劉 巖，尹艷萍，黃 倩，胡 博，馬小利*

(1.國聯(lián)汽車動力電池研究院有限責(zé)任公司，北京 101499；2.中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟，北京 100088)

1 引言

近年來，我國新能源汽車和動力電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速增長，產(chǎn)業(yè)整體處于從政策引導(dǎo)向市場化競爭的轉(zhuǎn)型期，總體發(fā)展形勢向好。在產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，政府、行業(yè)、企業(yè)一直把安全作為發(fā)展的重心。關(guān)于新能源汽車及動力電池安全的標(biāo)準(zhǔn)正在有序制修訂，安全標(biāo)準(zhǔn)體系逐步完善，詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn)情況如表1所示。但由于發(fā)展前期車型開發(fā)周期短、動力電池產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊、用戶使用經(jīng)驗不足等因素，導(dǎo)致近年來新能源汽車起火爆炸等安全事故頻發(fā)。為保障新能源汽車產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，提升對質(zhì)量安全的重視，分析新能源汽車動力電池安全現(xiàn)狀，研究電池安全技術(shù)進(jìn)展情況，提出加強(qiáng)動力電池安全管理的建議。

表1 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Current standards.

2 新能源汽車與動力電池安全現(xiàn)狀

2.1 新能源汽車安全現(xiàn)狀

據(jù)中國新能源汽車大數(shù)據(jù)研究報告統(tǒng)計：歷年新能源汽車著火事故率呈現(xiàn)逐年下降趨勢。2019年生產(chǎn)的車輛著火事故率為0.037‰；2020年生產(chǎn)的車輛著火事故率為0.030 3‰，2021年生產(chǎn)的車輛著火事故率為0.008 4‰。著火事故率定義為某年份生產(chǎn)的車輛在當(dāng)年1月1日到當(dāng)年12月31日發(fā)生的著火事故數(shù)量除以某年份生產(chǎn)的車輛累計接入國家監(jiān)管平臺的總數(shù)[1]。

新能源汽車起火主要包括靜置起火、充電起火和行駛起火三種類別，事故數(shù)量占比分別為38%、23%和39%。通過對事故情景分析統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，新能源汽車起火事故數(shù)量與地域和季節(jié)有明顯關(guān)系，溫度、濕度等環(huán)境因素影響效果最為顯著。南方城市高溫天氣時間長，新能源汽車保有量高，基數(shù)大，事故發(fā)生頻數(shù)更大，如圖1所示。二、三季度主要有較多的高溫與雨水天氣，溫度高濕度大更容易造成電池?zé)崾Э仄鸹穑鐖D2所示。月份情況看，7—9月起火數(shù)量增長最為明顯，2019年、2020年新能源汽車月度起火情況如圖3所示。

圖1 2019—2021年南方城市與北方城市新能源汽車起火事故對比Fig.1 Comparison of safety fire incidents in southern and northern cities in 2019—2021.

圖2 2019—2021年季節(jié)性新能源汽車起火事故對比Fig.2 Seasonal safety fire incidents comparison in 2019—2021.

圖3 2019—2020年新能源汽車月度起火情況Fig.3 Monthly fire incidents of new energy vehicles in 2019 and 2020.

2.2 動力電池安全現(xiàn)狀

動力電池作為關(guān)鍵零部件，是新能源汽車各類起火事故的主要誘因[2]。據(jù)新能源汽車安全事故調(diào)查統(tǒng)計，新能源汽車自燃事故中，動力電池問題引發(fā)的事故占比超過50%，觸發(fā)動力電池安全事故主要有兩種情形：一是外部因素觸發(fā)，包括汽車碰撞、不合理充電、零部件短路及人為濫用等；二是內(nèi)部因素觸發(fā)，包括異物及金屬沉積導(dǎo)致內(nèi)短路、毛刺及枝晶刺穿隔膜導(dǎo)致內(nèi)短路等。整體來看，動力電池安全事故是多因素耦合造成的結(jié)果，進(jìn)一步分析事故誘發(fā)原因并進(jìn)行有效地監(jiān)測預(yù)警，降低事故損失，是保障動力電池產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的根基。

