近年来奉陪新能源车市集的火爆，社会上已爆发众起新能源车起火事件，电池安适逐步成为了新能源电动汽车最紧要的议题之一，也是各方合切的主题。新能源汽车国家大数据定约正在2019年08月发表的《新能源汽车国家监禁平台大数据安适监禁成效陈述》显示：2019年5月起3个月之内共察觉79起安适事件，涉及96台车，情形很急急。已查明着火出处要紧是电池自燃、车辆碰撞、车辆浸水、车辆不对理操纵题目，它们导致了锂离子热失控。事件车辆中磷酸铁锂电池占比7%旁边、三元锂离电池占比86%旁边，结余车辆电池不明。

基于此，针对电动汽车的律例升级越加经常，央求也越来越高。国标GB30381-2020《电动汽车用动力蓄电池安适央求》到场了电池热失控预警央求，央求车辆正在热失控导致乘员舱爆发告急前5min发出提示消息提示职员安适撤离，对热失控的检测以及延伸压迫提出了迫切而完全的央求。C-NCAP正在2021年也引入了柱碰测试律例，海外机构Tesla、三洋、三星等正在2014年前就电池热失控范围展开了洪量商讨，Tesla已申请60众份合连专利；国内机构如CATL、清华大学近几年均创办特意的技艺团队商讨电池安适性情；以清华大学为例，其热失控方面一面商讨成效已用于宝马、戴姆勒、三星、长安、CATL等配合项目。

因为律例的升级和确立汽车品牌地步须要，目前国内越来越众的主机厂出产的新能源电动车也开头酌量了绝缘安适防护，如根本绝缘、外壳防护、走电监测、手动断开等安适防护门径；除此除外，正在新能源汽车安适开荒经过中，GB 以及NCAP 工况只是根本的视察央求，为竣工真正的新能源汽车的安适性，减小消费者对新能源车担心全的误区，咱们需酌量更众的现实交通道途事件中所显露的碰撞工况，正在全体测试工况下避免高压电防护失效导致的高压蹧蹋。

从体系的角度来说，电池分为化学电池、物理电池和生物电池三大类。对付咱们对比熟识的化学电池，则是按正负极原料举办分类，有铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等车辆对比常用的动力电池。铅酸电池技艺成熟、价值低廉，但其污染急急，比能量低，寻常利用于大型不间断供电电源以及电动自行车；镍氢电池安适性高、耐过充过放机能好，但其比能量低、低温机能差、自放电率高，寻常利用于混淆电动汽车以及电动用具；锂离子电池比拟以上２种电池具有比能量高、轮回寿命长、充电功率领域宽、倍率放电机能好、污染小等精良性情，现今被电动汽车平凡采用，也是现今国网力推的一种电动汽车充电电池类型。

市集上常睹的锂离子电池根本分为4类，个中磷酸铁锂电池的热不乱性最好，锰酸锂电池次优，三元锂LiNiCoMnO2电池略差，而钴酸锂电池最差。磷酸铁锂电池轮回寿命长、毒副功用小、本钱低廉、充放电倍率大、高温不乱性好，但类似性欠好，能量密度低。锰酸锂电池本钱低，迫害性较低，但热不乱性差，轮回寿命短，利用较少。三元锂（LiMn2O4）电池能量密度高，但大功率充放电后温度升高，高温时开释氧气，热不乱性较差，寿命较短。钴酸锂电池热不乱性最差，它的正极正在高温时容易判辨，加快热失控，但能量密度高，续航更突出，特斯拉汽车采用了这种电池。

这些品种的锂离子电池最大的区别便是正极原料的分别, 现实上正极原料是影响锂离子电池机能和本钱的要害要素，目前国内新能源汽车动力电池利用最众的是磷酸铁锂电池和三元锂电池。

各类电池起火的共性出处是电池热失控，隐患总体可能分为三大类，一类是处境高温，惹起电池正负极的热烈响应，响应会向可燃的电解液中开释洪量的能量，并析出氧气，导致电池膨胀、过热乃至失火；一类则是外部的物理性粉碎，导致电池隔阂贯穿，正负极直接接触使得电池内短途，短时辰内开释洪量电能（可转换成热能），导致电池热失控；结果一类则是电池过充、过放导致的内部机合损坏，从而激发电池的热失控。

