鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1837次 | 2018年09月07日
電動(dòng)汽車為什么會(huì)自燃
2018年，電動(dòng)汽車全是有點(diǎn)“火”。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2018年上半年，電動(dòng)汽車發(fā)生過10起燃燒事故。那么，電動(dòng)汽車為什么會(huì)著火？車企現(xiàn)有技術(shù)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(duì)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?zé)崾Э氐臋C(jī)制和應(yīng)對(duì)，筆者認(rèn)為電動(dòng)汽車自燃頻發(fā)，原因不是技術(shù)水平達(dá)不到，而是涉事動(dòng)力電池企業(yè)和電動(dòng)車企，不重視安全，為了降低成本，對(duì)電芯品控不嚴(yán)、BMS設(shè)計(jì)要求太低、沒有對(duì)動(dòng)力電池包足夠的安全設(shè)計(jì)保護(hù)等，以致火光之災(zāi)。
板子光打動(dòng)力電池企業(yè)和新能源汽車企業(yè)也不行。主管部門在準(zhǔn)入環(huán)節(jié)門檻諸多，現(xiàn)在眼見這么多事故，還不出手？
電動(dòng)汽車著火原因分析
筆者拆解的這三輛電動(dòng)汽車發(fā)生自燃時(shí)，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(xiàn)異常，停駛后起火。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
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(dòng)汽車），從檢測(cè)數(shù)據(jù)看，起火前，電池在充電過程中，出現(xiàn)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(nèi)迅速上升至45℃閾值，充電停止。此時(shí)電池靜態(tài)壓差已經(jīng)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(xiàn)場(chǎng)拆解情況看，內(nèi)部有涉水的痕跡。電池包的密封條嚴(yán)重變形（推測(cè)是設(shè)計(jì)問題），并未達(dá)到密封的預(yù)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(diǎn)在深圳，之前正逢大雨，與現(xiàn)場(chǎng)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(jī)發(fā)現(xiàn)異常，靠邊停車，隨后發(fā)生了自燃。從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)看，電池包內(nèi)部溫度在20秒內(nèi)，從34℃上升至113℃，隨后通訊中斷。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)拆解，初步判斷是個(gè)別電芯發(fā)生了爆燃，導(dǎo)致主動(dòng)力線過熱，絕緣皮損壞，與電池殼體和內(nèi)部固定支架搭接，發(fā)生短路。
另外，根據(jù)某消防單位總結(jié)，新能源汽車發(fā)生燃燒主要有以下四種場(chǎng)景：
充電過程中燃燒；
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無人設(shè)備
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(chǎng)景中，充電過程中的燃燒是最為常見的。
電動(dòng)汽車的充電過程中，充電樁會(huì)和電動(dòng)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(huì)對(duì)電池的狀態(tài)進(jìn)行判斷，從而給出一個(gè)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(hào)實(shí)現(xiàn)的。
電芯、BMS、傳感器
首先從電芯說起。每一個(gè)電芯，都有不同的“體質(zhì)”。具體表現(xiàn)在如內(nèi)阻、自放電率、衰減率、極化等專業(yè)參數(shù)上。雖然，專業(yè)的技術(shù)人員，都會(huì)對(duì)電池的“體質(zhì)”進(jìn)行分組，以減小單體之間的差異，但是電池的“體質(zhì)”和人一樣，會(huì)隨使用時(shí)間，出現(xiàn)變化。質(zhì)量好的電芯，“體質(zhì)”差異相對(duì)小，要做到這一點(diǎn)，選用材料一致性要好，生產(chǎn)過程自動(dòng)化水平要高，品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要高，由此成本也高。反之，質(zhì)量差的電芯，成本低，個(gè)體差異大，就有很大的安全隱患。比如在充電過程中，個(gè)別電芯發(fā)生過熱著火。
但電芯永遠(yuǎn)不可能完全一致，此時(shí)需要BMS介入，負(fù)責(zé)電池的管理策略。首先，我個(gè)人認(rèn)為，每一種電池，都有不同的特性。BMS都應(yīng)該為之單獨(dú)開發(fā)管理策略，而非通用設(shè)計(jì)。
BMS對(duì)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(cè)來實(shí)現(xiàn)。也就是說，傳感器越多，傳感器的精度越高，反饋的數(shù)據(jù)越全面，BMS對(duì)電池的判斷則會(huì)越準(zhǔn)確。但是，相應(yīng)的，成本也就越高。
充電過程中，電芯、BMS、傳感器，三個(gè)環(huán)節(jié)配合不好，自燃就有可能發(fā)生。
如果BMS失效了會(huì)怎么辦？試想我們的智能手機(jī)極小概率發(fā)生故障需要重啟的場(chǎng)景，我相信任何電子設(shè)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(jī)，后果都比手機(jī)故障嚴(yán)重的多。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)怎么辦，有沒有第二套可以備用的電池管理方案？我相信當(dāng)系統(tǒng)中存在“應(yīng)急裝置”時(shí)，系統(tǒng)勢(shì)必會(huì)更加安全，但是也同時(shí)會(huì)增加成本。
除了充電場(chǎng)景外，電池在行駛或停駛過程中也會(huì)產(chǎn)生燃燒。行駛中，是電池的放電過程，在工作過程中，電池出現(xiàn)問題，容易理解，但是在停駛過程中，為什么會(huì)燃燒呢？
停駛自然起于“后遺癥”
最近對(duì)幾個(gè)停駛新能源車案例中研究發(fā)現(xiàn)，新能源車在停駛前，都有過重載或較長(zhǎng)時(shí)間行駛的經(jīng)歷。而停駛過程中的自燃，其實(shí)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(dāng)汽車停駛的時(shí)候，汽車熄火，散熱系統(tǒng)也停止工作。而此時(shí)電池的熱量也許并未完全散去，熱量在局部集聚，從而導(dǎo)致高溫引發(fā)燃燒。
