摘要
随着车辆的不断更新换代，性能和速度越来越好的同时，伴随而来的就是环境的不断恶化。所以，开发一种新能源汽车来代替石油汽车是必不可少的。电，作为一种清洁能源，自然就进入了人们的视线，锂电池动力车辆便由此而生。锂电池动力车辆不仅没有尾气排放，有效的保护环境，而且效率更高。现在各国不仅研发出了新能源汽车，并且取得了巨大的成就。那么，车辆的安全问题也随之到来。本文会对锂电池动力车辆的发展现状以及未来的发展前景进行介绍，查找锂电池车辆的原理，从中了解锂电池车辆的运行原理。然后从充电桩、人、车辆和环境等各方面分析锂电池车辆可能存在的安全隐患，并用安全检查表法和事故树分析法，依据现有的法律法规对锂电池动力车辆进行安全评价，最终从充电桩、车辆系统和车辆生产商等方面给出一些建议和改进措施。
关键词：锂电池；车辆安全；评价事故树
Abstract
With the continuous upgrading of vehicles, the performance and speed are getting better and better, along with the continuous deterioration of the environment. Therefore, the development of a new energy vehicle to replace oil vehicles is essential. Electricity, as a kind of clean energy, naturally entered people’s attention, lithium battery powered vehicles are born therefrom. Lithium battery powered vehicles not only have no exhaust emissions, effective protection of the environment, and more efficient. Now various countries have not only developed new energy vehicles, but also made great achievements. Then, the safety problem of vehicles also comes accordingly. This paper will introduce the development status and future development prospects of lithium battery-powered vehicles, and find out the principle of lithium battery vehicles, from which to understand the operation principle of lithium battery vehicles. Then from the charging pile, people, vehicles and environmental aspects of lithium battery vehicles possible safety hidden trouble, and safety checklist and accident tree analysis, according to the existing laws and regulations of lithium battery power vehicle safety evaluation, eventually from the charging pile, vehicle system and vehicle manufacturers give some Suggestions and improvement measures.
Key words: lithium battery; vehicle safety; evaluation of the accident tree
一、绪论
（一）研究背景
