鉅大LARGE | 點擊量：1389次 | 2021年07月09日
淺析新能源汽車著火事故的原因及防護措施
在今年的炎炎夏日，不僅僅是天氣熱，新能源汽車也熱。而且熱的讓人擔心，接二連三的燃燒事故見諸于報道。盡管這樣，很多人仍然相信Tesla的公關(guān)思維，燃油車也會燃燒啊，吃瓜群眾正在被洗腦。
人命關(guān)天的事，沒有小事，再次印證了汽車工程高安全需求
作為國家層面、工程技術(shù)人員需要清醒認識或從麻痹、懵懂中警醒：其危害性、或客戶擔憂，會嚴重制約新能源的健康發(fā)展。所以，近期也看到了工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)發(fā)展中心的213號文件：“關(guān)于開展新能源客車安全隱患專項排查工作的通知”，也是應急采取的必要措施，非常及時。
政策的出手，權(quán)威從士的不斷出聲，從另一個角度也反映出，決策者對以往技術(shù)導向的再思考，這是好事。這不是誰的錯，技術(shù)進步就是這樣，在迂回中認知和前進，亡羊補牢，為時不晚。
縱觀鋰電池發(fā)展歷史，只有認真面對和解決，才能給新能源發(fā)展注入新的活力
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%
首先嚴格意義上講，鋰電池有別于現(xiàn)在廣泛應用的鋰離子電池。我們來重溫鋰電池發(fā)展歷史：“上個世紀80年代，加拿大moilenergy公司，首次向市場推出采用金屬鋰作為負極的Li/MnO2二次電池。這款電池讓其稱霸全球市場，輝煌一時。但是非常不幸的是在1989年發(fā)生了連續(xù)的爆炸事故。導致大面積召回，該公司從此一蹶不振?！?/p>
“后被日本的NEC公司收購。NEC公司投入巨資、人力、物力對上萬塊電池進行了分析，最終找到了導致電池起火爆炸的元兇---鋰枝晶。所以鋰作為負極材料，淡出了我們的視野。直到1991年，索尼公司推出首款商用鋰離子電池，LiCO2作為正極，石墨作為負極。從此開啟鋰離子電池二次走向應用的輝煌時代?！?/p>
通過這段文字描述，可看出鋰電池的共性問題，析理同樣是作為其化學特性存在的。這也是為什么靜置的車輛、充電過程的車輛，很有可能是因為析理造成內(nèi)短路、過充導致內(nèi)短路等原因而發(fā)生著火事故。但是，析理也是可以通過技術(shù)手段避免其發(fā)生或控制在安全范圍之內(nèi)的。
豐田對電池事故最到位的總結(jié)：過充、外短路、碰撞、內(nèi)短路
1、對于過充：系統(tǒng)層面，采用雙檢測系統(tǒng)，對電芯、模組電壓進行檢測。
2、對于外短路：系統(tǒng)層面，關(guān)斷系統(tǒng)、主回路保險絲。
3、電芯層面：達到一定溫度時，能自動切斷電流，通過材料、結(jié)構(gòu)、電極來實現(xiàn)。
4、碰撞防護：通過車身、電池包結(jié)構(gòu)強度來實現(xiàn)。
5、電芯內(nèi)短路：系統(tǒng)層面是毫無應對方案的。電芯層面，通過材料、隔膜等防內(nèi)短路措施（HRL：Heatresistantlayer）
豐田把電芯“內(nèi)短路”故障排在最后，個人主觀分析：對于松下這樣歷史悠久的公司，工藝高超的控制能力，已不是難題，結(jié)合新的隔膜技術(shù)、內(nèi)隔熱技術(shù)等是可以很好解決內(nèi)短路的。但是，對于我們國內(nèi)電池生產(chǎn)資源，我覺得，解決好內(nèi)短路技術(shù)問題，仍然是當務之急。
電芯的品質(zhì)、一致性、穩(wěn)定性，仍然是著火事故直接原因之一
