本文目录一览：
- 1、储能建设项目需要注意哪些安全问题？
- 2、三元锂电池真的不安全吗？ 怎样才是动力电池的正确打开方式
- 3、三元锂电池热更具燃烧风险,该如何避免？
- 4、「科普」新能源车动力电池安全风险与应对方法
- 5、三元锂电池不安全为什么还用?
储能建设项目需要注意哪些安全问题？
毕竟效率怎么样先不说，安全问题永远关乎生死存亡，可惜的是，现在的储能建设项目，往往存在着很多安全隐患。
一、硬件设计方面的缺陷
部分厂家只是一个设备集成商；系统在发货前也未经过全面有效的测试、联调，再加上保护执行不到位，导致最终交付给客户的整个储能系统产品存在很大的性能和安全隐患。
二、是预警系统的不成熟
储能安全问题的难点在于，热失控难以控制，单个锂电池着火后，在热滥用的作用下整个电池模组和电池簇都可能被点燃，最终导致储能电站出现火灾甚至爆炸。
单独用温度作为热失控早期探测参数不理想，原因是在锂电池在可能电池表面温度较低，而电池内部温度更高，可能已经发生了热失控。
三、热失控预警技术壁垒较高
热失控预警具有较高技术壁垒。热失控探测需要借助传感器，将探测到的物理信号转变为电信号进行传输，传感器属于火灾预警 系统的前端触发设备，是集成了物理传感技术、自动控制、计算机技术、数据传输等技术的高附加值产品，在技术含量和生产工艺方面均存在较高的技术壁垒。
然而市面上的储能建设商也良莠不齐，很多都是看这两年储能市场火热而空喊国家口号，打着新能源和储能的旗号来骗国家补贴的，技术与经验都严重不足，自身只是个储能设备的集成商，面对稍复杂的情况就无从下手了，那么企业应该怎样保障供电效率与储能安全呢？选择一个合格的建设商是最为必要的。
乐驾智慧能源是专注于新能源电力、锂电池应用、储能技术物联网、人工智能的高科技企业，致力于用物联网和人工智能技术改变新能源电力和新能源出行行业。
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热失控预测AI算法：并将预测分为四个安全级别，包括“月级预测”、“周级预测”、“小时级预测”和“分钟级预测”：
三元锂电池真的不安全吗？ 怎样才是动力电池的正确打开方式
?前段时间宁德时代和比亚迪互怼的新闻也是吸引了一众的吃瓜小伙伴，关于动力电池是否就靠一根钢针就能证明其安全性呢？这个问题也成为最近网络上的热议话题，尤其是加上最近新能源汽车自燃更是为事件推波助澜。事情的大概经过相信大家都已经清楚了，是非对错也没有定论，不过宁德时代跳出来说事也没有说出个所以然来，反而是在后续的针刺试验中，电池包折断钢钉的骚操作让人看了大跌眼镜。
宁德时代董事长曾毓群指出比亚迪是滥用测试，这里就要说到“滥用测试”也是对动力电池的一种测试，就是除了常规测试之外电池测试中的一小部分。针刺在汽车日用中不是很常见，比亚迪也表明自己的电池通过了各种安全测试，可能是在针刺测试上的优势更加突出。
以实事求是的态度来说，不同的电池材料在扎的过程中的反应是不同的。磷酸铁锂材料的放热启动温度高，放热慢、产热少，高温下也不会释放出强氧化性物质助燃；刀片电池也是一种磷酸铁钾电池，设计的长条形电芯散热面积大，产热能力也比较低，加强了其安全性；而三元锂材料电池确实很难通过针刺测试。
