2018年,電動(dòng)汽車全是有點(diǎn)“火”。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),2018年上半年,電動(dòng)汽車發(fā)生過10起燃燒事故。

電動(dòng)汽車為什么會(huì)著火?車企現(xiàn)有技術(shù)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(duì)三輛發(fā)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?zé)崾Э氐臋C(jī)制和應(yīng)對(duì),筆者認(rèn)為電動(dòng)汽車自燃頻發(fā),原因不是技術(shù)水平達(dá)不到,而是涉事動(dòng)力電池企業(yè)和電動(dòng)車企,不重視安全,為了降低成本,對(duì)電芯品控不嚴(yán)、BMS設(shè)計(jì)要求太低、沒有對(duì)動(dòng)力電池包足夠的安全設(shè)計(jì)保護(hù)等,以致火光之災(zāi)。

板子光打動(dòng)力電池企業(yè)和新能源汽車企業(yè)也不行。主管部門在準(zhǔn)入環(huán)節(jié)門檻諸多,現(xiàn)在眼見這么多事故,還不出手?

電動(dòng)汽車著火原因分析

筆者拆解的這三輛電動(dòng)汽車發(fā)生自燃時(shí),一輛在充電;一輛處于停駛狀態(tài);還一輛行駛過程中發(fā)現(xiàn)異常,停駛后起火。

充電起火的電動(dòng)汽車,從檢測(cè)數(shù)據(jù)看,起火前,電池在充電過程中,出現(xiàn)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(nèi)迅速上升至45℃閾值,充電停止。此時(shí)電池靜態(tài)壓差已經(jīng)超過500mV,隨后通訊中斷,發(fā)生了自燃。

第二輛車,從現(xiàn)場(chǎng)拆解情況看,內(nèi)部有涉水的痕跡。電池包的密封條嚴(yán)重變形(推測(cè)是設(shè)計(jì)問題),并未達(dá)到密封的預(yù)期效果。電池包底部,有明顯的三處電弧擊穿。此車發(fā)生事故的地點(diǎn)在深圳,之前正逢大雨,與現(xiàn)場(chǎng)的判斷是吻合的。即密封失效,造成車輛涉水短路引發(fā)的自燃。

第三輛車,最早在行駛過程中,司機(jī)發(fā)現(xiàn)異常,靠邊停車,隨后發(fā)生了自燃。從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)看,電池包內(nèi)部溫度在20秒內(nèi),從34℃上升至113℃,隨后通訊中斷。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)拆解,初步判斷是個(gè)別電芯發(fā)生了爆燃,導(dǎo)致主動(dòng)力線過熱,絕緣皮損壞,與電池殼體和內(nèi)部固定支架搭接,發(fā)生短路。

另外,根據(jù)某消防單位總結(jié),新能源汽車發(fā)生燃燒主要有以下四種場(chǎng)景:

1.充電過程中燃燒

2.電池行駛或放置過程中引發(fā)的燃燒

3.碰撞翻車引發(fā)的燃燒

4.涉水引發(fā)的燃燒

這四種場(chǎng)景中,充電過程中的燃燒是最為常見的。

電動(dòng)汽車的充電過程中,充電樁會(huì)和電動(dòng)汽車的BMS(電池管理系統(tǒng))通訊“握手”,以控制充電條件。也就是說,BMS會(huì)對(duì)電池的狀態(tài)進(jìn)行判斷,從而給出一個(gè)合理的充電方案。可是,問題來了,BMS是怎么知道電池的狀態(tài)呢?是通過不同的傳感器反饋信號(hào)實(shí)現(xiàn)的。

首先從電芯說起。每一個(gè)電芯,都有不同的“體質(zhì)”。具體表現(xiàn)在如內(nèi)阻、自放電率、衰減率、極化等專業(yè)參數(shù)上。雖然,專業(yè)的技術(shù)人員,都會(huì)對(duì)電池的“體質(zhì)”進(jìn)行分組,以減小單體之間的差異,但是電池的“體質(zhì)”和人一樣,會(huì)隨使用時(shí)間,出現(xiàn)變化。質(zhì)量好的電芯,“體質(zhì)”差異相對(duì)小,要做到這一點(diǎn),選用材料一致性要好,生產(chǎn)過程自動(dòng)化水平要高,品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要高,由此成本也高。反之,質(zhì)量差的電芯,成本低,個(gè)體差異大,就有很大的安全隱患。比如在充電過程中,個(gè)別電芯發(fā)生過熱著火。

