精神小夥，不請自來。

大家好，我是小U，一個集帥氣與智慧於一身的95後小鮮肉，每天都在師傅老U的教（壓）導（榨）下學習新知識。

近期我在閱讀我們UL新出的《UL 電池安全白皮書》的時候，發現鋰電池的安全是一個非常複雜的問題。那麼，首先要關心的問題是，鋰電池有安不安全？有哪些風險，我們的白皮書給出了非常專業的回答。

一、鋰電池的安全風險有哪些

1、 起火風險 – 鋰電池是能量單元，內短路、外短路、熱失控都可能引發起火哦！

2、 爆炸風險 – 鋰電池熱失控時，會產品大量可燃氣體並導致壓力劇增，爆炸風險就來了！

3、 化學風險 – 鋰電池的電解液有強烈的腐蝕性，電池熱失控時會釋放出有毒氣體，帶來化學風險！

4、電擊風險 – 動力電池或儲能電池電壓基本在300V以上，屬於危險電壓，有觸電風險！

5、 電弧風險 – 儲能電池系統電壓可達到1000V以上，不同電位的導體之間距離太近容易產生電弧，危害巨大！

6、 機械風險 - 大型電池系統也帶來了傾倒或者跌落等風險。

安全風險雖大，但是我們仍能透過一定的方法對風險進行控制，保證人身和財產安全，我們《UL 電池安全白皮書》也包括了對於提升電池安全的指導。

二、如何提高鋰電池的安全

從縱向角度，可以從電芯、模組、控制系統和電池系統四個層級來著手分析，從橫向角度，可以從電池設計、製造質量和濫用防護三個方面來分析。然而，電池的安全性往往關聯電池的成本和效能，在實際電池設計和製造過程中，需要全面衡量各方面的影響因素，擇優而行。

2.1 鋰電芯的安全防護

鋰電芯的設計是安全問題的核心,其中電芯的結構設計直接影響電芯的散熱路徑與失效模式, 而材料設計更是影響電芯是否起火的關鍵。比如，選擇安全的極卷和隔膜設計、穩定的化學體系以及阻燃電解液等，都可提高電芯的安全性。電芯的質量則是安全問題的重要加乘因子。電芯工廠應該建立嚴格的生產質量管控體系，來控制電芯的品質，提高電芯的安全性。

2.2 鋰電池模組的安全防護

電池模組是電芯和電池包間的中間單元，由多個電芯經串並聯方式組合而成，電池模組對電芯起到支撐、固定和保護作用。模組的安全，可以從機械、電氣、熱量管理設計和質量管控這些方面來考慮。

舉例來說，從電氣設計來看，模組中的各電芯應有優良的一致性，對於模組中有電芯並聯的設計，應考慮在每個並聯支路配置熔斷器或者熔斷結構等過流保護，以降低因電芯不均衡而造成的個別電芯經受過充和過放的機率。

2.3 控制系統的安全防護

動力電池的正常執行主要依賴電池管理系統（BMS）的控制。BMS設計者應根據電芯的邊界條件值來設定合適的保護引數和策略。BMS需要充分考慮電池的短路保護，電芯過壓、欠壓、過流和過溫保護。BMS的保護功能依賴於電子控制線路和其控制的保護元器件的正常工作，電子線路的功能可靠性以及保護元器件的安全可靠性必須被有效地評估。

2.4 動力電池系統的安全防護

動力電池系統在使用過程中會和整車一起承受各種嚴苛的機械力和環境影響，比如高低溫衝擊、振動和機械衝擊、道路石子撞擊、交通車輛碰撞等，容易造成零部件移位、鬆動、磨損或者脫落等情況，進而引發絕緣破壞、區域性過熱、電擊、起火等風險。

因此，動力電池的機械防護、電氣防護和熱管理尤為重要,比如動力電池包的外殼應有優良的機械強度並具有優良的IP防護等級，保護電池包內部零部件和電氣電路免受損壞或者暴露。

2.5 儲能電池系統的安全防護

儲能電池系統的安全防護，除了上述動力電池系統防護中提及的，需要額外關注高電壓和高能量儲能電池系統帶來的電弧風險以及火災蔓延風險。一個大型的儲能系統往往可以達到MWh以上，一旦電池起火蔓延，將會帶來巨大的消防挑戰。因此，對儲能系統熱失控起火蔓延按照UL 9540A進行全面的評估，並建立完善的火災監控系統和消防保護措施，尤為重要。