3 動力電池安全技術(shù)進(jìn)展情況

安全是新能源汽車產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的核心與基礎(chǔ)，近年來國內(nèi)新能源汽車和動力電池企業(yè)不斷增加電池安全技術(shù)研發(fā)投入，各種新技術(shù)層出不窮，主要從本征安全、主動安全和被動安全[3]三個層面進(jìn)行改善。

3.1 本征安全技術(shù)進(jìn)展

本征安全技術(shù)即從電池?zé)崾Э卦沓霭l(fā)，通過電池安全設(shè)計，降低電池?zé)崾Э仫L(fēng)險。主要包括以下三個方面。

(1)提升電解液穩(wěn)定性。寧德時代、國家動力電池創(chuàng)新中心通過正負(fù)極材料包覆、電解液中添加適量的添加劑[4]，提高電池耐高溫、高壓能力，目前高鎳三元電池?zé)崾Э販囟仍?50～170 ℃。

(2)提升隔膜強(qiáng)度[5]。比亞迪、國軒高科通過在電極、隔膜表面增加功能涂層來提升電池隔膜機(jī)械強(qiáng)度降低內(nèi)短路風(fēng)險，目前行業(yè)內(nèi)高性能隔膜拉伸強(qiáng)度能夠高達(dá)320 MPa。

(3)優(yōu)化電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計，比亞迪刀片電池通過增加電芯長度、降低電芯厚度，有效減少電池穿刺過程中的熱量積累，提高了電池包安全性，爐溫耐受升至300°，充電電壓至2.6倍不起火。

3.2 被動安全技術(shù)進(jìn)展

被動安全即對電池包做安全設(shè)計，在電池發(fā)生熱失控后擁有足夠的安全冗余，防止電池包安全事故擴(kuò)大化，預(yù)留充足時間警示乘員撤離。被動安全設(shè)計集中在電池系統(tǒng)層面，主要包括以下兩方面。

(1) 熱失控發(fā)生后的熱疏導(dǎo)。長城汽車“大禹電池”技術(shù)在電池包發(fā)生熱失控后，通過滅火通道、封堵結(jié)構(gòu)等特殊設(shè)計，引導(dǎo)熱氣流按照規(guī)定路線排出電池包，并對排出氣體進(jìn)行降溫，以降低高溫氣體及毒害氣體對人員的損害。

(2) 電池包的隔熱絕熱結(jié)構(gòu)設(shè)計，江淮汽車“蜂窩電池”采用六邊形蜂巢，通過外延包覆實現(xiàn)單元化封裝，并在電芯單元內(nèi)注滿絕熱膠，從而做到電芯單體之間電隔離和熱隔離，避免引發(fā)熱擴(kuò)散。

3.3 主動安全技術(shù)進(jìn)展

主動安全指通過系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和平臺監(jiān)控手段對電池安全邊界主動控制，避免發(fā)生電池?zé)崾Э?。主要包括以下兩方面?/p>

(1) 提升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性。廣汽埃安彈匣電池系統(tǒng)安全技術(shù)通過使用獨(dú)立分割的U型匣體將電池組包裹，匣體壁內(nèi)布滿冷卻管，實現(xiàn)電池組與冷卻系統(tǒng)大面積接觸，增強(qiáng)電池降溫效果，匣體的使用也使電池組在電池包內(nèi)部呈現(xiàn)安全倉保護(hù)狀態(tài)，一定程度上降低熱擴(kuò)散的發(fā)生概率。

(2) 完善監(jiān)測預(yù)警技術(shù)。上汽、蔚來等車企通過大數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺實現(xiàn)對單只電池全生命周期的實時監(jiān)測，有效識別預(yù)警動力電池潛在隱患和故障，提出合理應(yīng)對措施，部分車企診斷準(zhǔn)確率已超過95%，極大降低事故風(fēng)險。

4 動力電池安全技術(shù)發(fā)展建議

在各方的共同努力下，我國新能源汽車安全工作已取得一定成效，對動力電池全生命周期的安全管理理念也已逐步形成，電池安全意識不斷增強(qiáng)，但電池安全技術(shù)發(fā)展仍任重道遠(yuǎn)，建議從以下三個方面開展工作。