随着车辆的不断更新换代，性能和速度越来越好的同时，伴随而来的就是环境的不断恶化。所以，开发一种新能源汽车来代替石油汽车是必不可少的。电，作为一种清洁能源，自然就进入了人们的视线，锂电池动力车辆便由此而生。锂电池动力车辆不仅没有尾气排放，有效的保护环境，而且效率更高。现在各国不仅研发出了新能源汽车，并且取得了巨大的成就。那么，车辆的安全问题也随之到来。本文会对锂电池动力车辆的发展现状以及未来的发展前景进行介绍，查找锂电池车辆的原理，从中了解锂电池车辆的运行原理，分析锂电池车辆可能存在的安全隐患，为新能源汽车提供一点帮助。
（二）研究意义
新能源汽车的研发最为关键的是要进行动力系统的构建，我国研究的新能源汽车中的动力系统基本都为锂电池，锂电池的主要研究方向为磷酸铁锂电池和三元锂电池，同时也会向其他方向进行研究。锂电池虽然不含有汞、镉等重金属元素，当锂电池损坏时对环境污染相对较小，但是，锂电池中存在的电解液等，将会对环境和人体健康产生不利影响。
（三）国内外研究现状
1、国内锂电池车辆发展现状
从我国加入世贸组织以来，对石油的需求也越来越大，石油问题越来越突出。石油也成为了其他国家制约我国快速发展的重要手段之一。所以尽快摆脱其他国家的石油控制成为了重中之重。因此国家开始支持新能源汽车的研制和开发。
就锂电池而言，目前，在电动车领域中，全球各大公司所采用的锂电池大致都分为三元锂电池和磷酸铁锂电池两种。
由于三元锂电池能力密度高，续航里程相对较长，国内车企乘用车纷纷转向使用三元锂电池，包括北汽、比亚迪、江淮等。但三元锂电池却存在安全性差、耐高温性差、寿命差等缺点，2016年初，还被工信部叫停，暂停三元锂电池客车列入新能源汽车推广应用推荐车型目录。
三元锂电池的最大的优点就是续航时间长，虽然磷酸铁锂的密度较差导致电池续航时间短，但磷酸铁锂电池的安全性、耐高温性和寿命长等优点是三元锂电池远远不能相比的。
我国锂电池汽车从2008年开始研制开发，目前为止，我国研究新能源汽车的公司多达三十多家，其中最主要的两个代表为比亚迪公司和宁德时代。比亚迪公司作为我国研发锂电池车辆的代表，对锂电池的研究一直处于世界的领先位置。最开始时，比亚迪公司的研究方向一直是磷酸铁锂电池，但安全性高的磷酸铁锂电池，被较低的电池能量密度拖累，使磷酸铁锂电池动力车的续航能力成为了其最大的弊端，也是车辆最严重的弊端。所以从2017年开始，比亚迪公司开始着手研究三元锂电池，虽然三元锂电池的安全性能一般，但其续航好，充电效率高。并且现在中国市场大多数公司的锂电池动力车辆使用的都是三元锂电池。相对于磷酸铁锂电池，三元锂电池在国内有更好的市场。但由于两种电池各有优劣，所以在未来很长一段时间，这两种电池在我国都会是一种长期共存的局面。
现在比亚迪公司发布一种刀片电池，安全性能更强，续航能力也堪比三元锂电池，电池寿命增加。甚至通过了针刺试验。针刺实验要求及其苛刻。只有极少数的动力电池能达到要求，而这种电池或许能重新定义新能源汽车的安全标准，甚至能影响整个锂电池汽车的领域。接下来比亚迪或许会全面的放弃三元锂电池和磷酸铁锂电池，全面的投入使用刀片电池也是可能的。
2、国外锂电池车辆发展现状
国外锂电池动力车辆的发展较快的国家主要有美国、日本等。
美国：早在十八世纪三十年代初期，世界上第一辆锂电池动力汽车被美国科学家研制出来。从此之后美国就一直在大力研究家用锂电池电动汽车。期间，美国政府为了鼓励人们购买锂电池汽车，甚至出台了《电动汽车和混合动力汽车的研究开发与样车试用法令》。而且迄今为止，对于锂电池电动汽车的相关研究都不曾因此中断。所以美国的锂电池汽车一直处于世界的领先位置。
现如今，美国锂电池汽车中，特斯拉一直处于世界的前端。但特斯拉现在可以使用的离子电池主要属于日本松下的18650三元锂离子混合电池，是一种使用”钻酸锂”或”锰酸锂”或三元离子材料”镍钻锰酸锂”的锂作为电池正极的离子电池。这种电池是传统的电池电芯。特斯拉为了能够量产这种电池，对这种电池的外观和里边的化学性质进行了一定的改造。当Model3正式投产后，特斯拉也将开始使用新型的21700电池。
日本：日本现在最大的锂电池生产企业为松下。
