鉅大LARGE | 點擊量：1827次 | 2018年09月07日
電動汽車為什么會自燃
2018年，電動汽車全是有點“火”。根據不完全統(tǒng)計，2018年上半年，電動汽車發(fā)生過10起燃燒事故。那么，電動汽車為什么會著火？車企現有技術水平不能防止它著火嗎？還是車企沒有在防止著火上投入足夠多的成本呢？
前些天，筆者對三輛發(fā)生自燃的新能源汽車做了拆解。綜合拆解分析所得，以及電池熱失控的機制和應對，筆者認為電動汽車自燃頻發(fā)，原因不是技術水平達不到，而是涉事動力電池企業(yè)和電動車企，不重視安全，為了降低成本，對電芯品控不嚴、BMS設計要求太低、沒有對動力電池包足夠的安全設計保護等，以致火光之災。
板子光打動力電池企業(yè)和新能源汽車企業(yè)也不行。主管部門在準入環(huán)節(jié)門檻諸多，現在眼見這么多事故，還不出手？
電動汽車著火原因分析
筆者拆解的這三輛電動汽車發(fā)生自燃時，一輛在充電；一輛處于停駛狀態(tài)；還一輛行駛過程中發(fā)現異常，停駛后起火。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
第一輛車（充電起火的電動汽車），從檢測數據看，起火前，電池在充電過程中，出現了較大的壓差，但是BMS電池充電并未停止。直至溫度在10秒之內迅速上升至45℃閾值，充電停止。此時電池靜態(tài)壓差已經超過500mV，隨后通訊中斷，發(fā)生了自燃。
第二輛車（停駛狀態(tài)起火的車），從現場拆解情況看，內部有涉水的痕跡。電池包的密封條嚴重變形（推測是設計問題），并未達到密封的預期效果。電池包底部，有明顯的三處電弧擊穿。此車發(fā)生事故的地點在深圳，之前正逢大雨，與現場的判斷是吻合的。即密封失效，造成車輛涉水短路引發(fā)的自燃。
第三輛車（行駛過程中起火的車），最早在行駛過程中，司機發(fā)現異常，靠邊停車，隨后發(fā)生了自燃。從監(jiān)測數據看，電池包內部溫度在20秒內，從34℃上升至113℃，隨后通訊中斷。經過現場拆解，初步判斷是個別電芯發(fā)生了爆燃，導致主動力線過熱，絕緣皮損壞，與電池殼體和內部固定支架搭接，發(fā)生短路。
另外，根據某消防單位總結，新能源汽車發(fā)生燃燒主要有以下四種場景：
充電過程中燃燒；
電池行駛或放置過程中引發(fā)的燃燒；
碰撞翻車引發(fā)的燃燒；
涉水引發(fā)的燃燒。
這四種場景中，充電過程中的燃燒是最為常見的。
電動汽車的充電過程中，充電樁會和電動汽車的BMS（電池管理系統(tǒng)）通訊“握手”，以控制充電條件。也就是說，BMS會對電池的狀態(tài)進行判斷，從而給出一個合理的充電方案?？墒?，問題來了，BMS是怎么知道電池的狀態(tài)呢？是通過不同的傳感器反饋信號實現的。
電芯、BMS、傳感器
首先從電芯說起。每一個電芯，都有不同的“體質”。具體表現在如內阻、自放電率、衰減率、極化等專業(yè)參數上。雖然，專業(yè)的技術人員，都會對電池的“體質”進行分組，以減小單體之間的差異，但是電池的“體質”和人一樣，會隨使用時間，出現變化。質量好的電芯，“體質”差異相對小，要做到這一點，選用材料一致性要好，生產過程自動化水平要高，品質標準要高，由此成本也高。反之，質量差的電芯，成本低，個體差異大，就有很大的安全隱患。比如在充電過程中，個別電芯發(fā)生過熱著火。
但電芯永遠不可能完全一致，此時需要BMS介入，負責電池的管理策略。首先，我個人認為，每一種電池，都有不同的特性。BMS都應該為之單獨開發(fā)管理策略，而非通用設計。
