从研究到产品攻关电动车起火事故

2021-04-25 ryder

更高的能量密度，更长的续驶里程、更快的充电速度……电动车的性能正不断提高，加快向市场驱动的转型，但同时安全事故依然频发。

1个月前，国家市场监管总局质量发展局发布通知，要求加工者在获知其加工、销售或进口的新能源汽车发生冒烟、起火事故时，应在事故发生后12小时内向其报告基本信息，如造成人员伤亡的报告时限缩短为6小时。

随着电动车的推广和普及，车辆自燃事件不断引发行业对安全问题的冷沉思。从技术和产品的角度出发，要怎么样避免电动车起火、更好地保证车辆安全，成为摆在全体从业者面前的紧要考题。如今，业界对于答案已经形成一定的共识。

■重点防范动力电池热失控

众所周知，安全是电动车的重中之重，一旦动力电池内部发生了热失控，往往蔓延至整个电池系统，从而形成安全事故。

中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高指出，对于电动车来说，热失控与动力电池安全性密切相关，因此探寻电池热失控的发活力理与抑制办法至关紧要。

今年以来，企业因车辆存在热失控安全隐患而进行召回的并非个案。

据报道，南京金龙召回的25辆纯电动客车因动力电池电芯一致性问题，长时间、高电量存放时电芯存在漏液和短路风险，可能引发动力电池热失控和起火，存在安全隐患。

蔚来汽车今年6月发布召回公告称，召回4803辆ES8的原由是电池组设计缺陷，可能引起热失控和起火。

清华大学教授何向明指出，从2015年到今朝，市场上出现了很多由于动力电池热失控导致的安全事故，极大妨碍了电动车的推广使用。

“电池是电化学能源储存系统，也是电动车最紧要的组成部分，业界应携手找出热失控真正的原由，以及电池安全事件的发活力理，有针对性地提出一系列处理措施。”他说。

据解析，大量试验研究声明，动力电池热失控有三个特征温度，自生热起始温度T1，热失控引发温度T2、热失控最高温度T3。

其中，T2是引发热失控最为关键的因素，而正极释氧、负极析锂、隔膜崩溃又是引发T2的主要原由。

对此，欧阳明高表示，可以在以下几个方向上入手抑制热失控：依赖BMS测试内短路、改进正极和电解质减少释氧、充电控制减少析锂及控制热扩散。

■五类事故形态中自燃占比最大

在中国汽车技术研究中心有限公司实验研究所副总工程师王芳看来，提升动力电池的安全防护，首先要考量电动车的事故形态，然后制定相应的探测办法和项目，从而达到提升产品安全性的目标。

据解析，研究数据显示，电动车安全事故形态可以分为五类：过充电、碰撞、自燃、浸水及其他。

其中，过充电问题占比21.99％，表现为电芯一致性差、控制策略设计不当、充电桩与电池系统不匹配等；碰撞问题占比16％，表现为正面或后碰撞引发系统X方向变形、侧面碰撞引发系统Y方向变形、车辆托底引发系统底部变形；浸水问题占比3.4％，主要表现为IP防护设计不佳；自燃问题占比最大，为43％，主要表现为电池内短路。

在机械载荷下电池会发生变形，导致内部结构的破坏，这样会导致内部短路，因此导致热失控，最终在一些极端的条件下起火甚至爆炸。

对碰撞导致的安全性问题，北京航空航天大学教授刘冰河及其团队进行了一系列研究，“目前我们完成了从变形到热失控的耦合模型框架，期望建立一个从变形到爆炸的多尺度耦合模型，以模拟机械碰撞后的一系列过程。”

当前，市场对电动车长续驶里程及快充的一些诉求，一方面促使技术快速变革，另一方面也带来一系列挑战。

对此，王芳指出，动力电池系统的能量密度从2015年的90Wh/kg发展到今朝的超过140Wh/kg，其热特性、热稳定性也发生了分明变化。

同时，动力电池材料体系变革也提出了新的课题，要想追求高比能，必然从磷酸铁锂向三元材料发展，其热稳定性因此发生变化，热失控时间提前，释氧量存在差异。

依据对众多事故的调查，它们中的大部分都是车辆累计行驶1万多公里后发生的，这就证明了动力电池性能是一个动态变化的过程，对其在全生命周期内可用、可控及失控的评价是行业需要重点关注的问题。

■行业强化电池安全设计

在车市整体下行，新能源汽车补贴退坡的大环境下，车企进一步强化了对安全性的追求，以加强产品竞争力。

在碰撞安全方面，北汽新能源在电池、PACK、电气功能、模组四大范畴开展工作，为动力电池安全筑起四重屏障。

其中，在电池组设计上，北汽新能源将电池设计成“整车乘员舱”一样安全、不可变形的区域，并在电池周围设计了过渡区及可变形区，在一定程度上可降低发生碰撞时的强度。

北汽新能源工程研究院副院长代康伟解析称，该公司还进行了第二层的PACK级保护，通过采用高强度铝型材料箱体设计，结合拓扑结构优化，确保车辆碰撞时在PACK级的高强度保护。

第三层是电气功能保护，先把BMS、BDU等高压切断装置的电气部件优化，确保整车在碰撞时这些电气系统不会受到过多的损坏，进而保证功能正常。