引言
目前在新能源汽车核心技术攻关工程、电池技术突破研究领域中,我国已经研究开发出质量较轻、寿命较长、安全性较高、成本较低的电池。为有效应对安全问题,本文根据新能源汽车动力电池的特点、安全问题发生规律等,完善了相应的安全管理模式、安全防控机制,从而有效保障电池使用和运行的安全性。
1新能源汽车电池技术研究背景
新能源汽车的主要动力来源是电池。目前,按电池原理划分,可分为化学电池、物理电池及生物电池3种类型。按电池的主要化学材料可划分为以下3种:①磷酸铁锂电池。这类电池的生产成本较低,使用时间较长,目前在售的许多新能源汽车中均使用了该电池,但是该电池的耐低温性能较弱,受区域、季节的影响较大。②三元锂电池。与磷酸铁锂电池相比,这类电池的能量密度较高,电池性能更优,但在高温环境下该电池经常会出现热稳定性较差的情况,当电池温度达到200℃以上时,电解液会在短时间内燃烧,甚至会出现爆燃的可能,容易出现安全隐患。③石墨烯电池。这类电池材料的坚固性较好,对使用环境温度的要求并不严格,但是该电池的生产成本极高,目前并非所有种类的新能源汽车都能够使用。总之,随着我国新能源汽车电池技术的不断发展,我国电池技术也随之呈现出快速发展的态势。
2新能源汽车电池技术存在的问题
2.1电池老化
动力电池典型的自发热失控过程,通常可以认为包括以下主要过程:(1)SEI膜分解,负极表面暴露,导致负极与电解质发生放热反应;(2)隔膜高温收缩或破损,导致正负极活性物质直接接触,发生剧烈的氧化还原反应;(3)正极氧化物分解释氧,并与电解质反应。在实际使用过程中,由于正负极在反复充放电过程中产生的膨胀、塌陷以及产气等导致的结构损伤,以及电池内部温度过高导致SEI分解或隔膜收缩,以及各种原因导致的隔膜破孔都有可能诱发电池内部自发热失控的产生。
2.2电池热失控
近年来,我国新能源汽车产业发展迅速。《2020年国务院政府工作报告》中指出,要强化新型基础设施、新型信息网络建设,增加5G技术的应用渠道,合理建设相关的数据中心系统,增加充电桩和换电站数量,对新能源汽车进行推广,重点关注新消费需求,推动产业的转型升级发展。目前新能源汽车普遍使用锂离子电池作为储能部件,其具有能量密度较高、使用寿命较长的优势,但美中不足的是存在安全隐患。据调查,2016—2020年,由电池热失控引起的自燃现象时有发生,对道路和人身安全造成直接影响。究其原因,动力电池因长时间使用,部件开始慢慢老化,电池的性能会有所降低,此情况下过充、过放都很容易引发热失控。从原理层面而言,电池经长时间使用,内阻增高发热,当达到90~120℃时,SEI膜会逐渐分解释放热量,温度再次增高,隔膜熔化关闭;超过150℃时,内部电解质分解,继续释放出热量;超过200℃时,正极材料分解,不仅会释放热量,还会释放气体,并呈现持续升温状态;超过300℃时,嵌锂态负极和电解液之间出现一定的反应,尤其是氧气剧烈反应,极易引发热失控现象。
2.3充电问题
如前文针对新能源汽车发生自燃起火时所处的SOC的统计,相当比例的事故均是车辆处于充电或者充完电以后的静置、行驶期间。其深层次原因则多种多样,与电池有关的原因可能包括以下几点:(1)由于电芯一致性差,导致某些单体发生过充;(2)电池充电控制策略与电池安全使用边界不匹配,例如低温充电时导致电池内部析锂等;(3)功能安全故障导致充电系统与电池系统无法正常协同工作,导致电池发生过充等。通过分析监测平台的电池运行数据进行溯源和定位,但是也存在一些车辆在充电中或在充电完成后静置过程中发生起火,但从运行数据无法定位事故原因。因此,动力电池未发生明显过充,在静置中起火的案例本文将其归类到无事故自燃门类中。
3新能源汽车电池技术的发展方向
3.1完善充电安全管理工作模式
为增强电池充电环节的安全管理效果,应不断完善管理模式,强化电池使用的规范引导,为使用者提供相应的电池安全应用培训,将充电注意事项、充电操作要求等作为主要的培训内容,并提醒使用者不可擅自改装电池。同时需强化对使用者在电池保养、故障排查方面的引导,使其了解安全隐患并能够及时发现、排查异常状况。在发生底盘刮伤、遇到强烈撞击、遭到雨水浸泡的情况下,提醒使用者尽快在附近网点进行检查和维修,引导使用者在充电过程中准确排查安全隐患,加强管控力度,保障电池应用的安全性。严格按照国家相关标准加强充电桩、充电系统基础设施建设。
3.2建设充电设施
虽然目前我国新能源汽车电池技术的研究处于国际领先状态,但是由于电池续航里程有一定的限制,所以应根据新能源汽车发展需求积极建设充电基础设施,完善充电桩等设施的功能,促进新能源汽车产业的整体进步。首先,应重点优化基础设施建设流程,在各个地区建设较为完善的充电桩等设施,加快设施建设时间和速度,满足新能源汽车消费者的需求。其次,应合理设定充电设施的建设标准,增强不同品牌充电设施的兼容性,提升各类资源的利用效率,确保消费者能够便利地充电。最后,鼓励具有充电桩技术研究开发能力企业进行技术开发,设置相应的充电桩技术研发补贴,减少技术研究开发的时间,为新能源汽车充电基础设施的建设夯实基础。
3.3完善电池故障维修关键技术
如果汽车出现故障,行驶过程中自行停车,则最先应考虑的是与蓄电池相关的故障。首先应检查电池电量是否不足,然后对与电池连接的部位进行检查,查看是否出现线路断裂、短缺等问题。此外,如果这些都不存在问题,则应考虑电池本身电流以及所处环境。因此,在行车过程中应常备一些诊断检测工具。例如电池故障则需要利用到专业的故障诊断仪来具体检测BMS或者VCU中是否出现故障代码问题以及现实的相关数据流是否符合正常标准,同时还应测试电池当前的温度以及湿度是否符合正常环境下的标准,从而根据一定的数据检测来对电池位置等进行调整。
结束语
新能源汽车在一定程度上代表了汽车领域的先进水平,汽车电池对汽车的性能、质量具有十分深远的影响。本文分析了新能源汽车电池技术在现阶段存在的问题,提出了针对性的对策,提供给技术人员进行进一步深化研究。同时,对电池性能加以优化,实现良好的使用效果,将助力我国新能源汽车领域的快速发展。
参考文献
[1]蔡文宇.新能源汽车的常见故障及维修关键技术[J].发明与创新(职业教育),2020(12):116-117.
[2]杨萌.新能源汽车电气技术关键问题探讨与分析[J].内蒙古煤炭经济,2020(24):178-179.
[3]薛明芳.新能源汽车安全技术的应用实践[J].内燃机与配件,2020(23):198-199.
[4]卢建平.新能源汽车维修的关键技术探究[J].时代汽车,2020(24):152-153.
[5]郑振.新能源汽车动力电池压差故障及维修技术分析[J].南方农机,2020,51(22):138-139.