热失控(Thermal runaway)是指因为锂离子液态电池正在外部高温、内部短途，电池包进水或者电池正在大电流充放电各类外部和内部诱因的功用下，导致电池内部的正、负极自己发烧，或者直接短途，触发“热激发”，热量无法扩散，温度渐渐上升，电池中负极皮相的SEI(Solid Electrolyte Interface)膜、电解液、正负极等正在高温下爆发一系列热失控响应(热判辨) 。直到某一温度点，温度和内部压力快速弥补，电池的能量正在刹那转换成热能，造成单个电池燃烧或爆炸。惹起单个电池热失控的要素许众、很庞大，但电流过大或温渡过高导致的热失控占大都，下面要点先容这种热失控的机理。

以锂离子电池为例，温度到达90 ℃时，负极皮相SEI膜开头判辨。温度再次升高后，正负极之间的隔阂（PP或PE）遇高温缩小判辨，正、负极直接接触，短途惹起洪量的热量和火花，导致温度进一步升高。热失控时，230 ℃～250 ℃的高温导致电解液简直十足蒸发、判辨了。它含有洪量易燃、易爆的有机溶剂，渐渐受到热失控的影响，最终判辨爆发燃烧，是热失控的紧要出处。电解液正在燃烧同时，发作一氧化碳等有毒气体，也是庞大的安适隐患。电解液若是泄露，正在外部气氛中造成比重较大的蒸汽，容易正在较低身分大领域扩散，这种扩散领域极易遇火源惹起安适事件。清华大学的商讨显示：正极中含镍越众则热不乱性越差，碳素原料的负极正在寿命的前期较不乱，然则寿命衰减后变差。这从侧面证明三元锂电池的高镍比例，固然容量更大，但会导致更大的热失控危急。

应对电池也许存正在的电池安适危急，可能从四个层级、七个维度来酌量电池的安适，四个层级指电芯、模组、电池包、整车，七个维度蕴涵牢靠联贯、高压防护、死板挤压、过充、计划款式、短途和热失控，正在每个维度跟层级都有对应的防护门径，全方位有用的护卫电池安适。

新能源汽车爆发冒烟起火的场景寻常为车辆静置时充放电和车辆行驶中爆发碰撞，下面咱们基于锂离子动力电池正在死板挤压这个维度来讲明下目前展开的寻常商讨伎俩，探究整车碰撞中电池包的受力样式与毁伤（失效、起火、爆炸）机理。

本商讨从卷芯到单体到模组再到电池包共4个层级，每个层级的商讨又分为试验和仿真两个方面，通过分别加载对象、分别加载速率的试验来商讨卷芯、单体和模组的各向异性和应变率效应，以及加载对象和加载速率的分别给动力电池变形举动和失效举动带来的影响，一共领会动力电池正在分别载荷工况下的呼应秩序和内正在失效机理；借助对试验结果的认知，开荒不妨表征其应变率效应、各向异性和失效举动的卷芯模子，并以卷芯模子为根底，逐级向上开荒分身仿真精度和筹划服从的电池单体模子和模组模子，以试验结果为参考对各仿真模子的仿真精度举办验证，为电动汽车电池包碰撞安适护卫的开荒供应虚拟仿线）卷芯层级商讨

卷芯是构成单体进而组成模组的根底，也是电池包内中最根本的电化学单位，相识卷芯的力学机能，及其力学失效和电化学失效之间的合联，有助于深化领会电池包正在碰撞挤压载荷下的呼应秩序和失效机理。锂离子电池的正极原料每每以铝质集流体为基底，涂布钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）和磷酸铁锂（LiFePO4）等锂离子活性物质。负极原料每每以铜质集流体为基底，涂布石墨或硅层。而隔阂则常为由聚乙烯或聚丙烯等原料制成的众孔薄膜。通过对卷芯中的正极复合体、铝箔、隔阂、负极复合体、铜箔等举办拉伸、压缩、穿孔试验，获得相应原料的原料卡片，为卷芯的周密化筑模搭好根底。

电池单体是向下集成卷芯、向上组成模组的机合，每一个单体都是一个可能独立就业的电化学聚会体。目前车用锂离子动力电池单体，每每采用卷绕或叠片式卷芯（瓜代计划的正负电极和电极间的隔阂）和液态电解质，用金属外壳封装成圆柱形（a）或方形硬壳电池（b），或用镀金属塑料膜封装为软包电池（c）单体层级商讨。