因此，就该把造成新能源汽车自燃的“祸首”直接归咎到三元锂电池身上吗？答案自然是否定的。毕竟比亚迪旗下的新能源汽车很多也是搭载三元锂，只是企业从更加安全的角度考虑，并通过多年来在动力电池上的研发技术才推出磷酸铁锂材质的刀片电池，既能解决纯电车的“痛点”续航表现问题，又能大大提升电池的安全性能。事实上，三元锂电池也有着不同的结构分类，既有为了长续航而表现激进的，也有安全性表现相对可靠的。说到这里，小编感觉有必要也来科普一下，对三元锂电池无需谈虎色变，也不能“一竿子打翻一船人”，我们还是要有理性和清醒的判断。
为什么新能源汽车大多选择了三元锂电池，而将安全表现更加突出的磷酸铁锂打入“冷宫”，原因就在于三元锂电池固然储能密度遥遥领先，在不加大车重的情况下能带来更好的里程表现。但是就像硬币的两面，高镍低钴三元锂电池热失控温度相当低，导致自燃事件频发，除了特斯拉 NCA811 电池外，还有宁德时代 NCM811，严重威胁到车主用车安全。这里说到的811电池就是其正极材料中镍钴锰的含量，按照80%：10%：10%的比例构成的三元锂电池，是目前最高能量密度与最高技术含量的锂电池。当然，811电池存在的安全隐患也要比其他电池更大。
之前的广汽新能源Aion S汽车在无充电的情况下突然着火，搭载的就是811电池，这让Aion S的电池能量密度达到了180Wh/kg。据此往前追溯，三元锂电池还被分为523、622等型号。目前，在新能源动力车型市场中占主流地位的型号是622型，其没有811电池那么激进，因此安全性方面的表现也更加可靠。
其实，客观来说电芯的安全性较弱，并不代表整个电池包就不安全。举个例子，就好比一个穿了铠甲的骑士和赤膊上阵的骑士，在战场中必定是有盔甲的骑士更加安全。宁德时代就是给三元锂电池穿上了铠甲（电池包），因此它是安全的。而比亚迪的意思是，刀片电池本身就非常安全，我在给它套上铠甲那岂不是更加安全可靠。
动力电池的安全，宁德时代认为：电池的安全贯穿在整个电使用过程中，是一项系统工程，包括电池的单体设计、系统集成、动态监控和系统防护等方面。宁德时代的重点放在了整体安全上，确保产品在生命周期每个阶段都是安全，从实际意义上真正提高安全性能。只是跟着起哄没有把自己想说的给说清楚，反而弄得一地鸡毛。
总的来说，刀片电池在针刺测试上确实有先天优势，但搭载三元锂电池的车主也不用慌，一般三锂电池会配置坚固的外壳，可以避免尖锐物体的刺穿，对于电池的安全性也有很大的提高。所以，看待问题还是要冷静客观，而不是跟着人家的脚步人云亦云。在国际市场上，LG化学、松下等动力电池供应商也都在着手研究四元锂电池的架构，以尽量减少钴元素在电池中的使用量和依赖程度，这也是未来新能源汽车发展的方向。相信未来随着动力电池新技术的不断推陈出新，电动车在安全和续航表现方面进入一个全新时代也是指日可待。
本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。
三元锂电池热更具燃烧风险,该如何避免？
电池热失控从字面的意思上面来理解就是电池的内部温度到达一定的温度之后，就不可控了，温度直线上升，然后就会燃烧爆炸。
三元锂电池有什么优点?