從松下的一些文字中，對其制造工藝的先進性有一些了解：松下的全自動無人干預生產(chǎn)、嚴格的來料檢驗、潔凈生產(chǎn)環(huán)節(jié)，完整的測試能力，遠遠高于同行業(yè)標準。
從成本的角度，管理的角度，都是需要大力氣的投入。在早期，國內(nèi)有些有遠見的企業(yè)，雇傭日本的管理人員，管理車間；返聘日本的老專家做好5S工作，完整和系統(tǒng)的做FMEA等,其實，都是朝著這方面努力，嚴格意義講，這不是高難的技術(shù)問題，而是做好精益生產(chǎn)的手段和措施。
電芯生產(chǎn)工藝非常復雜，任何一個環(huán)節(jié)的缺陷和不完整都會造成后端應用事故。系統(tǒng)層面，在一個包體內(nèi)，如果選用圓柱電池，四、五千顆電芯已是正常的狀態(tài)，任何一顆電芯短路，都是不可想象的災難。
做真正意義的車用級電池，這是保證車輛安全的底線
國內(nèi)電芯企業(yè)，決大部分都是短時間成長起來的，和松下這樣的老牌企業(yè)是無法相比的。同時，汽車工程對安全的要求，對于沒有行業(yè)經(jīng)驗的企業(yè)，是無法理解的。所以，在很短的時間追上世界先進水平，確實不是一件易事。但是，市場不等人，你必須做的更好，才能生存。這個脫節(jié)問題，逐漸顯露出來，整車企業(yè)，為了安全、長遠發(fā)展考慮，提高其可控性，紛紛和有實力的電芯廠捆綁聯(lián)合。電芯供應市場，造成一種有趣的現(xiàn)象，供不應求和門庭羅雀。所以，統(tǒng)計數(shù)字使用全國年生產(chǎn)供應多少GWh,使用了多少GWh是不靠譜的。電芯生產(chǎn)過剩同樣是存在的。
技術(shù)角度，針對車用級需求，也有明確的要求：在國標中，GBT31485-2015電動汽車用動力蓄電池安全要求及實驗方法，對電池單體承受過充能力有明確的要求，如果上限電壓是4.2V,哪么，實驗測試電壓應該是6.3V。
從電化學角度，“過充”也是一個廠家產(chǎn)品能力和技術(shù)實力，如同快充能力，也是能設(shè)計出來的。
惡性價格竟爭，電芯以次充好
在設(shè)計過程中，經(jīng)常用1Wh多少錢作為市場潛在的成本標準。更有甚者，小于1元/Wh的電芯也能上車，成本的不合理性背后，可能就是犧牲的品質(zhì)。其實，每輛車對功率的需求的不同，對容量要求、對溫度需求的差異等，這些指標，恰恰是和電池成本直接掛鉤的。另一方面，數(shù)量可以稀釋成本，也是公認的，松下18650的出價171美金，出貨量都是Gwh。我們國內(nèi)的企業(yè)不論從質(zhì)、量都是不可企及的，相提并論或作為目標顯然是不合理。包括政策層面，對成本目標的降低或拉動，都是有待商榷的。
同時，一些PACK制造商，不排除以次充好。例如，使用不到一萬公里的系統(tǒng)，壓差已經(jīng)是0.5V了,奇怪的是，車輛照樣跑跑，確實奇葩；或者依靠強大的售后團隊來救火作為解決問題的靈丹妙藥，也早已是公開的秘密。市場的混亂，盲目的聽從價格，令人擔憂。
BMS不是萬能的，在電芯內(nèi)短路面前，也是束手無策
在一篇文章中看到對事故的分析中，“從監(jiān)測數(shù)據(jù)看，電池包內(nèi)部溫度在20秒內(nèi)，從34℃上升至113℃”。從BMS角度，面對熱失控的狀態(tài)，也是無能為力的。最好的結(jié)果，也只有及時、準確診斷和告警了，給乘客的逃生贏得時間，已是相當優(yōu)秀的BMS了。
實現(xiàn)電池的多元應用；三元材料電池難過針刺實驗是現(xiàn)實