总所周知，松下最大的客户为特斯拉和福特。松下的18650锂电池为现如今供应量最大的锂电池，拥有众多优点。而且现在能规模化生产高镍硅碳动力锂电池。这种电池的拥有更高的能量密度，也就是说，这种电池能提供更好的续航能力。
现在在高镍硅碳动力锂电池的研究和生产化方面上，我国至少被松下公司领先数年。而且在高镍硅碳动力锂电池的研究领域，松下公司一直被世界各国公认为第一。
二、锂电池车辆原理
锂电池动力车辆的研究已经成为了时代进步发展的必然趋势。未来锂电池汽车必定取代燃油汽车。所以必须得了解锂电池车辆可能存在的危险源。尽可能的预防危害的发生。
想要了解锂电池车辆的危险源，就必须先了解车辆的组成，然后从中找到可能存在危险源的重要组成部分，从部分分析运作原理。锂电池动力车辆最主要的部分就是锂电池，所以了解锂电池的原理，然后了解锂电池动力车辆的运行原理是非常有必要的。这样才能更好的、全面的进行危险源分析。
（一）锂电池的组成
锂电池的结构由五部分组成：正极、负极、有机电解液、隔膜、电池外壳五部分组成。而且每部分都有其重要的作用。
(1)正极：车用锂电池的正极主要为镍钻锰酸锂或者磷酸铁锂；
(2)负极：镍钻锰酸锂电池和磷酸铁锂电池的负极基本上都是石墨，因为石墨有稳定的多层结构，能够很好地容纳锂离子在正负极的来回移动。
(3)隔膜：隔膜是一种特殊方法制作的有选择性的高分子薄膜，这种薄膜能选择性的让锂离子在中间随意穿过，保证锂离子在正负极间必要的移动，同时也要阻隔电解液中电子在正负极的移动，以保证锂电池能根据原理正常运行。
(4)有机电解液：锂电池的电解液中锂盐主要为六氟磷酸锂，溶剂为碳酸酯类溶剂，两者互溶共同组成了锂电池的电解液。电解液非常重要，给锂电池中锂离子在正负极来回移动提供了一个必要的运作环境。但电解液对人体有危害，所以谨慎对待，尽可能不要触碰到电解液。
(5)电池外壳：电池外壳主要由铝、镀镍铁等组成。电池外壳主要起到一个隔绝作用。既能为锂电池内部发生反应提供一个安全的环境，也能防止外界的物质进入电池内部扰乱反应的正常进行。如果电池外壳破损电解液流出可能对人体造成伤害，同时空气中的氧气和水分进入电池内部，能和锂离子发生反应而发生爆炸。
（二）锂电池的分类
锂电池的命名，来自于不同种锂电池的正极材料的名字。其中镍钻锰酸锂和保钻铝酸锂都可以称为三元锂电池，而锂电池主要分为五种：
1、钻酸锂(LiCoO2)
物质性质：
层状结构是钻酸锂的基本结构，钻酸锂的整体结构稳定。锂离子和钻离子分别位于立方形式存在的氧层中的八面体位置是理想的钻酸锂结构。但是实际中，氧原子的分布因为钻离子和锂离子与氧原子层的作用力不同，导致钻酸锂离子不是密堆结构，而是呈现三方对称性。钻酸锂电池的整体性能很好，但它的安全性较差。另外，钻资源异常稀缺，价格昂贵，所以钻酸锂电池的成本非常高。钻酸锂的热稳定性较差。当超过150°C时，满充状态下的钻酸锂电池就容易发生热失控。
钻酸锂的制备方法：
钻酸锂的制备方法有很多，但最常见的为固相反应。主要方程式为：
2Li2CO3+4CoCO3+O2=4LiCoO2+6CO2
2、锰酸锂(LiMn2O4)
锰酸锂电池的正极为锰酸锂，在锂电池行业中较有发展前景。锰酸锂电池优点很多，最大的优点来源于锰酸锂。锰酸锂的在我国的资源非常丰富，所以制备锰酸锂电池时成本较低。所有锂电池共有的一个特点就是无污染，锰酸锂电池也不例外。另一个使锰酸锂电池被看好的原因是它的安全性，锰酸锂电池的安全性非常好。这些优点集在一起，使锰酸锂成为了较为理想的一种锂电池正极材料。
锰酸锂虽然优点众多，但并没有像磷酸铁锂和三元锂一样被广泛研究。最主要的原因就是锰酸锂电池的电化学稳定性差。另外锰酸锂电池的循环性能相对较差，所以导致锰酸锂电池的寿命普遍较低，这也一定程度上增加了锰酸锂电池的使用成本。
锰酸锂从结构上主要分为两类：尖晶石型锰酸锂和层状结构锰酸锂。相比于层状结构的锰酸锂，尖晶石锰酸锂的结构更加稳定，产业化生产也较为方便，所以该类锰酸锂被广泛应用。
锰酸锂电池的生产：锰酸锂有很多种制作方法，但在工业化生产中有最常用的方法为固相反应法制备。其制备方程式为：
LiCO3+2MnO2=LiMn2O4+CO2
锰酸锂制备后被分为两类，所以它的应用范围较广。A类主要用于动力电池，B类主要应用于手机或者平板电脑等电子设备的电池。