三元锂电池具有能量密度大，体积小以及受温度影响相对来说较小的一个优点，在能量密度方面三元锂电池是具有绝对的优势，三元锂电池是在北方的冬天受到温度的影响，虽然也会衰减，但是对比磷酸铁锂电池来说三元锂电池的衰减并不大。
三元锂电池热更具燃烧风险,该如何避免？
随着现在新能源汽车的普及率越来越大，发生事故的几率也会变得越来越多，如何能保证发生事故电池外壳不破损或者说即便发生事故着火了如何能把车上乘客受到伤害降到最低，我觉得这才是厂家应该重点关注的问题。技术进步中要，但是安全也是不可忽略的问题，不能因为汽油车年限长了以后也会有自燃的隐患，就是说新闻汽车自燃的隐患，不要隐患技术说自然多半是因为用的话，因为我怕发生自燃可以给车上人员充分的时间逃生，但是如果发生严重交通事故，电池自然创造乘客的生还几率又有多大呢？
未来动力电池的发展路线是什么？
我认为三元电池有致命的缺陷，那就是缺乏安全性，如果未来一定是固态锂电池的天下，那么今天三元和磷酸铁锂的竞争其实是在固态电池彻底商业化之前的竞争，我认为磷酸铁锂会最终胜出，主要原因有两个，首先如果简单对比两者一个更加安全，一个具有更大的领衔，但是站在消费者角度来看，安全需求是绝对的刚需，尤其是自然锂电池车的新闻不断发酵，消费者更加重视安全性，虽然三元电池能量密度大里程长，但对于消费者来说，里程其实存在着一个边际效用的最高点，简单的说就是在某个节点以后越高的里程带来的消费偏好收益就越低，但是里程越高的三元电池安全性就越差，所以只考虑安全和里程的性价比的话，磷酸铁锂的优势则更为明显，其次，磷酸铁锂的成本更低毕竟当下的补贴逐步减少，谁可以在未来拥有更加便宜的价格，将会带来更大的优势，毕竟电动车当下还是那么有一点贵。
「科普」新能源车动力电池安全风险与应对方法
1、新能源车电安全引人担忧
近年来伴随新能源车市场的火爆， 社会 上已发生多起新能源车起火事故，电池安全渐渐成为了新能源电动 汽车 最重要的议题之一，也是各方关注的焦点。新能源 汽车 国家大数据联盟在2019年08月发布的《新能源 汽车 国家监管平台大数据安全监管成果报告》显示：2019年5月起3个月之内共发现79起安全事故，涉及96台车，情况很严重。已查明着火原因主要是电池自燃、车辆碰撞、车辆浸水、车辆不合理使用问题，它们导致了锂离子热失控。事故车辆中磷酸铁锂电池占比7%左右、三元锂离电池占比86%左右，剩余车辆电池不明。
图1 电动 汽车 起火相关案例
基于此，针对电动 汽车 的法规升级越加频繁，要求也越来越高。国标GB30381-2020《电动 汽车 用动力蓄电池安全要求》加入了电池热失控预警要求，要求车辆在热失控导致乘员舱发生危险前5min发出提示信息提示人员安全撤离，对热失控的检测以及蔓延抑制提出了紧迫而具体的要求。C-NCAP在2021年也引入了柱碰测试法规，国外机构Tesla、三洋、三星等在2014年前就电池热失控领域开展了大量研究，Tesla已申请60多份相关专利；国内机构如CATL、清华大学近几年均成立专门的技术团队研究电池安全特性；以清华大学为例，其热失控方面部分研究成果已用于宝马、戴姆勒、三星、长安、CATL等合作项目。
图2 电动 汽车 中涉及电池安全的相关标准
由于法规的升级和树立 汽车 品牌形象需要，目前国内越来越多的主机厂生产的新能源电动车也开始考虑了绝缘安全防护，如基本绝缘、外壳防护、漏电监测、手动断开等安全防护措施；除此之外，在新能源 汽车 安全开发过程中，GB 以及NCAP 工况只是基本的考核要求，为实现真正的新能源 汽车 的安全性，减小消费者对新能源车不安全的误区，我们需考虑更多的实际交通道路事故中所出现的碰撞工况，在所有测试工况下避免高压电防护失效导致的高压伤害。
图3 新能源车型电安全开发考核工况