不同的電池用在不同的地方。這才是市場和技術(shù)的本色。在選用何種材料的電池時，能量密度不能作為首選因素，這一點，也被更多的有識之士認可。隨著補貼的退坡，各個廠家逐漸會從“無奈”中解放。能量密度的“拔苗助長”，技術(shù)的非循序漸進，是嚴重不合理的。不能一味的想著“彎道超車”。市場需要的是安全的產(chǎn)品。還是市場說了算的。
電池的多元化發(fā)展，應該會成為一種趨勢。根據(jù)實際需求，對續(xù)駛里程、使用的環(huán)境、風險評估，選擇合適的電芯和系統(tǒng)電量。這就不難理解，為什么豐田的Mirai,仍然在用鎳氫電池。個人觀點，在BMS達不到較高水平的時候，LFP仍然是大巴車的首選。盡管LFP同樣會燃燒，但是，從冒煙到爆燃的時間，LFP是有明顯優(yōu)勢的。起碼能給乘客的逃生爭取5~10分鐘的時間。
如同當年，我一直主張，鈦酸鋰電池做為燃料電池車輛輔助和儲能電池一樣，安全永遠是第一位的。
正視差距：你的產(chǎn)品做了隔熱、隔火設(shè)計嗎？
當專注于熱設(shè)計的溫差、均溫的時候，卻忽略了相反的一面風險，哪就是“引火上身”。我們都親眼目睹了充電時，著火的一輛車引燃旁邊無辜車輛的景象，其實，電芯模組之間故障時，同樣也是這個道理。系統(tǒng)、模組、電芯的隔熱、隔火設(shè)計，就是為了避免、延緩事故的燃燒狀態(tài)。目前，一般從系統(tǒng)層面，做了隔離措施，比如Tesla的上蓋板所做的隔火、隔熱設(shè)計；目前最多設(shè)計措施還有模組之間的隔熱設(shè)計；電芯的隔火國內(nèi)產(chǎn)品很少，也只有Tesla電芯之間使用云母片的隔火設(shè)計。
正視差距：你的溫感布置是基于仿真和多輪測試的結(jié)果嗎？
如果不是一對一采集，勢必會出現(xiàn)數(shù)值偏差和時間延遲問題。如何與電芯真實溫度狀態(tài)匹配？我想不是拍腦門能解決的問題。記得Leaf的四個溫感布置，當時還疑惑箱體內(nèi)左、右兩側(cè)為什么沒有對稱布置？其實，背后大量的實驗工作，已經(jīng)證明，這四個點在具體的空間、各種工況，是最具代表性的位置。
正視差距：你的BMS對電芯的參數(shù)模型了解多少？
很多情況，BMS對電芯參數(shù)的了解或電芯提供給BMS的數(shù)據(jù)是非常有限的，甚至是少的可憐的。除了上、下限電壓、SOC對應電壓狀態(tài)，SOP功率狀態(tài)邊界都沒有。更別說參數(shù)模型了。因為，電池廠家也沒有完整的測試。這種粗狂的控制，帶來的后果是嚴重的。BMS和電池的脫節(jié)已經(jīng)不是新鮮問題了。
正視差距：從企業(yè)、社會角度，我們的客戶培訓了嗎？
記得在看一個著火事故的錄像時，我發(fā)現(xiàn)一個現(xiàn)象：當車輛底部冒煙時，第一時間，乘客并沒有迅速下車；或者下車了，在車旁邊來回踱步，是哪樣的茫然和不知所措。更有甚者，好奇的人們在圍觀。
他們沒有意識到危險，可能就在下一秒。電池的爆燃，會傷及他們。我在前期的一篇文章中，列舉過美國消防協(xié)會的培訓：
“如果我的車著火了怎么辦？NFPA（美國消防協(xié)會）建議司機遵循以下三個步驟：
a)停止。
b)如果可能的話，靠邊。
c)關(guān)掉汽車。出去。
d)在離車輛100英尺遠，同時注意交通安全。
e)撥打119求助。
f)不要自己去滅火?！?/p>
PACK能力非電芯企業(yè)強項；PACK廠電芯品質(zhì)失控，讓整車廠困惑和心痛