3、镍钻锰酸锂(LiNiMnCoO2或NMC)
镍钻锰酸锂是三元锂的一种，是三元锂电池种典型的正极材料。相比于钻酸锂电池，镍钻锰酸锂电池中，用价格相对较低的镍和锰来代替大部分价格昂贵、数量极少的钻元素。所以，镍钻锰酸锂电池的成本价格远远的低于了正极为单元素的钻酸锂电池的成本。
镍钻锰磷酸锂是在钻酸锂的基础上进行的改进，所以其加工性能方面和钻酸锂非常相似。而且镍钻锰酸锂的安全性能比钻酸锂的安全性好很多。其循环性和制作的电池寿命逗都比钻酸锂电池好很多，更主要的是热稳定性好。从方方面面来说，镍钻锰酸锂都比钻酸锂要好，所以，从镍钻锰酸锂电池出现后，就取代了钻酸锂电池成为了新的较受关注的锂电池材料。
镍钻锰酸锂的制备方法主要为高温固相合成法。其具体为：将镍化合物、钻化合物、锰化合物与氢氧化锂进行水热反应，得到镍钻锰酸锂的化合物，再进行锻造、烧制等方法制得镍钻锰酸锂。
镍钻锰酸锂自从被研制出来之后，就一直备受关注，现在已经取代了很多种锂电池，被应用于各个方面，特别是锂电池动力汽车方面有了巨大的成果。
4、磷酸铁锂(LiFePO4)
磷酸铁锂被发现与十九世纪九十年代后期。自从被发现以后，就一种倍受世界各国的关注。
磷酸铁锂电池中，磷酸铁锂作为正极材料。磷酸铁锂的原材料极为丰富且价格较低。磷酸铁锂的结构非常稳定，所以它的安全性能非常高，是现在所用的锂电池中安全性能最高的。而且用磷酸铁锂为正级制作的锂电池的充放电性能很好，能够快速充电和放电。另外磷酸铁锂电池的工作温度范围很广，并且有很好地耐高温性。所以它的热稳定性很好。而且寿命长。这些重要的优点集合在一起，使磷酸铁锂电池成为了和三元锂电池一样的世界主流的电动车电池之一。
磷酸铁锂电池也有其致命的缺点，其一是它的电池密度较小，导致电容较小，所以磷酸铁锂电池每次充电量不如三元锂电池，续航能力就跟不上。另一个就是导电性较差，导致了低温性能较差，当温度过低时，电解液出现凝固现象，而磷酸铁锂的导电性不好，放电效率就会受此影响降低。
磷酸铁锂的制备流程图:
磷酸铁锂电池现在的应用范围主要是包括车辆和军事方面。并已经成为世界各国发展新能源电池的主要动力方向，并且有了巨大的研究成果。
5、镍钻铝酸锂(LiNiCoAlO2或称NCA)
保钻铝酸锂电池也是根据钻酸锂电池改进所研制出来的，其内还有少量的钻元素，所以价格也比钻酸锂少很多。但保钻铝酸锂的循环性较差，导致其寿命较短，而且因为含有钻元素的原因，就会有污染性。再高温环境下，再充放电时，电池内部会发生不可逆的副反应，影响镍钻铝酸锂电池的寿命。所以镍钻铝酸锂电池并没有如镍钻锰酸锂电池那样广受关注。镍钻铝酸锂的制备流程图如下:
（三）锂电池的充放电性能
锂电池充放电时，是很重要的一个步骤，也是有危险的一个步骤。如果锂电池过放电时，就可能会使电池整体遭到破坏；如果锂电池过充电时，则会使锂离子过分活跃，从而导致锂电池发生起火甚至是爆炸。所以，充放电时必须要做好电池的保护措施。
以氧化锰锂电池为例，锂电池的反应方程式为：
Li+MnO2==LiMnO2
1、充电时
当锂电池动力车辆充电时，锂电池阳极上发生氧化反应，阴极上在石墨上发生还原反应。在发生反应时，正极上的Li+从正极出来进入电解液，经过隔膜后到达负极，然后和负极附近的电子在负极石墨上发生反应，形成碳锂化合物并附在负极的石墨上。如果从正极上下来的Li+越多，然后在负极上形成的碳锂化合物越多，就说明电池的充电容量越大，该种锂电池型号的车辆的续航能力越好。
以钻酸锂电池为例，充电时阳极反应：
LiCoO2=Li1-xCo02+xLi++xe-
充电时阴极反应：
6C+xLi++xe-=Lixc6
2、放电时
当锂电池动力车辆行驶中放电时，锂电池发生的反应正好与充电时相反。锂电池的正极发生还原反应，负极发生氧化反应。反应发生时，负极上吸附与石墨上的碳锂化合物从负极上下来进入电解液，经过隔膜到达正极附近，然后与充电时正极上生成的化合物反应再次形成原来的正极材料，此时正负极返回到原本的状态。但如果过放电，则会造成电池的损坏。一种电池的好坏也由电池的自然放电率决定。即外电路没有通电时，理论上正负极不会发生反应，但因为电池正负极离子的浓度原因，会自动的发生反应，这就是自然放电率。自放电能力越小，说明电池越稳定。