2、动力电池简介
从系统的角度来说，电池分为化学电池、物理电池和生物电池三大类。对于我们比较熟悉的化学电池，则是按正负极材料进行分类，有铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等车辆比较常用的动力电池。铅酸电池技术成熟、价格便宜，但其污染严重，比能量低，一般应用于大型不间断供电电源以及电动自行车；镍氢电池安全性高、耐过充过放性能好，但其比能量低、低温性能差、自放电率高，一般应用于混合电动 汽车 以及电动工具；锂离子电池相比以上2种电池具有比能量高、循环寿命长、充电功率范围宽、倍率放电性能好、污染小等优良特性，现今被电动 汽车 广泛采用，也是现今国网力推的一种电动 汽车 充电电池类型。
图4 电池分类
市场上常见的锂离子电池基本分为4类，其中磷酸铁锂电池的热稳定性最好，锰酸锂电池次优，三元锂LiNiCoMnO2电池略差，而钴酸锂电池最差。磷酸铁锂电池循环寿命长、毒副作用小、成本低廉、充放电倍率大、高温稳定性好，但一致性不好，能量密度低。锰酸锂电池成本低，毒害性较低，但热稳定性差，循环寿命短，应用较少。三元锂（LiMn2O4）电池能量密度高，但大功率充放电后温度升高，高温时释放氧气，热稳定性较差，寿命较短。钴酸锂电池热稳定性最差，它的正极在高温时容易分解，加速热失控，但能量密度高，续航更出色，特斯拉 汽车 采用了这种电池。
图5 主流锂离子电池性能比较
这些种类的锂离子电池最大的区别就是正极材料的不同, 实际上正极材料是影响锂离子电池性能和成本的关键因素，目前国内新能源 汽车 动力电池应用最多的是磷酸铁锂电池和三元锂电池。
图6 磷酸铁锂刀片电池
图7 三元锂硬壳电池
图8 一般动力电池包结构形式
3、电池存在的安全风险
各种电池起火的共性原因是电池热失控，隐患总体可以分为三大类，一类是环境高温，引起电池正负极的剧烈反应，反应会向可燃的电解液中释放大量的能量，并析出氧气，导致电池膨胀、过热甚至失火；一类则是外部的物理性破坏，导致电池隔膜贯穿，正负极直接接触使得电池内短路，短时间内释放大量电能（可转换成热能），导致电池热失控；最后一类则是电池过充、过放导致的内部结构损坏，从而引发电池的热失控。
热失控(Thermal runaway)是指由于锂离子液态电池在外部高温、内部短路，电池包进水或者电池在大电流充放电各种外部和内部诱因的作用下，导致电池内部的正、负极自身发热，或者直接短路，触发“热引发”，热量无法扩散，温度逐步上升，电池中负极表面的SEI(Solid Electrolyte Interface)膜、电解液、正负极等在高温下发生一系列热失控反应(热分解) 。直到某一温度点，温度和内部压力急剧增加，电池的能量在瞬间转换成热能，形成单个电池燃烧或爆炸。引起单个电池热失控的因素很多、很复杂，但电流过大或温度过高导致的热失控占多数，下面重点介绍这种热失控的机理。
以锂离子电池为例，温度达到90 时，负极表面SEI膜开始分解。温度再次升高后，正负极之间的隔膜（PP或PE）遇高温收缩分解，正、负极直接接触，短路引起大量的热量和火花，导致温度进一步升高。热失控时，230 250 的高温导致电解液几乎完全蒸发、分解了。它含有大量易燃、易爆的有机溶剂，逐步受到热失控的影响，最终分解发生燃烧，是热失控的重要原因。电解液在燃烧同时，产生一氧化碳等有毒气体，也是重大的安全隐患。电解液如果泄漏，在外部空气中形成比重较大的蒸汽，容易在较低位置大范围扩散，这种扩散范围极易遇火源引起安全事故。清华大学的研究显示：正极中含镍越多则热稳定性越差，碳素材料的负极在寿命的前期较稳定，但是寿命衰减后变差。这从侧面说明三元锂电池的高镍比例，虽然容量更大，但会导致更大的热失控风险。