解決方案很簡(jiǎn)單，在汽車停駛后，散熱系統(tǒng)應(yīng)該繼續(xù)工作（這要求有主動(dòng)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(dāng)時(shí)叫電子扇）還會(huì)繼續(xù)呼呼地轉(zhuǎn)一會(huì)。早年的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)也有類似的要求，停駛后不能立即熄火停車。對(duì)于新能源汽車而言，這并不是什么有難度的技術(shù)。但是確實(shí)要實(shí)打?qū)嵉脑黾右恍┏杀?，也可能?huì)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(duì)熱量的反射。那么地面溫度，到底能有多少度？根據(jù)天津市氣象局的數(shù)據(jù)，夏季地面最高溫度達(dá)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(zhǎng)時(shí)間停車，都可能造車電池?zé)崾Э?，而?dǎo)致燃燒事故。
解決方案也不難，就是對(duì)電池包做隔熱設(shè)計(jì)，比如在電池包內(nèi)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(huì)帶來三個(gè)問題：第一，成本增加；第二，自然冷卻性能下降，需要主動(dòng)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(hào)，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(xiàn)安全隱患。
除了電芯，BMS，Pack設(shè)計(jì)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(zhì)量和布置。
以上對(duì)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(xiàn)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(yīng)該不是問題。2018年上半年，網(wǎng)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(guó)，特斯拉因?yàn)樽采狭烁綦x欄，發(fā)生了燃燒；
5月份，在美國(guó)，特斯拉因?yàn)榕鲎?，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(yīng)該給安全重新下一個(gè)定義了。
對(duì)于新技術(shù)，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(shè)計(jì)上考慮，在出現(xiàn)事故時(shí)，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(shí)間。
因此，所謂新能源汽車的安全，是對(duì)車上司乘人員的100%的安全保證。要提前預(yù)警，并給予司機(jī)乘客足夠的逃生時(shí)間。
安全永遠(yuǎn)是相對(duì)的，提高成本簡(jiǎn)單，關(guān)鍵是市場(chǎng)認(rèn)可，客戶愿意買單。誰也不會(huì)愿意買一輛時(shí)速十公里的坦克出行，雖然應(yīng)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(zhì)的電芯。能量密度越來越高，無疑對(duì)電芯的品質(zhì)要求也越來越高。三元時(shí)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(zhì)，從源頭上降低風(fēng)險(xiǎn)，這個(gè)錢該花。
第二，安全的Pack設(shè)計(jì)。一些廠家的所謂Pack設(shè)計(jì)，其實(shí)是Pack布置。有什么區(qū)別呢？舉個(gè)例子，Pack的溫度傳感器應(yīng)該放在哪？Pack布置的做法是把電池模組安裝好，在找個(gè)“合理”的地方，裝上。而Pack設(shè)計(jì)的做法，是在結(jié)構(gòu)上結(jié)合散熱系統(tǒng)，風(fēng)道設(shè)計(jì)，預(yù)先設(shè)置好溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，再進(jìn)一步仿真、實(shí)驗(yàn)，最終確認(rèn)。
第三，余量設(shè)計(jì)。顧名思義，在設(shè)計(jì)中，留有設(shè)計(jì)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(shí)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(yīng)該不為過。電池的能量密度越來越高，對(duì)于熱管理的要求，也越來越高。能量密度的提高，更會(huì)引發(fā)充電速度的提升，我認(rèn)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(shí)間。尤其是三排座位的商務(wù)車或SUV，以及電動(dòng)大巴。因此，對(duì)于故障，早預(yù)警；在系統(tǒng)中，起碼要有延緩火勢(shì)的設(shè)計(jì)，最大限度延長(zhǎng)逃生時(shí)間。
第六，安全培訓(xùn)。簡(jiǎn)單說，就是告訴新能源汽車車主，如果發(fā)生事故，應(yīng)該如何處理。比如要放棄財(cái)物，第一時(shí)間逃生，要和事故車輛保持的安全距離，要站在上風(fēng)口等等。對(duì)于事故處置不當(dāng)，也是造成人身傷害的重要原因。
第七，嚴(yán)懲責(zé)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(jì)算。有這樣一個(gè)故事：福特汽車生產(chǎn)的一款汽車，它的設(shè)計(jì)安全隱患，但是如果增加16塊錢成本，安全系數(shù)機(jī)會(huì)提高很多。福特公司知道這個(gè)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(duì)意外的賠償，所以他們選擇了賠償。從這個(gè)角度理解，賠償實(shí)際上是對(duì)產(chǎn)品成本控制的買單，所以把錢花在哪，估計(jì)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(huì)像新能源汽車一樣，有這么大的關(guān)注度。近期新能源汽車著火事件增多，和補(bǔ)貼政策提高能量密度要求，有直接相關(guān)性。根據(jù)相對(duì)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(dòng)力電池企業(yè)、新能源車企并沒有這么做。他們?nèi)缤?6塊錢擋板的福特一樣，計(jì)算了投入產(chǎn)出。如此，我們?cè)诤粲鮿?dòng)力電池、新能源汽車企業(yè)自身反省、改正的同時(shí)，更要呼吁主管部門，嚴(yán)懲粗制濫造導(dǎo)致的起火事件責(zé)任方，尤其對(duì)于造成人身傷害事故的的責(zé)任企業(yè)，取消其補(bǔ)貼資格乃至公告，逐出新能源汽車市場(chǎng)。否則，整個(gè)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的前景和成果都可能毀于一旦。