三、UL動力和儲能電池安全標準指導產品安全設計

UL 2580標準是評估道路車輛用電池的安全標準，UL 1973是針對儲能電池的安全標準，目前這兩個標準都是美國和加拿大的國家標準。

對比國際上其他電池安全標準，UL動力和儲能電池標準不僅涵蓋詳細的測試要求（電氣測試、機械測試和環境測試），還對電池包的結構和零部件提出了嚴格的安全要求，比如對於電池包外殼材料、電芯、線纜、接外掛、密封圈、電氣距離及絕緣等級、熔斷器和繼電器、BMS的功能安全可靠性等，標準都給出了詳細的安全要求，為電池包結構設計者提供了完備的設計依據。

鋰電池最重要的是安全，安全標準設計主要是以下2個方面入手

電池包在設計時基本是遵循內部元件和可能發生的安全風險2個方面，確定合理產品安全設計的目標和框架的，那某寶的河北新新鋰電池的新俊士舉例來說，這樣說的更明白。

1. 化學安全技術

單體鋰電池在使用中發生熱失控現象，可能回產生電解液洩露，遺漏，自然，著火等現象，造成使用車輛或其他機器裝置受到損傷，對電池而言，如何保證電池在各種惡劣條件下和使用時化學和穩定性，不會發生安全風險，這是作為河北新新鋰電池 新俊士電池必須要考慮和解決的問題。主要是3個方面

1. 正常範圍內的情況

2. 長時間運輸儲存

3. 惡劣條件下，穿刺，過充，過放，擠壓，著火等

在以上的惡劣條件下，都要為電池的使用情況遇到的安全確定合理的設計部目標，尤其是動力電池涉及到了電解液，冷卻會導致的化學腐蝕，內部短路，阻燃能力，有害其他的排放。

安全測試

2. 電器安全技術

河北新新鋰電池的新俊士電池內部的電子電氣系統，首先考慮的就是，與電的有關的安全風險，

絕緣

等電位

短路防護

絕緣監控

高壓聯結器鎖

電磁相容性

故障監控。

除了以上外 被動介入，更要考慮在故障發生的初期就要主動介入，將風險降到最低

如遇到水裡 都是安全的

記得鋰電池是鋰鋰子電池。發生燃燒爆炸案例不少，究其原因內部短路機率最高。這因為生產加工電池過程中有微小金屬粒子混入，隨電子運動時在電池內部造成短路，短路產生高溫，而電池本身含有能量是危險源，故引起燃爆。

很多人一提到鋰電池就會聯想到爆炸，鋰電池爆炸事件也是頻發，甚至有人說未來多少億人都騎著炸彈出門。鋰電池真的有這麼恐怖麼？

不可否認鋰電池爆炸確實是一個存在並且需要解決的問題，即使是特斯拉這樣技術先進的企業也無法保證鋰電池一定不會出事。但是也沒有大家想象的那麼嚴重，隨著網際網路及自媒體的發展，資訊的傳播速度越來越快，即使是十萬八千里外發生的事情你也可以在幾分鐘甚至更短的時間內知曉，這也導致了很多點的事情被傳播後變成了面的事情，以特斯拉為例，賣了幾萬輛的車，但是因為鋰電池爆炸的車就幾起，大家就認為鋰電池就會爆炸不安全了。

電動車起火的原因比較單一，基本都是由於鋰電池熱失控造成的。熱失控引發的煙霧、火災甚至爆炸，是鋰離子電池的事故過程中最常見的特徵。而熱失控又主要由於過度充電、外力、內部短路等因素造成。

鋰離子電池會爆炸的原因了，主要分為以下兩點。

1、過充導致放出的鋰過多，負極部位容量不足，充電時產生的鋰就無法插入負極石墨的間層結構中，會在負極表面形成金屬鋰。時間一久，這些鋰原子會由負極表面往鋰離子來的方向長出樹枝狀結晶。這些鋰金屬結晶會穿過膈膜紙，使正負極短路。有時在短路發生前電池就先爆炸，這是因為在過充過程，電解液等材料會裂解產生氣體，使得電池外殼或壓力閥鼓漲破裂，讓氧氣進去與堆積在負極表面的鋰原子反應，進而爆炸。

2、充放電時，電流的限制也很有必要。電流過大時，鋰離子來不及進入間層結構中，也會彙集在負極材料表面。這些鋰離子獲得電子後，會在材料表面產生鋰原子結晶，這與過充一樣，會造成危險性。

