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    1. 技術流分析:什么是電動汽車自燃的真實原因?

      • 老張
      • 發表于: 2018/09/05 10:20:55 來源:電動汽車觀察家

      新能源汽車目前最大的威脅,不是補貼退坡,而是連續不斷的起火事故。

      新能源汽車目前最大的威脅,不是補貼退坡,而是連續不斷的起火事故。更令人擔憂的是,由于現在自燃、起火事件太多,大家都已經有些麻木。這還是新生事物成長中必然經歷的過程嗎?

      不。再拿新生事物做借口,就是自取滅亡。應當嚴厲批評、嚴厲懲罰涉事動力電池生產企業和新能源汽車企業。這種行為,在毀掉我們共同的事業。——編者按

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      2018年,電動汽車全是有點“火”。根據不完全統計,2018年上半年,電動汽車發生過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,原因不是技術水平達不到,而是涉事動力電池企業和電動車企,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和新能源汽車企業也不行。主管部門在準入環節門檻諸多,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生自燃時,一輛在充電;一輛處于停駛狀態;還一輛行駛過程中發現異常,停駛后起火。

      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。此時電池靜態壓差已經超過500mV,隨后通訊中斷,發生了自燃。

      第二輛車(停駛狀態起火的車),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的自燃。

      南京兩輛泡水燃燒的電動大巴南京兩輛泡水燃燒的電動大巴

      第三輛車(行駛過程中起火的車),最早在行駛過程中,司機發現異常,靠邊停車,隨后發生了自燃。從監測數據看,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,發生短路。

      另外,根據某消防單位總結,新能源汽車發生燃燒主要有以下四種場景:

      1. 充電過程中燃燒;

      2. 電池行駛或放置過程中引發的燃燒;

      3. 碰撞翻車引發的燃燒;

      4. 涉水引發的燃燒。

      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)通訊“握手”,以控制充電條件。也就是說,BMS會對電池的狀態進行判斷,從而給出一個合理的充電方案。可是,問題來了,BMS是怎么知道電池的狀態呢?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、極化等專業參數上。雖然,專業的技術人員,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,個別電芯發生過熱著火。

      低劣電芯隱患巨大低劣電芯隱患巨大

      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,三個環節配合不好,自燃就有可能發生。

      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?我相信當系統中存在“應急裝置”時,系統勢必會更加安全,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。但當汽車停駛的時候,汽車熄火,散熱系統也停止工作。而此時電池的熱量也許并未完全散去,熱量在局部集聚,從而導致高溫引發燃燒。

      解決方案很簡單,在汽車停駛后,散熱系統應該繼續工作(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)還會繼續呼呼地轉一會。早年的渦輪增壓發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:環境溫度影響。環境中的溫度,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;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發射信號,行車電腦,遙控鎖這一些列的功能。如果低壓電發生故障,也有可能出現安全隱患。

      除了電芯,BMS,Pack設計以外,其余的小環節也不能忽視。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生了三起事故:

      • 1月份,在重慶,特斯拉在沒充電,也未發生碰撞的情況下,發生了燃燒;

      • 3月份,在美國,特斯拉因為撞上了隔離欄,發生了燃燒;

      • 5月份,在美國,特斯拉因為碰撞,又一次發生了自燃。

      可見特斯拉也并未做到100%的安全。

      2017年6月,山東日照一輛特斯拉撞擊護欄后發生火災2017年6月,山東日照一輛特斯拉撞擊護欄后發生火災

      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。

      近日,一輛力帆電動汽車著火燃燒近日,一輛力帆電動汽車著火燃燒

      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生,一些成本還是要花的:

      第一,優質的電芯。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,風道設計,預先設置好溫度監測點,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發生故障,有沒有一套備用的系統可以暫時保證系統的安全。這套備用系統不一定能BMS的完整功能,但是起碼要保證安全。

      第四,熱管理系統。熱管理系統,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,更會引發充電速度的提升,我認為起碼一套水冷系統是必要的。

      第五,故障逃生系統。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。

      但是,顯然動力電池企業、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,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的前景和成果都可能毀于一旦。

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