但電芯永遠(yuǎn)不可能完全一致,此時(shí)需要BMS介入,負(fù)責(zé)電池的管理策略。首先,我個(gè)人認(rèn)為,每一種電池,都有不同的特性。BMS都應(yīng)該為之單獨(dú)開發(fā)管理策略,而非通用設(shè)計(jì)。

BMS對(duì)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(jiān)測(cè)來實(shí)現(xiàn)。也就是說,傳感器越多,傳感器的精度越高,反饋的數(shù)據(jù)越全面,BMS對(duì)電池的判斷則會(huì)越準(zhǔn)確。但是,相應(yīng)的,成本也就越高。

充電過程中,電芯、BMS、傳感器,三個(gè)環(huán)節(jié)配合不好,自燃就有可能發(fā)生。

如果BMS失效了會(huì)怎么辦?試想我們的智能手機(jī)極小概率發(fā)生故障需要重啟的場(chǎng)景,我相信任何電子設(shè)備,都有一定的故障幾率。而如果BMS發(fā)生故障,甚至是短暫的死機(jī),后果都比手機(jī)故障嚴(yán)重的多。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)怎么辦,有沒有第二套可以備用的電池管理方案?我相信當(dāng)系統(tǒng)中存在“應(yīng)急裝置”時(shí),系統(tǒng)勢(shì)必會(huì)更加安全,但是也同時(shí)會(huì)增加成本。

除了充電場(chǎng)景外,電池在行駛或停駛過程中也會(huì)產(chǎn)生燃燒。行駛中,是電池的放電過程,在工作過程中,電池出現(xiàn)問題,容易理解,但是在停駛過程中,為什么會(huì)燃燒呢?

最近對(duì)幾個(gè)停駛新能源車案例中研究發(fā)現(xiàn),新能源車在停駛前,都有過重載或較長時(shí)間行駛的經(jīng)歷。而停駛過程中的自燃,其實(shí)是后遺癥,而這種后遺癥是怎么引發(fā)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(tài)。但當(dāng)汽車停駛的時(shí)候,汽車熄火,散熱系統(tǒng)也停止工作。而此時(shí)電池的熱量也許并未完全散去,熱量在局部集聚,從而導(dǎo)致高溫引發(fā)燃燒。

解決方案很簡單,在汽車停駛后,散熱系統(tǒng)應(yīng)該繼續(xù)工作(這要求有主動(dòng)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(dāng)時(shí)叫電子扇)還會(huì)繼續(xù)呼呼地轉(zhuǎn)一會(huì)。早年的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)也有類似的要求,停駛后不能立即熄火停車。對(duì)于新能源汽車而言,這并不是什么有難度的技術(shù)。但是確實(shí)要實(shí)打?qū)嵉脑黾右恍┏杀?也可能會(huì)犧牲一些能量密度。

原因二:環(huán)境溫度影響。環(huán)境中的溫度,大多來自地面對(duì)熱量的反射。那么地面溫度,到底能有多少度?根據(jù)天津市氣象局的數(shù)據(jù),夏季地面最高溫度達(dá)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(shí)間停車,都可能造車電池?zé)崾Э?而導(dǎo)致燃燒事故。

解決方案也不難,就是對(duì)電池包做隔熱設(shè)計(jì),比如在電池包內(nèi)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(huì)帶來三個(gè)問題:第一,成本增加;第二,自然冷卻性能下降,需要主動(dòng)散熱系統(tǒng);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(fā)射信號(hào),行車電腦,遙控鎖這一些列的功能。如果低壓電發(fā)生故障,也有可能出現(xiàn)安全隱患。

除了電芯,BMS,Pack設(shè)計(jì)以外,其余的小環(huán)節(jié)也不能忽視。比如IP67防水,比如線束的質(zhì)量和布置。

以上對(duì)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(xiàn)事故的案例。眾所周知,特斯拉則是有錢人的“玩具”,成本投入應(yīng)該不是問題。2018年上半年,網(wǎng)上查到特斯拉一共發(fā)生了三起事故:

1月份,在重慶,特斯拉在沒充電,也未發(fā)生碰撞的情況下,發(fā)生了燃燒。

3月份,在美國,特斯拉因?yàn)樽采狭烁綦x欄,發(fā)生了燃燒。

5月份,在美國,特斯拉因?yàn)榕鲎?又一次發(fā)生了自燃。

可見特斯拉也并未做到100%的安全。

我想在這,應(yīng)該給安全重新下一個(gè)定義了。

對(duì)于新技術(shù),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(shè)計(jì)上考慮,在出現(xiàn)事故時(shí),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(shí)間。