(1)政府主管部門要加強(qiáng)安全監(jiān)管力度。建立和完善新能源汽車安全運(yùn)行監(jiān)管體系，強(qiáng)化車企安全主體責(zé)任，加快制定新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)安全監(jiān)控平臺的建設(shè)規(guī)范，鼓勵車企應(yīng)用先進(jìn)安全預(yù)警模型，提升新能源汽車安全隱患篩查和預(yù)警能力；建立和健全動力電池全生命周期的安全檢驗制度，聯(lián)合相關(guān)部門推進(jìn)新能源汽車車輛年檢法規(guī)，完善車輛及關(guān)鍵零部件定期維護(hù)保養(yǎng)制度，降低事故發(fā)生率；協(xié)同公安部、消防總局、市場監(jiān)管總局進(jìn)一步明確新能源汽車事故調(diào)查流程，組建專業(yè)的事故調(diào)查機(jī)構(gòu)及關(guān)鍵零部件事故評價及技術(shù)鑒定機(jī)構(gòu)，建立事故調(diào)查結(jié)果公開發(fā)布機(jī)制，提高事故信息透明度，增加消費(fèi)信心；加快啟動現(xiàn)行安全國標(biāo)的制修訂工作，例如熱擴(kuò)散、底盤碰撞、休眠喚醒、異常大電流沖擊等(現(xiàn)行及在研標(biāo)準(zhǔn)情況詳見附件2)。

(2)行業(yè)組織應(yīng)發(fā)揮行業(yè)自律協(xié)調(diào)作用。充分發(fā)揮學(xué)會、協(xié)會、聯(lián)盟等社團(tuán)的行業(yè)自律協(xié)調(diào)作用，協(xié)同高校、研究院所、企業(yè)等國內(nèi)外優(yōu)勢資源，開展動力電池安全創(chuàng)新技術(shù)攻關(guān)，進(jìn)一步提升產(chǎn)品安全性能、提高安全預(yù)警能力及智能監(jiān)測水平，降低事故比例；發(fā)揮行業(yè)組織團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)工作試點(diǎn)的優(yōu)勢，根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展實際情況，及時快速開展動力電池安全相關(guān)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制修訂，如熱失控產(chǎn)氣標(biāo)準(zhǔn)、壓力測試標(biāo)準(zhǔn)、異物內(nèi)短路等測試標(biāo)準(zhǔn)，以團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)形式先行先試，促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)；加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)聯(lián)企業(yè)聯(lián)動，通過組織行業(yè)會議、產(chǎn)業(yè)交流等方式，打通整車、電池、充電三方面的信息壁壘，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)間深度合作；加大消費(fèi)者使用環(huán)節(jié)的安全常識普及和宣傳力度，組織開展安全倡議活動，降低消費(fèi)者安全風(fēng)險顧慮，提升消費(fèi)信心。

(3)企業(yè)應(yīng)高度重視技術(shù)投入，加強(qiáng)安全監(jiān)測工作。建議企業(yè)持續(xù)加大安全技術(shù)研發(fā)力度，加深產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)協(xié)同合作，多維度融合各層級安全技術(shù)，從本征、主動和被動三個層面提高產(chǎn)品安全性能；企業(yè)應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化安全監(jiān)控平臺建設(shè)，提高安全監(jiān)測能力，實現(xiàn)動力電池全場景、全生命周期的安全監(jiān)測，大幅提升監(jiān)測平臺的安全預(yù)警能力，做到根據(jù)事故危險程度合理劃分風(fēng)險等級，并建立相應(yīng)的事故報警及應(yīng)急處理預(yù)案；整車企業(yè)應(yīng)結(jié)合自身銷售情況，對早期未接入監(jiān)測平臺的車輛研究制定相關(guān)應(yīng)對方案，考慮通過以舊換新、免費(fèi)安全檢驗等優(yōu)惠政策鼓勵用戶定期維護(hù)，消除潛在安全隱患；做好用戶使用指導(dǎo)，完善新能源汽車用戶使用手冊，針對不同工況、不同倍率充電等使用場景，進(jìn)一步明確用戶使用要求，幫助消費(fèi)者建立良好的車輛使用習(xí)慣。

表2 在研及計劃標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Research and planning standards.