摘要：隨著以鋰離子蓄電池為代表的新能源汽車的推廣與普及，就動力鋰電池本身來說，在不同環境條件下的安全使用是至關重要的，其安全性能應結合電動汽車用鋰離子蓄電池在充放電、行駛、環境溫度變化和意外事故發生時可能出現的各種情況下。確保鋰離子蓄電池進行有效的防護，不爆炸。不起火，防止災害的發生。

0引言

最近在深圳發生了一起交通事故。一輛比亞迪電動出租汽車被撞擊后。動力鋰電池起火燃燒。造成司機和兩名乘客被燒死。作為未來汽車行業的發展趨勢，但目前卻并沒有完全普及的電動汽車來講。它最大的安全隱患就是動力鋰電池的爆炸、起火燃燒。其實，電動汽車的起火燃燒事故并不少見。在全球范圍內電動汽車的起火事件還包括眾泰自燃、沃藍達碰撞多日后起火以及菲斯克豪華轎跑Karma起火等。這些事故引起人們對電動汽車用鋰離子蓄電池安全性能的普遍關注。

隨著以電池驅動為代表的新能源汽車的普及。動力鋰電池的安全性能日益重要。單從蓄電池本身來說，它是能量的載體，本身就存在著不安全因素，不同的電化學體系。不同的容量。制作工藝上的差異，以及使用的環境和使用的程度等，對電池的安全性都有很大程度的影響。

1環境溫度對電池的影響

鋰離子蓄電池在不同環境條件下的安全使用是至關重要的。在所有的環境因素中。溫度對鋰離子電池的充放電性能的影響最大。在電極/電解液界面上的電化學反應與環境溫度有關。電極/電解液的界面被視為鋰離子電池的心臟。假如溫度下降，那么電極的反應率也會下降：假設鋰離子電池的電壓保持恒定，放電電流降低。則鋰離子電池的功率輸出也會下降。假如溫度上升則相反。即鋰離子電池的輸出功率會上升。溫度也影響電解液的傳送速度，溫度上升則加快，溫度下降則減慢：鋰離子電池的充放電性能也會受到影響。但溫度太高。會破壞鋰離子電池內的化學平衡。導致副反應I堋。我們以20Ah的單體鋰離子蓄電池為例進行常規的環境試驗：

a）首先。在環境溫度為（20_+5）℃常溫狀態的試驗箱中。對鋰離子蓄電池以1ⅣA電流放電，直到放電終止電壓2.0V.這時對這組電池進行測試。其容量值應該不能低于額定值或是超過容量值的110%.結果容量測試值為21Ah,是額定值的105%,說明在（20_+5）℃常溫狀態下，鋰離子電池在合格范圍內。

b）其次，在鋰離子蓄電池充滿電的條件下，放到環境為（一20_+2）℃的低溫試驗箱中儲存20h后。在（一20+2）℃環境條件下，以1ⅣA電流放電。直到放電終止電壓2.OV.其鋰離子電池的容量應不低于額定值的70%.經過測量電池容量為20Ah.即為額定值，說明在一20℃低溫狀態下，其容量值沒有變化。

C）最后。在鋰離子蓄電池充滿電的條件下，放到環境為（55_+2）℃的高溫試驗箱中儲存5h,然后在（55±2）℃條件下，以lⅣA電流放電，直到放電終止電壓2.0V.其容量應不低于額定值的95%.結果實際測量的容量值為20Ah,即為額定值。說明在55℃高溫狀態下，其容量值沒有變化。

通過以上試驗說明。雖然理論上環境對鋰離子電池是有影響的。但試驗結果表明這一組鋰離子電池在溫度變化的條件下。容量值并沒有發生非常大的改變。鋰離子蓄電池組作為電動汽車用動力鋰電池。它是由N個小體積的單體鋰離子蓄電池通過DIANZICHANpINKEKAOXINGYUHUANJINGSHIYAN串并聯的方式來實現給汽車整體供應能量。那么。關于汽車用動力鋰離子蓄電池的安全來說。單體鋰離子蓄電池的安全性至關重要。

2電池的安全性能試驗

鋰離子蓄電池的單體電池是由正極、負極、隔膜和電解液等組件組成的、一個比較復雜的電化學體系。其安全性的高低取決于整個組件的“底板效應”.只有做到單體安全才能保證串并聯后電池整體的性能安全地提升。那么怎么樣才能保證單體鋰離子蓄電池的安全性呢？我們就要通過以下的安全試驗來進行驗證（安全性能試驗屬于破壞性試驗。試驗中為了安全起見。要把被測電池放在防爆箱中進行）：

a）過放電

鋰離子蓄電池在常溫（20+5）℃條件的防爆箱里。以1ⅣA電流放電，直到蓄電池的電壓為0V時（假如有電子保護線路。則應暫時除去放電電子保護線路）。鋰離子蓄電池應不爆炸、不起火、不漏液見圖l.通過試驗鋰離子蓄電池并沒有發生以上情況。這項試驗的目的是考核電動汽車在超出電池容量規定的行駛里程時。鋰離子蓄電池在極限放電狀態下的安全性能。

b）過充電

鋰離子蓄電池的過充試驗可以選擇兩種方式進行：1）鋰離子蓄電池在常溫（20+5）℃條件的防爆箱里，以3ⅣA的電流進行充電，當蓄電池電壓達到5V或充電時間達到90min（其中一個條件優先達到即停止試驗）；2）以9ⅣA電流充電，當鋰離子蓄電池電壓達到10V即停止試驗。在達到規定的電壓時，鋰離子蓄電池應不爆炸、不起火，見圖1.通過試驗。鋰離子蓄電池并沒有發生爆炸或起火。此項試驗是考核對電動汽車的鋰離子蓄電池進行充電時。充電設備失控或人為出現意外時。導致大電流過充電。此狀態下鋰離子蓄電池的安全性能。