因此,所謂新能源汽車的安全,是對(duì)車上司乘人員的100%的安全保證。要提前預(yù)警,并給予司機(jī)乘客足夠的逃生時(shí)間。

安全永遠(yuǎn)是相對(duì)的,提高成本簡單,關(guān)鍵是市場(chǎng)認(rèn)可,客戶愿意買單。誰也不會(huì)愿意買一輛時(shí)速十公里的坦克出行,雖然應(yīng)該很安全。但是我覺得為了減少事故的發(fā)生,一些成本還是要花的:

第一,優(yōu)質(zhì)的電芯。能量密度越來越高,無疑對(duì)電芯的品質(zhì)要求也越來越高。三元時(shí)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(zhì),從源頭上降低風(fēng)險(xiǎn),這個(gè)錢該花。

第二,安全的Pack設(shè)計(jì)。一些廠家的所謂Pack設(shè)計(jì),其實(shí)是Pack布置。有什么區(qū)別呢?舉個(gè)例子,Pack的溫度傳感器應(yīng)該放在哪?Pack布置的做法是把電池模組安裝好,在找個(gè)“合理”的地方,裝上。而Pack設(shè)計(jì)的做法,是在結(jié)構(gòu)上結(jié)合散熱系統(tǒng),風(fēng)道設(shè)計(jì),預(yù)先設(shè)置好溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn),再進(jìn)一步仿真、實(shí)驗(yàn),最終確認(rèn)。

第三,余量設(shè)計(jì)。顧名思義,在設(shè)計(jì)中,留有設(shè)計(jì)余量是必要的。比如前文說的,如果BMS發(fā)生故障,有沒有一套備用的系統(tǒng)可以暫時(shí)保證系統(tǒng)的安全。這套備用系統(tǒng)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(tǒng)。熱管理系統(tǒng),如果說是新能源汽車的安全命脈,應(yīng)該不為過。電池的能量密度越來越高,對(duì)于熱管理的要求,也越來越高。能量密度的提高,更會(huì)引發(fā)充電速度的提升,我認(rèn)為起碼一套水冷系統(tǒng)是必要的。

第五,故障逃生系統(tǒng)。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(shí)間。尤其是三排座位的商務(wù)車或SUV,以及電動(dòng)大巴。因此,對(duì)于故障,早預(yù)警;在系統(tǒng)中,起碼要有延緩火勢(shì)的設(shè)計(jì),最大限度延長逃生時(shí)間。

第六,安全培訓(xùn)。簡單說,就是告訴新能源汽車車主,如果發(fā)生事故,應(yīng)該如何處理。比如要放棄財(cái)物,第一時(shí)間逃生,要和事故車輛保持的安全距離,要站在上風(fēng)口等等。對(duì)于事故處置不當(dāng),也是造成人身傷害的重要原因。

第七,嚴(yán)懲責(zé)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(jì)算。有這樣一個(gè)故事:福特汽車生產(chǎn)的一款汽車,它的設(shè)計(jì)安全隱患,但是如果增加16塊錢成本,安全系數(shù)機(jī)會(huì)提高很多。福特公司知道這個(gè)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(duì)意外的賠償,所以他們選擇了賠償。從這個(gè)角度理解,賠償實(shí)際上是對(duì)產(chǎn)品成本控制的買單,所以把錢花在哪,估計(jì)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(huì)像新能源汽車一樣,有這么大的關(guān)注度。近期新能源汽車著火事件增多,和補(bǔ)貼政策提高能量密度要求,有直接相關(guān)性。根據(jù)相對(duì)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(tǒng)。

但是,顯然動(dòng)力電池企業(yè)、新能源車企并沒有這么做。他們?nèi)缤?6塊錢擋板的福特一樣,計(jì)算了投入產(chǎn)出。如此,我們?cè)诤粲鮿?dòng)力電池、新能源汽車企業(yè)自身反省、改正的同時(shí),更要呼吁主管部門,嚴(yán)懲粗制濫造導(dǎo)致的起火事件責(zé)任方,尤其對(duì)于造成人身傷害事故的的責(zé)任企業(yè),取消其補(bǔ)貼資格乃至公告,逐出新能源汽車市場(chǎng)。否則,整個(gè)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的前景和成果都可能毀于一旦。