为了一共相识电池单体正在碰撞挤压载荷下的呼应秩序和失效机理，商讨同样对单体举办了分别加载对象和分别加载速率的挤压试验。

通过试验，可能获得对应的力-位移-电压弧线，联合对样件电镜扫描结果，来商讨呼应秩序和失效机理，和树立了单体的有限元模子。

对付电池单体，咱们通过众种对象和众种分别的加载速率的组合试验对其力电呼应举办了测试，可能察觉，单体也有着昭着的各向异性和应变率效应。其次，单体的短途举动也具有昭着的各向异性，比拟于Y向和X向，Z向是单体最容易爆发短途失效的挤压对象。借助对试验结果的认知，开荒不妨表征其应变率效应、各向异性和失效举动且分身仿真精度和筹划服从的单体模子。

模组是将一个以上电池单体遵照串联、并联或串并联式样组合，并行动电源操纵的组合体。其商讨伎俩与单体根本类似，但因为其机合比单体越发庞大众元，商讨中须要酌量众种失效款式，蕴涵单体之间的粘胶，壳体扯破，端板断裂的情景。

通过商讨察觉，比拟单体内短途（卷芯断裂）压降失效而言，模组试验中更众的是因为机合失稳或外部侵入而爆发的外短途；因为蓝膜、胶层和铝合金正在进攻下韧性昭着降落，更易爆发失效粉碎，而这些失效款式是导致模组爆发外短途的要害要素，进而使得模组压降对应的力和位移的呼应正在准静态和存正在较大分别。

通过对锂离子从卷芯到单体到模组的商讨，对电池自己具备弥漫的相识，蕴涵电池正在进攻下的变形和失效秩序，内部毁伤爆发的经过和机理，正在爆发急急毁伤前所能担当的载荷、变形、能量等的最大限定，以及毁伤爆发经过中机电热的互相耦合和功用干系等。基于仿真模子，便可能展开众工况下电池包层级的商讨与对标就业。

正在新能源汽车安适开荒经过中，电池包行动越发庞大的体系，分别的试验工况下，会有众种分别的失效款式，其发作的出处和所酿成的迫害也不尽好像。

锂离子电池依靠其能量密度大、轮回寿命长、充电服从上等好处，被平凡利用于纯电动或混淆动力汽车的储能体系。然而，锂离子电池正在能量密度速捷增进的同时，对付整车的安适性打算又提出了新的离间。尤其是正在经受庞大且苛酷的碰撞工况时，为最大水平地阐明电池体系防护机合的功用，最大限定地正在碰撞防护和轻量化打算之间寻求均衡，务必最初深化商讨锂离子电池的死板性子和碰撞安适性，不光不妨对新能源车辆打算和创制提出诱导性的发起，也有利于新能源车辆的后期维持和事件管理等就业的举办。

为办理电池单体正在死板加载下的力学呼应与毁伤举动预测题目，开荒预测电池包力学呼应和失效举动的用具，最终任事于电动汽车碰撞安适打算，第一阶段针对范例的车用动力电池展开了从卷芯到单体再到模组共三个方针，渐渐深化的商讨。每个方针的商讨又分为试验和仿真两个方面，通过分别加载对象、分别加载速率的试验来商讨卷芯、单体和模组的各向异性和应变率效应，以及加载对象和加载速率的分别给动力电池变形举动和失效举动带来的影响，一共领会动力电池正在分别载荷工况下的呼应秩序和内正在失效机理；借助对试验结果的认知，开荒不妨表征其应变率效应、各向异性和失效举动的卷芯模子，并以卷芯模子为根底，逐级向上开荒分身仿真精度和筹划服从的电池单体模子和模组模子，以试验结果为参考对各仿真模子的仿真精度举办验证，为电动汽车电池包碰撞安适护卫的开荒供应虚拟仿线.张战光，李宝玉，电动汽车高压电碰撞安适开荒战术及测试重点浅析. 中国汽车安适技艺学术集会.2017

9.王芳,夏军等. 电动汽车动力电池体系安适阐述与打算[M]. 北京：科学出书社，2016.