图9 热失控随温度的变化过程
4、应对电池可能存在的电池安全风险
应对电池可能存在的电池安全风险，可以从四个层级、七个维度来考虑电池的安全，四个层级指电芯、模组、电池包、整车，七个维度包括可靠连接、高压防护、机械挤压、过充、布置形式、短路和热失控，在每个维度跟层级都有对应的防护措施，全方位有效的保护电池安全。
新能源 汽车 发生冒烟起火的场景一般为车辆静置时充放电和车辆行驶中发生碰撞，下面我们基于锂离子动力电池在机械挤压这个维度来讲解下目前开展的一般研究方法，探究整车碰撞中电池包的受力形态与损伤（失效、起火、爆炸）机理。
本研究从卷芯到单体到模组再到电池包共4个层级，每个层级的研究又分为试验和仿真两个方面，通过不同加载方向、不同加载速度的试验来研究卷芯、单体和模组的各向异性和应变率效应，以及加载方向和加载速度的不同给动力电池变形行为和失效行为带来的影响，全面认识动力电池在不同载荷工况下的响应规律和内在失效机理；借助对试验结果的认知，开发能够表征其应变率效应、各向异性和失效行为的卷芯模型，并以卷芯模型为基础，逐级向上开发兼顾仿真精度和计算效率的电池单体模型和模组模型，以试验结果为参考对各仿真模型的仿真精度进行验证，为电动 汽车 电池包碰撞安全保护的开发提供虚拟仿真工具。
图10 研究总体框架
1）卷芯层级研究
卷芯是组成单体进而构成模组的基础，也是电池包里面最基本的电化学单元，了解卷芯的力学性能，及其力学失效和电化学失效之间的联系，有助于深入认识电池包在碰撞挤压载荷下的响应规律和失效机理。锂离子电池的正极材料通常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。负极材料通常以铜质集流体为基底，涂布石墨或硅层。而隔膜则常为由聚乙烯或聚丙烯等材料制成的多孔薄膜。通过对卷芯中的正极复合体、铝箔、隔膜、负极复合体、铜箔等进行拉伸、压缩、穿孔试验，得到相应材料的材料卡片，为卷芯的精细化建模搭好基础。
图11 卷芯组分研究流程图 研究总体框架
2）单体层级研究
电池单体是向下集成卷芯、向上构成模组的结构，每一个单体都是一个可以独立工作的电化学集合体。目前车用锂离子动力电池单体，通常采用卷绕或叠片式卷芯（交替布置的正负电极和电极间的隔膜）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）单体层级研究。
图12 (a) 圆柱形硬壳电池单体 (b) 方形硬壳电池单体
(c) 软包电池单体
为了全面了解电池单体在碰撞挤压载荷下的响应规律和失效机理，研究同样对单体进行了不同加载方向和不同加载速度的挤压试验。
图13 （a）Z向圆柱挤压 (b) Y向圆柱挤压 (c) X向圆柱挤压
(d) Z向球头挤压 (e) Z向锥面挤压
通过实验，可以得到对应的力-位移-电压曲线，结合对样件电镜扫描结果，来研究响应规律和失效机理，和建立了单体的有限元模型。
图14 某工况下单体力-位移-电压曲线
对于电池单体，我们通过多种方向和多种不同的加载速度的组合试验对其力电响应进行了测试，可以发现，单体也有着明显的各向异性和应变率效应。其次，单体的短路行为也具有明显的各向异性，相比于Y向和X向，Z向是单体最容易发生短路失效的挤压方向。借助对试验结果的认知，开发能够表征其应变率效应、各向异性和失效行为且兼顾仿真精度和计算效率的单体模型。
图15 单体有限元模型
3）模组层级研究
模组是将一个以上电池单体按照串联、并联或串并联方式组合，并作为电源使用的组合体。其研究方法与单体基本一致，但由于其结构比单体更加复杂多元，研究中需要考虑多种失效形式，包括单体之间的粘胶，壳体撕裂，端板断裂的现象。
图16 模组测试系统
图17 模组试验形式及样件变形情况
