车用锂离子动力电池系统的安全性

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1、科技导报2016，34（6）车用锂离子动力电池系统的安全性何向明，冯旭宁，欧阳明高清华大学汽车安全与节能国家重点实验室，北京100084摘要动力电池安全性是新能源汽车大规模推广应用过程中，各方最关注的焦点问题之一。本文阐述锂离子动力电池作为车用电源系统的安全性问题及其有效的解决方案。动力电池系统安全性问题主要分为3个层次，即“演变”、“触发”和“扩展”。“演变”是指动力电池安全性事故发生之前，故障可能经历了长期的演化过程；“触发”是“演变”过程的转折点，也可以是突发情况破坏了动力电池系统，并导致安全性事故。阐述了锂离子动力

2、电池热失控“触发”的机理，对于不同种类的热失控触发形式进行了分析。在动力电池安全性事故“触发”问题上，最为核心的问题是锂离子动力电池的热失控。热失控“触发”发生后，应防止热失控“扩展”的发生。论述了热失控“扩展”过程的机理，以便于提出更加合理的安全性设计方案，防范热失控“扩展”的发生，降低安全性事故造成的损害程度。基于热失控“演变”、“触发”与“扩展”的机理，提出了事故防范和安全性监控的多项措施。关键词锂离子电池动力系统；热失控；电池管理系统；安全性监控[1]为保证国家能源安全并有效降低碳排放量，新能源汽压的锂离子动力电池

3、系统的安全性是一个新的问题，其中的车已经成为中国“十二五”规划中大力培育和发展的战略性影响因素复杂。只有对安全性问题进行深入的分析研究，才[2][6]新兴产业之一。电动汽车是新能源汽车的主体，包括纯电动能顺利解决。本文结合理论与实验结果，分析动力电池安[3]汽车，混合动力汽车和燃料电池汽车。动力电池是电动汽车全性事故的常见形式及成因，提出动力电池系统的安全性问的重要动力来源，动力电池的安全性是电动车发展过程中首题的层次，并尝试提出分层次的安全性事故防范措施。[4]先要考虑和解决的问题。锂离子电池因其具有高比能量、低自放电率

4、及长寿命的特点，是目前最具实用价值的电动汽车1动力电池安全性问题[5]用动力电池。然而，以热失控为特征的锂离子电池系统的安表1为不完全统计得到的近年来发生的锂离子动力电池全性事故时有发生，困扰着电动汽车的发展。大容量、高电事故。图1列举了表1中部分事故所对应的图片。表1近年发生的锂离子动力电池事故事故序号发生时间地点事故描述热失控触发原因普锐斯混合动力车锂离子电池组冒接头松动造成的局部过热，并引发电池热12008.6哥伦比亚（美国）烟着火失控22010.1乌鲁木齐电动大巴在车库内起火单体电池故障，静态异常起火成组设计问题造

5、成漏液，而绝缘受损的短32011.4杭州示范运营的出租车起火路引燃漏出的电解液高速撞击导致变形及高电压电路受损。受比亚迪纯电动出租车被高速违章的42012.5深圳损的电路短路并产生电弧，点燃了电池组内跑车追尾，后发生剧烈燃烧约1/4的电池及汽车内饰电池组热失控起源于部分单体内部的内2013.1*波士顿/高松/东京波音787客机陆续发生3起动力电池5短路。单体电池设计及电池管理系统亦存2014.1（美国/日本/日本）组起火在缺陷特斯拉ModelS电动车在高速公路上路面物体刺穿电池组保护层，造成电池组62013.10/11**

6、西雅图/田纳西（美国）撞击路面物体后电池起火变形，并发生短路，从而引燃部分电池电池管理系统无法切断充电接触器，电池72015.4深圳五洲龙纯电动大巴充电时起火组长期持续过充直至热失控与起火注：*2013年1月在波士顿/东京各发生一起事故，2014年1月在东京发生一起事故。**从2013年10月开始，特斯拉ModelS纯电动车共计发生6次起火事故，除本表中的2起外，还有其他4起，包括2起自燃事故、1起充电事故，另1起原因不明。收稿日期：2015-09-30；修回日期：2016-02-14基金项目：中美清洁能源联合研究中心清洁

7、能源汽车项目（2014DFG71590）作者简介：何向明，副教授，研究方向为动力电池及其安全性，电子信箱：hexm@tsinghua.edu.cn引用格式：何向明,冯旭宁,欧阳明高.车用锂离子动力电池系统的安全性[J].科技导报,2016,34(6):32-38;doi:10.3981/j.issn.1000-7857.2016.06.00332科技导报2016，34（6）（a）事故1（b）事故3（c）事故6（d）事故7图1近年来部分锂离子动力电池事故可以看出，锂离子动力电池事故主要表现为因热失控带火向周围传播的现象称为事

8、故的“扩展”。来的起火燃烧。起火燃烧是令人担忧的安全性问题，但事实上，目前发生的事故所造成的危害有限，除电池组燃烧、损坏2动力电池安全性演变车辆本体、引燃周围车辆之外，发生人员伤亡的情况较为罕2.1“演化”与“突变”见。大部分事故中，人员能够及时得到危险警示并安全撤离安全性事故发生前有两种情况。一种是电