C）短路試驗

鋰離子蓄電池在常溫（20_+5）℃條件的防爆箱里，將鋰離子蓄電池通過外部短路，外部線路電阻應小于5mQ.試驗時，鋰離子蓄電池應不爆炸、不起火。通過試驗。蓄電池并沒有爆炸或起火。見圖1.此項試驗是考核鋰離子蓄電池在正常使用或意外事故時。蓄電池的正極和負極可能出現短路的情況，電池會出現很大的電流。此時蓄電池內部的保護電路應工作，將電極斷開。確保蓄電池不爆炸、不起火。

d）跌落試驗

鋰離子蓄電池在（20+5）oC條件下。從1.5m高度處自南跌落到厚度為20mm的硬木地板上。每個面1次（這里所指的蓄電池為長方體。所以要經過6次跌落試驗），試驗中。鋰離子蓄電池應不爆炸、不起火、不漏液。見圖2.試驗結果表明。電池有液體流出。說明電池的外殼太薄弱。這批次電池為不合格產品。

目前鋰離子動力鋰電池的電解液是六氟磷酸鋰（LipF6），它遇見空氣就揮發，會出現有強烈刺激性氣味的有害氣體。此項試驗重要是考核蓄電池在運輸、搬運過程中，不慎從高處跌落。蓄電池的外殼應有足夠的強度。不會發生破裂而導致電解液泄漏。

e）加熱試驗

將鋰離子蓄電池置于（8_+52）℃恒溫箱內。并保持120min溫度不變。試驗過程中鋰離子蓄電池應不爆炸、不起火。

在我國南方。夏季氣溫高達40℃。電動汽車長時間在烈日曝曬下行駛。動力鋰電池在密閉的空間放置。其工作環境的溫度可達60℃以上。假如鋰離子蓄電池無法承受高溫環境下使用的試驗。就會發生爆炸、起火的現象。此項試驗就是考核動力鋰電池在高溫環境下的安全性能。

f）擠壓試驗

將鋰離子蓄電池放置于擠壓試驗箱內。在垂直于蓄電池極板方向施壓，擠壓面積不小于20cmz.擠壓至蓄電池殼體破裂或內部短路（蓄電池電壓變為0V）。此項試驗為破壞性試驗。在試驗過程中鋰離子蓄電池應不爆炸、不起火。見圖3.結果表明。試驗后，蓄電池并沒有發生爆炸或起火的現象。但是有濃煙出現。

電動汽車在行駛時若發生意外車禍。特別是電動汽車放置動力鋰電池的部位被其它車輛撞擊后。動力鋰電池的外殼就有可能破裂。甚至動力鋰電池會被撞碎，就會發生爆炸、起火的現象。深圳526交通事故中。比亞迪電動出租車的動力鋰電池被一輛高速行駛的跑車追尾，動力鋰電池破碎后起火燃燒。造成司機和2名乘客遇難的悲劇。這說明。這輛電動出租車的動力鋰電池的擠壓性能不合格。

g）針刺試驗

鋰離子蓄電池放置在防爆針刺試驗箱中。用中3~8mm的耐高溫鋼針。以10~40mm/s的速度。從垂直于蓄電池極板的方向貫穿（鋼針停留在蓄電池中），通過鋼針的貫穿保持電池的短路狀態。在試驗過程中鋰離子蓄電池應不爆炸、不起火，見圖4、5.試驗結果：雖然電池有濃煙出現。但是并沒有爆炸或起火的現象。產品應該被視為合格。

汽車的大部分零部件都是由金屬制成的，當電動汽車發生意外事故或是車禍時。動力鋰電池遭到撞擊后。可能會有金屬零部件刺入甚至貫穿動力鋰電池。造成電池短路、內部電解液泄漏、冒煙和電池破碎等現象。針刺試驗和擠壓試驗都是考核動力鋰電池在發生意外事故時的安全性能。

以上是單體鋰離子蓄電池的安全性能驗證，當然單體的安全性能不能完全代表整體蓄電池組的安全性能。這是因為，單體蓄電池本身存在著個體的差異。在組成蓄電池組的時候，就不會達到單體蓄電池的動態一致性水平，而這種情況就會導致蓄電池組的不穩定性。甚至會影響其使用的壽命。所以單體蓄電池在組合成電池模塊后。要重復上述安全性能試驗。

我們還應當了解。影響鋰離子蓄電池安全的不僅是以上幾個方面。由于電動汽車整體設計和蓄電池本身的工藝設計要求的不同。都會使蓄電池在汽車上的位置有所不同。可分為集中式布局或分散式布局，每樣的布局都有它們的優點和缺陷。所以在布置蓄電池的位置時要根據車內的實際空間情況來考慮：假如要實現布局的緊湊。就必須改變電動汽車蓄電池的傳統安裝方法；當然。也要考慮蓄電池的安全性。以進一步實現整車設計與蓄電池系統匹配設計的完善結合。

3結束語

電動汽車的動力鋰電池的使用特點是其它電源電池不能相比的。由于汽車的用途。出現的場所，可能發生的各種情況，就使蓄電池存在高速移動、劇烈震動、高溫工作和快速充放電、潛在的撞擊、刺傷以及短路、跌落、浸水和火燒甚至槍擊的可能性。因此。電動汽車對動力鋰電池的安全性要求極高。微小的非安全概率都會給蓄電池造成極其嚴重的后果。

綜上所述。在動力蓄電池的應用將越來越廣泛的今天。提高動力蓄電池的安全性能將是有關動力鋰電池永久的話題。