通过研究发现，相比单体内短路（卷芯断裂）压降失效而言，模组试验中更多的是由于结构失稳或外部侵入而发生的外短路；由于蓝膜、胶层和铝合金在冲击下韧性明显下降，更易发生失效破坏，而这些失效形式是导致模组发生外短路的关键因素，进而使得模组压降对应的力和位移的响应在准静态和存在较大差异。
图18 某工况下单体力-位移-电压曲线
通过模组多工况试验标定，建立模组有限元模型。
图19 模组有限元模型
4）电池包层级研究
通过对锂离子从卷芯到单体到模组的研究，对电池本身具备充分的了解，包括电池在冲击下的变形和失效规律，内部损伤发生的历程和机理，在发生严重损伤前所能承受的载荷、变形、能量等的最大限度，以及损伤发生过程中机电热的相互耦合和作用关系等。基于仿真模型，便可以开展多工况下电池包层级的研究与对标工作。
图20 电池包系统多工况研究
在新能源 汽车 安全开发过程中，电池包作为更加复杂的系统，不同的试验工况下，会有多种不同的失效形式，其产生的原因和所造成的危害也不尽相同。
图21 常见的动力电池失效形式
5、结语
锂离子电池凭借其能量密度大、循环寿命长、充电效率高等优点，被广泛应用于纯电动或混合动力 汽车 的储能系统。然而，锂离子电池在能量密度迅速增长的同时，对于整车的安全性设计又提出了新的挑战。特别是在经受复杂且严峻的碰撞工况时，为最大程度地发挥电池系统防护结构的作用，最大限度地在碰撞防护和轻量化设计之间寻求平衡，必须首先深入研究锂离子电池的机械性质和碰撞安全性，不但能够对新能源车辆设计和制造提出指导性的建议，也有利于新能源车辆的后期维护和事故处理等工作的进行。
为解决电池单体在机械加载下的力学响应与损伤行为预测问题，开发预测电池包力学响应和失效行为的工具，最终服务于电动 汽车 碰撞安全设计，第一阶段针对典型的车用动力电池开展了从卷芯到单体再到模组共三个层次，逐步深入的研究。每个层次的研究又分为试验和仿真两个方面，通过不同加载方向、不同加载速度的试验来研究卷芯、单体和模组的各向异性和应变率效应，以及加载方向和加载速度的不同给动力电池变形行为和失效行为带来的影响，全面认识动力电池在不同载荷工况下的响应规律和内在失效机理；借助对试验结果的认知，开发能够表征其应变率效应、各向异性和失效行为的卷芯模型，并以卷芯模型为基础，逐级向上开发兼顾仿真精度和计算效率的电池单体模型和模组模型，以试验结果为参考对各仿真模型的仿真精度进行验证，为电动 汽车 电池包碰撞安全保护的开发提供虚拟仿真工具。
三元锂电池不安全为什么还用?
原因就在于三元锂电池固然储能密度遥遥领先，在不加大车重的情况下能带来更好的里程表现。但是就像硬币的两面，高镍低钴三元锂电池热失控温度相当低，导致自燃事件频发，除了特斯拉 NCA811 电池外。
还有宁德时代 NCM811，严重威胁到车主用车安全。这里说到的811电池就是其正极材料中镍钴锰的含量，按照80%：10%：10%的比例构成的三元锂电池，是目前最高能量密度与最高技术含量的锂电池。当然，811电池存在的安全隐患也要比其他电池更大。
之前的广汽新能源Aion S汽车在无充电的情况下突然着火，搭载的就是811电池，这让Aion S的电池能量密度达到了180Wh/kg。据此往前追溯，三元锂电池还被分为523、622等型号。目前，在新能源动力车型市场中占主流地位的型号是622型，其没有811电池那么激进，因此安全性方面的表现也更加可靠。
其实，客观来说电芯的安全性较弱，并不代表整个电池包就不安全。举个例子，就好比一个穿了铠甲的骑士和赤膊上阵的骑士，在战场中必定是有盔甲的骑士更加安全。宁德时代就是给三元锂电池穿上了铠甲（电池包），因此它是安全的。而比亚迪的意思是，刀片电池本身就非常安全，我在给它套上铠甲那岂不是更加安全可靠。
