新能源汽车锂离子电池的安全问题分析与探索
鞠光才
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鞠光才,. 新能源汽车锂离子电池的安全问题分析与探索[J]. 低碳研究,2021.9. DOI:10.12721/ccn.2021.157098.
摘要:
新能源汽车行业的快速发展,扩大了锂离子电池的应用范围,使大众对锂离子电池的安全性能予以了广泛的关注。通过对锂离子电池的常见安全问题进行分析,从而提出有效的故障诊断方法,通过降低电池的安全事故发生几率和故障问题出现频率,可以在最大程度上减少由电池安全事故所造成的损害。通过对典型安全问题的逐步分析,掌握锂离子电池的工作原理和内部结构,结合已有的电池保护措施,设计更加完善的电池安全防护体系。
关键词: 新能源汽车锂离子电池安全问题解决办法
DOI:10.12721/ccn.2021.157098
基金资助:

在现阶段政策方针的扶持作用下,加快了新能源汽车行业的整体发展进程,为了及时的避免在使用锂离子电池的过程中所出现的安全事故,除了需要加大对电池的维护和保养力度之外,还需要对新能源汽车的安全问题进行分析,从而采取积极、有效的防护措施,确保锂离子电池在使用阶段的安全性。

一、分析新能源汽车内部锂离子电池的安全问题

在新能源汽车的使用过程中,锂离子电池所出现的安全问题主要为热失控问题。机械滥用、电滥用和热滥用等都属于造成锂离子电池热失控问题的主要因素。需要注意的是,对于机械滥用、电滥用以及热滥用等三个方面的情况来说,其并不属于独立存在的现象,在通常情况下,当一种滥用情况出现时,那么其他两种情况也会随之发生,从而造成了连锁反应。首先,对于机械滥用问题来说,主要是在相关外力的作用下,导致电池出现了磕碰和变形情况,从而使锂离子电池的内部出现了短路问题。其次,热滥用在一般情况下是由于外界环境温度逐渐升高所导致,或者在温度控制系统的运行过程中,由于系统失去了原有的效用,从而导致电池的整体热量普遍过高,进一步恶化了短路问题。当电池处于正常的工作温度区间时,随着温度的不断升高,会提高电池的使用效率,在温度过高时则会导致电极片和电解质等材料出现了热分解的情况,甚至会造成隔离层萎缩等现象,导致锂离子电池出现短路问题。最后,电滥用主要是指在过度用电或者过度充电的过程中,导致电池受到损害,从而出现了相应的短路情况。

二、解决新能源汽车锂离子电池安全问题的有效措施

(一)改进电池材料与配件材料

对于锂离子的电池安全问题来说,与电池的制作材料和材料质量有着密切的关系,通过对电池材料的不断改进,以强化锂离子电池的稳定性与安全性为目的,进一步保障了电池使用阶段的安全性能。其中,针对电池的正负极、电解液和隔膜材料等基础元素进行优化和完善,可以逐步改善锂离子的电池安全问题。三元材料、改性锰酸锂以及磷酸铁锂等,都属于现阶段锂离子电池正负极在制作过程中所使用的主要材料类型。对于不同的材料来说,在安全性能、成本和使用周期等各个方面也有着差异化的特点,从而彰显出了不同的材料特性。在保护电池的隔膜材料时,为了避免电池的正负极有所接触,从而出现短路等情况,可以使用隔膜材料并确保材料具有良好的热稳定性能,使此类涂层隔膜材料能够切实的保障电池的安全性。例如:在制作隔膜的过程中,可以采用湿法超值技术,在实际的超值过程中还需要添加一定剂量的阻燃剂,从而使其能够形成可再生的阻燃纤维素基复合隔膜,以此来提高隔膜的安全性能,进一步保障了锂离子电池的运行质量。电池的电解液与隔膜材料之间有着一定程度的联系,并且都与电池的使用、安全性能带来了直接影响。其中,可以通过在电池的电解液当中添加阻燃添加剂等材料,从而切实的保障了电解液的稳定性。