BMS對電池管理之前，首先要掌握電池的信息，這只有通過傳感器監(jiān)測來實現。也就是說，傳感器越多，傳感器的精度越高，反饋的數據越全面，BMS對電池的判斷則會越準確。但是，相應的，成本也就越高。
充電過程中，電芯、BMS、傳感器，三個環(huán)節(jié)配合不好，自燃就有可能發(fā)生。
如果BMS失效了會怎么辦？試想我們的智能手機極小概率發(fā)生故障需要重啟的場景，我相信任何電子設備，都有一定的故障幾率。而如果BMS發(fā)生故障，甚至是短暫的死機，后果都比手機故障嚴重的多。當這種情況發(fā)生時怎么辦，有沒有第二套可以備用的電池管理方案？我相信當系統(tǒng)中存在“應急裝置”時，系統(tǒng)勢必會更加安全，但是也同時會增加成本。
除了充電場景外，電池在行駛或停駛過程中也會產生燃燒。行駛中，是電池的放電過程，在工作過程中，電池出現問題，容易理解，但是在停駛過程中，為什么會燃燒呢？
停駛自然起于“后遺癥”
最近對幾個停駛新能源車案例中研究發(fā)現，新能源車在停駛前，都有過重載或較長時間行駛的經歷。而停駛過程中的自燃，其實是后遺癥，而這種后遺癥是怎么引發(fā)的呢？
原因一：汽車在行駛過程中，由于空氣氣流的作用，電池是處于散熱狀態(tài)。但當汽車停駛的時候，汽車熄火，散熱系統(tǒng)也停止工作。而此時電池的熱量也許并未完全散去，熱量在局部集聚，從而導致高溫引發(fā)燃燒。
解決方案很簡單，在汽車停駛后，散熱系統(tǒng)應該繼續(xù)工作（這要求有主動散熱裝置），我記得以前我的一輛燃油車，停車后，前面的散熱扇（當時叫電子扇）還會繼續(xù)呼呼地轉一會。早年的渦輪增壓發(fā)動機也有類似的要求，停駛后不能立即熄火停車。對于新能源汽車而言，這并不是什么有難度的技術。但是確實要實打實的增加一些成本，也可能會犧牲一些能量密度。
原因二：環(huán)境溫度影響。環(huán)境中的溫度，大多來自地面對熱量的反射。那么地面溫度，到底能有多少度？根據天津市氣象局的數據，夏季地面最高溫度達到64.7℃，最低溫度也紛紛超過了50℃。而鋰電池的適宜工作溫度，大多不超過50℃，而鋰電池包往往安裝在車的底部，與地面的距離很近，地面輻射的大量熱量，被電池包吸收。如果再與原因一的問題累加，或者長時間停車，都可能造車電池熱失控，而導致燃燒事故。
解決方案也不難，就是對電池包做隔熱設計，比如在電池包內部加一層隔熱墊，這也有利于冬天保溫。但是隔熱墊的添加，又會帶來三個問題：第一，成本增加；第二，自然冷卻性能下降，需要主動散熱系統(tǒng)；第三，電池包的能量密度稍有下降。
原因三：新能源汽車在停駛過程中，低壓電還是在工作的，比如GPS發(fā)射信號，行車電腦，遙控鎖這一些列的功能。如果低壓電發(fā)生故障，也有可能出現安全隱患。
除了電芯，BMS，Pack設計以外，其余的小環(huán)節(jié)也不能忽視。比如IP67防水，比如線束的質量和布置。
以上對事故的原因的闡述，解決方案無一不指向增加成本。但是成本高了，是否可以避免事故呢？我還想聊聊特斯拉出現事故的案例。如何做到100%的安全保障？
眾所周知，特斯拉則是有錢人的“玩具”，成本投入應該不是問題。2018年上半年，網上查到特斯拉一共發(fā)生了三起事故：
1月份，在重慶，特斯拉在沒充電，也未發(fā)生碰撞的情況下，發(fā)生了燃燒；
3月份，在美國，特斯拉因為撞上了隔離欄，發(fā)生了燃燒；
5月份，在美國，特斯拉因為碰撞，又一次發(fā)生了自燃。
可見特斯拉也并未做到100%的安全。
我想在這，應該給安全重新下一個定義了。