通過僅十年新能源汽車發(fā)展的實踐，,電池是新能源核心部件，已毋庸置疑。但是，作為整車的配套零件的電池系統(tǒng)，并沒有像傳統(tǒng)零件配套哪么簡單。特別是電芯廠家，缺乏整車企業(yè)配套經(jīng)驗，即使這么多年的努力，仍然還是短板。這就是汽車技術(shù)的多年積累的原因。非短時間能培養(yǎng)起來的。
所以，整車廠捆綁和發(fā)展自己的pack廠,培育自己的BMS軟硬件設(shè)計能力,再聯(lián)合有實力,品質(zhì)優(yōu)良的電芯制造企業(yè)，將會成為一種新發(fā)展趨勢。同時，加強對電池系統(tǒng)的掌控，也是在謀求更長遠的發(fā)展。比如上汽集團的模式，值得學習。
電芯品質(zhì)缺陷隱患、可以在充電過程中放大，充電只是“誘因”
我非常贊同王子冬專家這句話：“大部分著火是在充電過程中，或者剛剛結(jié)束充電后。保障動力電池充電安全性是件很麻煩的事，這里面有很多影響因素，有連接的問題，充電方式的問題，制造過程中是否有瑕疵的問題。在充電過程中會將許多隱患放大，導致事故，這點特別重要。”所以，電芯品質(zhì)問題，在充電環(huán)節(jié)放大了隱患，充電只是一個誘因，而非主因。我們需要透過現(xiàn)象看本質(zhì)。
圓柱電芯的上千顆應用，前題是有強大的BMS做支撐
其實，我們國內(nèi)圓柱電芯的突然放大量應用，與Tesla的應用效應有非常大的關(guān)系。包括現(xiàn)在對21700電芯的推崇，我不反對，對任何先進技術(shù)的跟隨和創(chuàng)新，但是，也需要站在國內(nèi)實際情況看問題。不能盲目跟風。我們的BMS管理幾千顆電芯的能力，還做不到Tesla的管理水平；熱系統(tǒng)做到溫差2℃還很困難。尤其是針對三元圓柱電芯，我們的技術(shù)駕馭能力還很有限。所以，我倒是建議，從穩(wěn)定角度，BMS弱的情況下，還是多用方形或著軟包電芯為上策。
鋰離子電池的安全問題是可以解決的
leaf在全球銷量，2017年已超20萬臺，7年間沒有聽說一起嚴重燃燒事故；同樣是在路上跑的車輛，同樣也有碰撞，Tesla在短短5年時間，產(chǎn)量近10萬臺，已發(fā)生多起燃燒事故。我們拋開不同電芯正極材料的路線，其工程應用可是一致的。例如，Leaf的系統(tǒng)集成技術(shù)：電池箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計先進，抵御碰撞能力、密封設(shè)計都是一流的，就連一枚繼電器放置的位置，都是非常有講究的。技術(shù)的爐火純青，大道至簡，用在這里再貼切不過了。
更擔心的風險，并不是著火事故，而是來自認識的羈絆、夜郎自大
一顆電芯的成果進步，是無法代表一個電池系統(tǒng)的水準高度，電池系統(tǒng)才是“應用主體”：工藝一致性、控制技術(shù)、熱技術(shù)、結(jié)構(gòu)技術(shù)、系統(tǒng)安全技術(shù)等，同樣需要齊頭并進。借用國家863電動車重大專項動力電池測試中心主任王子冬一句話：“通過項目的評價，學會對動力電池進行綜合評價的方法，對項目做出科學的判斷，特別要重視動力電池產(chǎn)品向國外學習，我們不能夜郎自大。”
小結(jié)
對于新能源汽車的發(fā)展，安全永遠是第一位的。任何政策、標準、法規(guī)、設(shè)計、制造環(huán)節(jié)，都不能脫離這個原則和底線。電芯作為電池系統(tǒng)安全主體和基礎(chǔ)。更需要向國外先進技術(shù)看齊，做車用級電池，充分實驗。車輛工程面前，生命面前，電池沒有等級之分。需要踏實務實，做好現(xiàn)在的工程，排除上路車輛的風險。
