自燃事件頻發(fā)新能源汽車安全嗎？

安全性一直是新能源汽車關(guān)注的焦點(diǎn)。近期發(fā)生的幾起新能源汽車自燃事件，再次將市場(chǎng)的目光聚焦到了新能源汽車的安全性上。現(xiàn)在市面上的車無(wú)非就是燃油車和新能源車。兩者相比，哪個(gè)更安全，或者哪個(gè)起火概率更低？國(guó)家新能源汽車大數(shù)據(jù)聯(lián)盟發(fā)布的2020年報(bào)告顯示，2019年我國(guó)新能源汽車起火概率為0.0049%，到2020年已降至0.0026%。同時(shí)，對(duì)比公安部門公布的數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)燃油車年火災(zāi)事故率約為0.01%-0.02%。兩者相比，新能源汽車發(fā)生火災(zāi)、自燃事故的概率明顯低于傳統(tǒng)燃油汽車。

不過(guò)數(shù)據(jù)僅供參考。雖然電動(dòng)車起火的概率較低，但是要撲滅電池內(nèi)部的火要困難得多，尤其是電芯內(nèi)部短路起火后，電動(dòng)車起火對(duì)環(huán)境和人的危害遠(yuǎn)高于燃油車。接下來(lái)介紹新能源汽車自燃的原因以及如何做好安全防護(hù)。

一、新能源汽車自燃的原因

前幾年電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程普遍較短，200到300公里的續(xù)航里程無(wú)法滿足人們的出行需求。為了滿足用戶的續(xù)航需求，提升電動(dòng)車的競(jìng)爭(zhēng)力，車企對(duì)電動(dòng)車的能量密度提出了更高的要求，但過(guò)高的能量密度會(huì)帶來(lái)更高的安全防護(hù)壓力。相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，新能源汽車起火原因中，電池故障約占33%。根據(jù)對(duì)事故發(fā)生時(shí)車輛狀態(tài)的進(jìn)一步分析，車輛站立時(shí)起火的比例為38%。充電狀態(tài)下起火比例占23%；在行駛狀態(tài)下占39%，這些火災(zāi)事故主要有四個(gè)因素：

電池生產(chǎn)

電芯的生產(chǎn)工藝復(fù)雜精細(xì)，對(duì)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品一致性要求很高。電芯設(shè)計(jì)和制造的質(zhì)量直接決定了電池的安全性。比如電芯制造質(zhì)量控制不達(dá)標(biāo)，容易導(dǎo)致內(nèi)部遺留毛刺或雜質(zhì)，長(zhǎng)期使用會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部短路，從而導(dǎo)致自燃。如果把電池一致性的問(wèn)題放大，單體電池串并聯(lián)后，會(huì)直接影響電池組的壽命安全。影響電池一致性的因素有很多：原材料、生產(chǎn)工藝、BMS系統(tǒng)甚至出廠檢驗(yàn)。電芯生產(chǎn)是電池安全的基礎(chǔ)。要解決精細(xì)制造和一致性的問(wèn)題，要在制造上多下功夫。

機(jī)械濫用

就電動(dòng)汽車而言，機(jī)械濫用是極端情況下車輛的碰撞和嚴(yán)重觸底，會(huì)導(dǎo)致電池被碰撞、擠壓、撕裂甚至刺破，使電池發(fā)熱失控，引發(fā)火災(zāi)。因碰撞引發(fā)的電動(dòng)車起火事件屢見(jiàn)不鮮。

濫用電力

用電濫用主要是過(guò)充、電池短路、電池老化造成的。過(guò)充最大的危害是鋰從電池負(fù)極析出產(chǎn)生鋰枝晶，鋰枝晶會(huì)隨著鋰離子電池的循環(huán)而生長(zhǎng)，最終穿透隔膜，造成正負(fù)極短路。電池短路后會(huì)發(fā)生事故。導(dǎo)致鋰從負(fù)極析出的因素有很多：正負(fù)極冗余設(shè)計(jì)不足、低溫充電電流過(guò)大、快速充電不當(dāng)?shù)取?p>外環(huán)境

電動(dòng)汽車的電池組在正常情況下也會(huì)產(chǎn)生熱量。在化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程中，不同工況下電池組的發(fā)熱程度也不同。尤其是夏天，如果電池組本身的散熱系統(tǒng)不給力或者電池管理系統(tǒng)的溫度監(jiān)控不到位，再加上內(nèi)部缺陷或者其他誘因，很容易引發(fā)火災(zāi)。

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電池的本質(zhì)安全可以看作是材料體系的競(jìng)爭(zhēng)。磷酸亞鐵鋰和三元鋰是新能源汽車?yán)@不過(guò)去的兩種電池。磷酸亞鐵鋰原料資源豐富，成本低廉，但與同類型三元鋰電池相比，存在能量密度低、續(xù)航能力差、低溫活性差的缺點(diǎn)。但最重要的是安全性相對(duì)較好。其正極材料為橄欖石結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性遠(yuǎn)強(qiáng)于層狀鋰三元，導(dǎo)致磷酸亞鐵鋰的熱分解溫度高于鋰三元，熱分解時(shí)釋放的熱量小。

三元鋰電池的優(yōu)點(diǎn)是能量密度高，充電快，低溫衰減低，但是熱失控的安全問(wèn)題比較高，通過(guò)BMS電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和硬件層面可以很好的保護(hù)。此外，通常采用包覆摻雜技術(shù)來(lái)提高電池的熱穩(wěn)定性，可以在電解液中加入新的添加劑，實(shí)現(xiàn)SEI膜的自修復(fù)，從而提高電池壽命，降低內(nèi)部短路的風(fēng)險(xiǎn)。

主動(dòng)和被動(dòng)安全

其實(shí)對(duì)于動(dòng)力電池組來(lái)說(shuō)，電池的一些性能不足可以通過(guò)電池組的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)件的輔助來(lái)滿足動(dòng)力電池組的安全要求，比如主被動(dòng)安全。

(1)主動(dòng)安全

主動(dòng)安全主要包括機(jī)械濫用保護(hù)、BMS電池管理系統(tǒng)和熱失控預(yù)警。

機(jī)械保護(hù)的濫用就不難理解了。在結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)上要求電池組在高速碰撞、擠壓甚至擊穿后仍能保持結(jié)構(gòu)安全強(qiáng)度，以避免因外部機(jī)械濫用導(dǎo)致電芯熱失控。傳統(tǒng)燃油車的車身結(jié)構(gòu)可以用來(lái)吸收碰撞動(dòng)能，但是電動(dòng)車的車架必須保護(hù)電池，尤其是電池組車架，這就是為什么純電動(dòng)車的車架需要更高的剛性，也是油改電不受人們歡迎的原因。電池管理系統(tǒng)(BMS)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電芯狀態(tài)，并給出最合理的充放電策略，及時(shí)釋放電池組中積累的熱量，保證電池不會(huì)過(guò)充、過(guò)放、超溫、過(guò)流、過(guò)流。熱失控報(bào)警的目的是在發(fā)生熱失控時(shí)，及時(shí)向車內(nèi)乘員發(fā)出警報(bào)，以便盡快撤離。

(2)被動(dòng)安全

被動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)的目的是及時(shí)抑制火焰，控制溫度，延緩其他電池?zé)崾Э氐穆?，降低能量釋放的量和速度，保護(hù)乘員艙的安全。常用的方法有熱源阻斷、排氣換向、定向排爆和冷卻，最后用BMS電池管理系統(tǒng)完成電池組的內(nèi)部全方位保護(hù)。