他部分的电气干扰和短路，确保电池的安全运行；机械防护系统则通过保护电池免受外部冲击和振动的影响，减少电池受损的风险。

2新能源汽车动力电池安全管理技术发展趋势

2.1化学材料的改进和创新

动力电池中的正负极材料目前仍存在能量密度不高、可靠性不高等问题。未来，需要通过研发新型的化学材料，提高电池的能量密度，同时保证其安全性能。例如，硅碳复合材料、钛酸锂等新型材料的研发和应用，硅碳复合材料作为一种潜在的正极材料，具有高能量密度的优势，通过优化硅碳复合材料的结构和组成，可以进一步提高其能量密度和循环稳定性，从而满足新能源汽车对续航里程和电池寿命的需求。钛酸锂则是一种具有优异安全性能的负极材料，它具有“零应变”特性，在充放电过程中骨架结构几乎不发生变化，从而有效避免了电池因体积变化而引发的安全问题

[3]。

2.2热管理技术的提升

在充放电过程中，动力电池会产生大量的热量，如果不能及时散热，将会导致电池温度升高，进而引发安全事故。首先，更高效的散热器设计，增加散热面积，优化散热路径，降低电池内部的温度，可以减少电池因高温而引发的性能衰减和安全隐患，还能提高电池系统的整体效率和可靠性。其次，冷却液的选择和循环系统设计也是热管理系统的关键部分。使用具有优良热传导性能的冷却液，如低粘度、高沸点、低凝固点的液体，可以更有效地降低电池温度，同时优化冷却液的循环路径和流量，确保电池组内部的温度分布均匀，避免出现局部过热的情况。

2.3智能化管理系统的应用

智能化的BMS通过集成先进的传感器技术和智能算法，能够实时监控电池的状态，包括温度、电压、电流等关键参数，进而对电池进行精确的管理和优化。智能化的BMS通过部署在电池包内部的传感器网络，能够实时收集并传输电池的各种状态信息，这些传感器能够精确测量每个电池单元的温度、电压和电流等参数，并将数据发送到BMS的中央处理单元进行分析。基于收集到的电池状态数据，智能算法能够对电池的剩余寿命进行预测，这些算法通过分析电池的充放电历史、温度变化、内阻变化等因素，结合电池老化模型，计算出电池的剩余容量和剩余寿命，有助于车主和维修人员及时了解电池的健康状况，为更换电池提供参考依据。此外，智能化的BMS还能够根据电池的实时状态和预测寿命，自动调整充放电策略，实现优化控制。例如，在充电过程中，BMS可以根据电池的温度、电压和电流等参数，自动调整充电电流和充电时间，以避免电池过充和过热；在放电过程中，BMS可以根据电池的剩余电量和负载需求，智能分配电量，确保电池在安全范围内工作。

结束语

综上所述，新能源汽车动力电池安全管理技术的创新，将引领整个新能源汽车行业向着更加安全、高效、智能的方向发展。随着化学材料的创新、热管理技术的提升、智能化管理系统的广泛应用以及安全评估和认证的规范化，有理由相信，新能源汽车动力电池的安全性能将得到显著提升，从而进一步推动新能源汽车的普及和应用。

参考文献

[1]洪吉超,梁峰伟,杨海旭,等.大数据驱动动力电池智能安全管理与控制方法研究[J].汽车工程,2023(10):1845-1861,1907.

[2]舒强,王艺帆,梁元.新能源汽车运行安全管理研究[J].中国人民公安大学学报(自然科学版),2022(2):45-50.

[3]王震坡，李晓宇，袁昌贵，黎小慧.大数据下电动汽车动力电池故障诊断技术挑战与发展趋势[J].机械工程学报，2021，57（14）.