1電動汽車起火案例分析

電動汽車起火案例分析表明，起火原因大多是由于動力鋰離子電池熱失控所致。通過對某型電動汽車一年起火時間分析，發(fā)現(xiàn)在溫度較高的5-八月，起火案例起數(shù)占總數(shù)的52%以上，環(huán)境溫度過高是動力鋰離子電池起火的因素之一；從該電動汽車起火案例中車輛運行狀態(tài)統(tǒng)計還發(fā)現(xiàn)，充電過程中起火占比為68%，行駛過程起火占比為20%，靜止和其他情況下起火占比為12%。

2動力鋰離子電池熱失控發(fā)生機制

電動汽車使用過程是動力鋰離子電池的充放電循環(huán)過程，會發(fā)生復雜的化學反應。由于負極表面SEI膜的熱穩(wěn)定特性，當溫度達到120～140℃時會發(fā)生熱分解。SEI膜分解會使負極裸露，直接與電解液接觸，發(fā)生劇烈的還原反應，并放出大量可燃性氣體，同時釋放出大量的熱。

當SEI膜分解釋放的熱使電芯溫度達到180～200℃時候，正極開始發(fā)生分解。正極分解過程中釋放原子態(tài)氧，原子態(tài)氧的活性很高，會直接導致電解液劇烈氧化分解，短時間內(nèi)電芯積聚大量的熱。

當溫度過高或充電電壓過高時，發(fā)生潛在的放熱副反應，熱量聚集時，電芯溫度和壓力急劇上升，導致熱失控發(fā)生，其中正極熱分解量最大。不同正極材料的電芯熱穩(wěn)定性不同，三元材料的電芯熱分解相對較低，磷酸鐵鋰在200～400℃時基本不分解，隨著鎳含量的新增，高鎳三元正極熱分解溫度越來越低，放熱量越來越大，溫度在120℃左右就開始發(fā)生熱分解。

當動力鋰離子電池散熱性能不達標，化學反應釋放的熱量使溫度升高，促使化學反應速率呈指數(shù)級增大，系統(tǒng)進入自加溫狀態(tài)，發(fā)生熱失控。另外，電芯都裝配有泄壓閥，動力鋰離子電池也會配備防爆閥，當電池壓力達到6～8Pa時會泄壓。在泄壓過程中，電解液的閃點很低，電解液蒸氣在噴出時，與防爆閥的摩擦足以導致動力鋰離子電池燃燒。由此可見，動力鋰離子電池起火的特點是不會發(fā)生劇烈爆炸，但具有燃燒迅速的特點。

3動力鋰離子電池起火過程

為驗證電動汽車動力鋰離子電池的起火過程，筆者與研究人員進行了某型號動力鋰離子電池的熱失控過程驗證試驗。試驗設備包括電池包監(jiān)控上位機、加熱片、萬用表等。動力鋰離子電池參數(shù)，見表2所示。試驗內(nèi)容包括：電池模組和電池包的單顆電芯熱失控發(fā)生的條件；熱失控后擴散的進程和范圍；電池包進水后的放電情況及放電過程中出現(xiàn)的異常情況。試驗過程的數(shù)據(jù)與現(xiàn)象，見表3所示。

使用加熱片對動力鋰離子電池中的單顆電芯進行1.7h加熱。加熱1h時,溫度到達125℃，后續(xù)溫度一直保持不變，其間電芯有炸裂聲，但聲音不明顯。試驗結(jié)束后，該電芯防爆閥開啟，沒有發(fā)生爆炸和引起周邊電芯熱失控，電池包完好，如圖2所示。試驗結(jié)果表明，單電芯熱失控不一定會引起整包熱失控。

使用加熱片對動力鋰離子電池模組中間處的電芯進行加熱，見表4所示。在加熱5min后，開始出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，此時溫度為185.6℃，在9min后停止加熱，由于反應不斷進行，模組溫度達到512.3℃時出現(xiàn)明火，火勢迅速蔓延至整個模組，如圖3所示。

使用加熱片對動力鋰離子電池中的模組進行加熱，電芯在受熱到210℃時發(fā)生劇烈反應（此過程4min左右），出現(xiàn)泄氣或炸裂現(xiàn)象，同時1min內(nèi)周邊電芯開始發(fā)生連鎖反應，發(fā)生間斷炸裂。12min后，電池包內(nèi)壓強新增，電池出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象。電池包泄壓導致電池包內(nèi)劇烈反應出現(xiàn)明火，歷時20min左右，說明動力鋰離子電池起火具有火勢猛烈、蔓延迅速的特點。