對于新技術，無法苛求100%的不出意外，而是把意外的后果降到最低。而在新能源汽車上，則要在設計上考慮，在出現事故時，100%保證人身安全。我們還是看特斯拉的例子。在特斯拉的電池包上方，有一層阻燃的鋁板，這層板，可能無法完全阻斷燃燒，但是至少可以給駕駛員和乘客贏得幾分鐘的逃生時間。
因此，所謂新能源汽車的安全，是對車上司乘人員的100%的安全保證。要提前預警，并給予司機乘客足夠的逃生時間。
安全永遠是相對的，提高成本簡單，關鍵是市場認可，客戶愿意買單。誰也不會愿意買一輛時速十公里的坦克出行，雖然應該很安全。但是我覺得為了減少事故的發(fā)生，一些成本還是要花的：
第一，優(yōu)質的電芯。能量密度越來越高，無疑對電芯的品質要求也越來越高。三元時代，各家的配方是什么？是真正的三元材料，還是不同配方的摻雜？一致性如何？提高電芯的品質，從源頭上降低風險，這個錢該花。
第二，安全的Pack設計。一些廠家的所謂Pack設計，其實是Pack布置。有什么區(qū)別呢？舉個例子，Pack的溫度傳感器應該放在哪？Pack布置的做法是把電池模組安裝好，在找個“合理”的地方，裝上。而Pack設計的做法，是在結構上結合散熱系統(tǒng)，風道設計，預先設置好溫度監(jiān)測點，再進一步仿真、實驗，最終確認。
第三，余量設計。顧名思義，在設計中，留有設計余量是必要的。比如前文說的，如果BMS發(fā)生故障，有沒有一套備用的系統(tǒng)可以暫時保證系統(tǒng)的安全。這套備用系統(tǒng)不一定能BMS的完整功能，但是起碼要保證安全。
第四，熱管理系統(tǒng)。熱管理系統(tǒng)，如果說是新能源汽車的安全命脈，應該不為過。電池的能量密度越來越高，對于熱管理的要求，也越來越高。能量密度的提高，更會引發(fā)充電速度的提升，我認為起碼一套水冷系統(tǒng)是必要的。
第五，故障逃生系統(tǒng)。無論什么原因造成的新能源汽車起火，都要給司乘人員留足逃生時間。尤其是三排座位的商務車或SUV，以及電動大巴。因此，對于故障，早預警；在系統(tǒng)中，起碼要有延緩火勢的設計，最大限度延長逃生時間。
第六，安全培訓。簡單說，就是告訴新能源汽車車主，如果發(fā)生事故，應該如何處理。比如要放棄財物，第一時間逃生，要和事故車輛保持的安全距離，要站在上風口等等。對于事故處置不當，也是造成人身傷害的重要原因。
第七，嚴懲責任方，支持巨額索賠。除了人命，其他任何東西都可以拿錢來計算。有這樣一個故事：福特汽車生產的一款汽車，它的設計安全隱患，但是如果增加16塊錢成本，安全系數機會提高很多。福特公司知道這個情況，但他們算過一筆賬，如果每輛汽車都加一塊16塊錢的擋板成本超過了他們對意外的賠償，所以他們選擇了賠償。從這個角度理解，賠償實際上是對產品成本控制的買單，所以把錢花在哪，估計得各大車廠好好算算賬了。
2018年，燃油車燃燒的事故也有不少，但是似乎不會像新能源汽車一樣，有這么大的關注度。近期新能源汽車著火事件增多，和補貼政策提高能量密度要求，有直接相關性。根據相對安全的原則，這就意味著要有更加安全的保障措施；包括提高充電速度，也要有更加有效的溫控系統(tǒng)。
但是，顯然動力電池企業(yè)、新能源車企并沒有這么做。他們如同省16塊錢擋板的福特一樣，計算了投入產出。如此，我們在呼吁動力電池、新能源汽車企業(yè)自身反省、改正的同時，更要呼吁主管部門，嚴懲粗制濫造導致的起火事件責任方，尤其對于造成人身傷害事故的的責任企業(yè)，取消其補貼資格乃至公告，逐出新能源汽車市場。否則，整個新能源汽車產業(yè)的前景和成果都可能毀于一旦。
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