因此，一般在鋰電池組內，除了鋰電池芯外，都會有一片保護板，也就是我們常說的BMS（BATTERY MANAGEMENT SYSTEM），中文名字叫電池管理系統。它能夠監測鋰電池的電壓、電流和溫度等資訊，並根據鋰電池的狀態，在需要的時候進行干預。

鋰電池安全措施

1、安全措施一：軟體BMS保護板，遠端安全監控

如今國內電芯製造水平還達不到日韓一致性精度，電芯本身就存在一定的安全隱患，如果僅僅搭配純硬體BMS板做保護，這類電子部件都存在失效的機率，一旦BMS失效，則必定會發生安全事故。

解決方案是，加入遠端資料傳輸模組，實現整車關鍵電氣部件資料互聯，其中就包括鋰電池的充放電資料。透過總部的資料監控平臺，預判電池失效模式，提前告知使用者並快捷服務，將安全隱患消除在萌芽中。

2、安全措施二：改良結構，提升鋰電池安全性

與電動汽車相比，電動腳踏車的鋰電池使用環境更加惡劣。整車減震效能差；騎行路況複雜；整車經常被置於戶外，電池也會直接暴露在外，經歷風吹、日曬、雨淋。

解決方案是自主設計了全密封透氣乾燥防進水、防潮氣結構，內部採用高導熱係數矽膠填充，在提高內部電芯和BMS板抗震等級的同時，也進一步加強了防水、防潮效能。同時做到了電池內部各電芯之間實現均溫目的，保障電芯一致性，進而提高整組電池的使用壽命。

3、安全措施三：雙向握手識別電路，確保電池不亂用

市場上電動腳踏車基本都是直通式輸出方案，給使用者濫用電池提供了便利。如將鋰電池用於鉛酸車，即鉛改鋰銷售；或用作試車寶，用於鉛酸車試騎；還會出現維修人員用鉛酸控制器或充電器替代出現故障的鋰電車控制器和充電器。這些都是鉛酸電池時代留下的不良習慣。鋰電池一旦誤用在鉛酸車上，由於鉛酸控制器存在EABS反充電，且與鋰電欠壓點不一致等均會給鋰電池造成安全隱患。

解決方案是，在鋰電池BMS板和控制器之間、在BMS板和充電器之前均增加了雙向握手識別電路，只要不互相匹配，鋰電池就會關閉充放電迴路，不允許非法控制器放電、非法充電器充電，減少因外部因素導致的鋰電池安全事故。

4、鋰電安全措施四：PGR電機避免鋰電池反充電

EABS反充電，對於鉛酸電池是一個非常好的利益點，但對於鋰電池來說，反而成為安全隱患點。鋰電池反充電有什麼危害？前面我們已經介紹過鋰電池的充電原理，即鋰離子從正極脫出，經過膈膜和電解液遷移至負極多孔石墨的過程。如果鋰離子遷移速度不夠快、遷移數量太多，就會滯留在負極表面形成金屬鋰枝晶，累積到一定程度就會刺破膈膜發生短路爆炸。而影響充電過程中鋰離子遷移的數量和速度的因素，主要是環境溫度和充電電流大小。

雖然鋰電車都取消了EABS功能，但在下坡滑行過程中，還是會出現反向充電電流：現有行業鋰電電動腳踏車普遍採用低速輪轂直驅電機，該電機在騎行過程中是電動機，而在下坡高速滑行時，就成為了發電機。當電機轉速超過額定轉速時，反電動勢電壓就會高於電池電壓，將能量反灌至電池中，整車下滑速度越快，其感應反電動勢就越高，即反充電電流就會越大。

尤其是在新國標電動腳踏車最高限速25公里每小時情況下，在下坡路段滑行速度輕易就會超過最高車速25公里每小時，反充電電流極大，尤其是在寒冷的冬天，電解液的導電率下降，鋰離子遷移速率降低，負極表面形成金屬鋰枝晶的機率就更大了，刺穿膈膜更容易發生，輕則出現電池容量急劇下降，壽命加速衰退，重則出現大面積短路發熱，最終失控爆炸燃燒。

因此，在鋰電車型上搭載了自主設計的PGR電機，帶有離合器裝置，滑行過程中，內部電機與外輪脫開，停止轉動，即不會產生感應電動勢，當然就不會出現反充電了。

透過深入剖析鋰電池失效機理，透過以上多項技術改進，才能確保鋰電安全可靠，才有可能讓鋰離子電池在電動腳踏車上普及開來，同時讓使用者使用時更加安心、可靠、麻煩少。