(二)监控系统和保护系统的设置

在新能源汽车内部还可以设置电池保护系统,针对锂离子电池所承受的外部撞击等问题进行预防,避免电池出现变形或者破损等情况,将保护框架包裹于电池的外侧,确保电池能够处于正常的运行状态,使其能够承受较高的撞击速度,从而加大了对锂离子电池的保护力度。除此之外,还需要对电池的安全状态予以全面监控,及时的发现电池在使用过程当中所出现的异常问题。例如:电池破损、内压增大以及内压变形等,都属于安全状态监控系统所需要监管的范围。不仅如此,现阶段电动汽车内部设置了完善的电池监测系统,可以对电池在使用过程中所出现的电压、电流和温度情况予以监控,保障了监控系统运行的有效性,使电池能够持续处于正常的运行状态。例如:通过对温度和电压之间的关系进行分析,可以看出当监测单体电芯的温度出现了上升情况时,通过对电压的改善并对电压的下降速度进行计算,当速度小于0.2V/min时,此时则可以判定电池处于过热的状态,需要由警报系统对此类问题作出预警。

(三)提高电池的散热能力

气体、液体、热管等材料属于新能源汽车实施冷却操作的主要方式,可以在多种不同冷却方式共同作用的情况下达到冷却的效果。通过使用热管理技术,确保电池能够在运行的过程中,在此类技术的作用下实现对温度的合理把控。锂离子电池的安全性主要受到了外界温度的影响,当温度持续升高时,不仅会缩短电池的使用周期,还会在严重情况下引发安全事故,需要采取有效措施,以提高电池散热性能为主要目的降低由温度变化所带来的影响。其中,在使用气体冷却方法的过程中,不仅能够降低整体的运行成本,在实际的安装阶段还具有简易性和简便性的特点。由于在空气的流入和流出过程中,电池本身会产生相应的温度变化,从而对电池的一致性造成了不良影响,还可以采用气体冷却方法加以解决。对于气体冷却法来说,主要是利用了自然对流、强制对流等两种不同类型的方法。在使用自然对流的情况下,可以借助空气的密度从而造成自然流动;在使用强制对流时,需要依靠机械设备的运行,以此来加快空气的整体流动速度,从而达到散热的作用。对于相变材料冷却法来说,不仅能够提高传导热量的整体效率,还可以实现对热量的大量吸收,但由于相变材料冷却法的成本普遍较高,且安装方式就有复杂化的特点,需要在后续的发展过程中加大对相变材料冷却方法的研究力度,为新能源汽车行业的可持续发展提供重要的能源支持。另外,液体冷却法在实行的过程中,需要利用具有高热效率的液体达到冷却的效果,而液体冷却相较于气体冷却方法来说相较于冷却效率普遍较高。水和乙二醇属于主要的冷却液材料,可以将装满冷却液的管道安装于电池模组的周边区域,通过安装热交换装置并基于水泵调节的方法达到降低温度的效果。除此之外,在使用的过程中还可以对液体进行密封处理,使其能够与电池进行直接接触,从而达到散热的效果。

结束语:电池是电动类汽车在运行过程中的关键部件,可以储存大量的能源资源,电池的可靠性和安全性与电动汽车的运行质量有着直接联系。为了在最大程度上降低锂离子电池安全事故的发生几率,需要对电池的安全问题予以高度的重视,避免受到离离子电池系统安全问题的影响,采取积极、有效的问题处理措施,提高锂离子电池的整体安全性能,使新能源汽车能够在激烈的市场环境能中占据有利的竞争地位,推动新能源汽车行业的长久化发展。

参考文献:

[1]郭亚洲,田相军,凌泽.锂离子电池热失控机理研究现状[J].电源技术,2020,(03):163-176.

[2]邵丹,骆相宜,钟灿鸣,等.动力锂离子电池安全性研究的进展[J].电池,2020,(01):86-89.

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