以钻酸锂为例，放电时正极反应：
Li1-xCoO2+xLi++xe-=LiCoO2，
放电时负极反应:
LixC6=6C+xLi++xe-。
三、高功率锂电池安全问题现状
（一）使用过程中安全问题分析
1、长时间停放
现在我国的新能源车的锂电池大多是采用磷酸铁锂电池和三元锂电池，如果以电池的电量处于满状态时，然后长期停放，电池内部的锂离子就会过于活跃，从内部对锂电池造成损伤，从而使锂电池从外形上表现为鼓包。同样的，如果在电池没电的情况下长期停放车辆，则会因为过度放电，影响电池的寿命，造成动力电池不可逆的损伤。
2、环境的影响
汽车长时间存放时，经过长时间恶劣环境的损害并且被周围环境的影响，会对车身和车胎造成一定程度的损伤。
3、充电桩危险分析
随着锂电池车辆的发展，锂电池汽车随处可见，所以充电桩也慢慢的遍及各地。现在大街上的公共车位很多都配备了充电桩。所以充电桩的危险性就很明显的突出出来了。
(1)充电桩漏电：充电桩最大的问题就是存在漏电危险性。充电桩的电压分为220V的单相电和380V的三项电。这些电压远远超过了人体所能承受的最大电压36V。
(2)充电桩进水：现在的路边充电桩基本都是露天放置。当防水装置出现问题，一旦进水特别是在雨天就会发生严重的漏电事故，对经过的人群造成严重的伤害。
(3)充电桩接地：如果你的充电桩内部接地不可靠，内部的的金属件等零件也就不能很好的进行接地，就能发生接地故障。当其中有车主需要去充电时就会很有可能发生车主触电的危险。
(4)密封性不好：充电桩要想长时间的使用，减少因零件损坏而增加维修费用和触电危险性，就必须做好密封保护。如果密封性不好，内部的原件就会因为水汽和氧气的进入而被腐蚀，以致外部导电。
(5)充电枪电子锁：充电桩最大的危险源就是充电枪。如果充电枪的电子锁发生故障时，枪头就会在未连接汽车时带电，如果有人拿起充电枪，就会发生触电事故。
（二）车本身安全问题分析
1、化学伤害
化学物质所受侵害主要就是指通过化学物质对某些人体组织造成过氧中毒，腐蚀、表皮组织刺激等间接伤害，或者是有可能通过气体、液体、烟雾等化学状态对某些人体组织造成直接伤害。
相较于传统燃油汽车，电动汽车配备了大容量动力电池组。因为电池内还有大量的电解液，所以一般来说，受到电动汽车化学物质侵害的主要原因是接触到电解液从而被刺激或者腐蚀皮肤。
电解液是电池中的一种无色的液体，人体皮肤能被严重的刺激和腐蚀。当电池密封设备损坏，电解液发生泄漏，电解液接触空气中的水蒸气后产生的有毒气体就会对人体产生危害。
2、电伤害
电伤害的定义：电对人体外部造成局部伤害，即由电流的热效应、化学效应、机械效应对人体外部组织或器官的伤害。电流对人体的直接伤害主要分为有两种表现形式：电击、电伤。电动汽车电伤害主要来源于高压电源、高压带电体(电动汽车上主要指高压元器件)、高压线束等。
据调查发现，电动汽车的电池包电压都会在300-700V这个范围之内，不同车型的电池包电压虽然会有所不同，但都在这个范围之内。通常来说，36V已经是人类所能承受的极限电压，所以不管什么车型的电池包电压，都已经远远超过人体所能承受的极限电压。
电动汽车超级电容主要分布在电机控制器和电池管理系统，电动汽车在停止工作的时候，电机控制和电池管理系统的超级电容器还残留一部分的剩余电荷，当人触及带有剩余电荷的设备时，带有电荷的设备对人体放电造成触电事故。
3、线路老化
在零部件故障中，线路老化为主要原因。线路老化最终的结果是导致线路短路，从而产生安全隐患，增大发生安全事故的风险。例如：2016年4月13日，深圳一辆五洲龙汽车因线路老化而导致线路短路，从而产生故障。
（三）人的因素
1、不了解车辆
驾驶人员开车前，没有了解车辆的基本操作方法。以至于开车遇见突发情况时操作不当发生交通事故。
2、违规充电
在人为因素方面，更大的原因就是不当操作。例如：充电时不按要求，私自进行不当操作，使充电时接触不良，发生事故甚至是火灾。
3、破坏充电桩
现如今的充电桩，更多的是公共充电桩或者各小区的停车位自带的充电桩。这些充电桩都没有任何的保护措施，任何人都能触及到。所以会有些人带着恶意去破坏充电桩。
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