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

電動汽車為什么會著火?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制和應(yīng)對,筆者認(rèn)為電動汽車自燃頻發(fā),原因不是技術(shù)水平達不到,而是涉事動力電池企業(yè)和電動車企,不重視安全,為了降低成本,對電芯品控不嚴(yán)、BMS設(shè)計要求太低、沒有對動力電池包足夠的安全設(shè)計保護等,以致火光之災(zāi)。

板子光打動力電池企業(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?

電動汽車著火原因分析

筆者拆解的這三輛電動汽車發(fā)生自燃時,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。

充電起火的電動汽車,從檢測數(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(推測是設(shè)計問題),并未達到密封的預(yù)期效果。電池包底部,有明顯的三處電弧擊穿。此車發(fā)生事故的地點在深圳,之前正逢大雨,與現(xiàn)場的判斷是吻合的。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,司機發(fā)現(xiàn)異常,靠邊停車,隨后發(fā)生了自燃。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℃,隨后通訊中斷。經(jīng)過現(xiàn)場拆解,初步判斷是個別電芯發(fā)生了爆燃,導(dǎo)致主動力線過熱,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(tǒng))通訊“握手”,以控制充電條件。也就是說,BMS會對電池的狀態(tài)進行判斷,從而給出一個合理的充電方案?？墒?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實現(xiàn)的。

首先從電芯說起。每一個電芯,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,都會對電池的“體質(zhì)”進行分組,以減小單體之間的差異,但是電池的“體質(zhì)”和人一樣,會隨使用時間,出現(xiàn)變化。質(zhì)量好的電芯,“體質(zhì)”差異相對小,要做到這一點,選用材料一致性要好,生產(chǎn)過程自動化水平要高,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(fā)生過熱著火。

但電芯永遠(yuǎn)不可能完全一致,此時需要BMS介入,負(fù)責(zé)電池的管理策略。首先,我個人認(rèn)為,每一種電池,都有不同的特性。BMS都應(yīng)該為之單獨開發(fā)管理策略,而非通用設(shè)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(jiān)測來實現(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對電池的判斷則會越準(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,三個環(huán)節(jié)配合不好,自燃就有可能發(fā)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(fā)生故障需要重啟的場景,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,后果都比手機故障嚴(yán)重的多。當(dāng)這種情況發(fā)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(dāng)系統(tǒng)中存在“應(yīng)急裝置”時,系統(tǒng)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(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,為什么會燃燒呢?

最近對幾個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間行駛的經(jīng)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(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)汽車停駛的時候,汽車熄火,散熱系統(tǒng)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(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)時叫電子扇)還會繼續(xù)呼呼地轉(zhuǎn)一會。早年的渦輪增壓發(fā)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(shù)。但是確實要實打?qū)嵉脑黾右恍┏杀?也可能會犧牲一些能量密度。

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?zé)崾Э?而導(dǎo)致燃燒事故。

解決方案也不難,就是對電池包做隔熱設(shè)計,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(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,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,特斯拉因為撞上了隔離欄,發(fā)生了燃燒。

5月份,在美國,特斯拉因為碰撞,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定義了。

對于新技術(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)計上考慮,在出現(xiàn)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(yù)警,并給予司機乘客足夠的逃生時間。

安全永遠(yuǎn)是相對的,提高成本簡單,關(guān)鍵是市場認(rèn)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(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,無疑對電芯的品質(zhì)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(zhì),從源頭上降低風(fēng)險,這個錢該花。

第二,安全的Pack設(shè)計。一些廠家的所謂Pack設(shè)計,其實是Pack布置。有什么區(qū)別呢?舉個例子,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“合理”的地方,裝上。而Pack設(shè)計的做法,是在結(jié)構(gòu)上結(jié)合散熱系統(tǒng),風(fēng)道設(shè)計,預(yù)先設(shè)置好溫度監(jiān)測點,再進一步仿真、實驗,最終確認(rèn)。

第三,余量設(shè)計。顧名思義,在設(shè)計中,留有設(shè)計余量是必要的。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,對于熱管理的要求,也越來越高。能量密度的提高,更會引發(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間。尤其是三排座位的商務(wù)車或SUV,以及電動大巴。因此,對于故障,早預(yù)警;在系統(tǒng)中,起碼要有延緩火勢的設(shè)計,最大限度延長逃生時間。

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(fēng)口等等。對于事故處置不當(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算。有這樣一個故事:福特汽車生產(chǎn)的一款汽車,它的設(shè)計安全隱患,但是如果增加16塊錢成本,安全系數(shù)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(chǎn)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(guān)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(guān)性。根據(jù)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(tǒng)。

但是,顯然動力電池企業(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,計算了投入產(chǎn)出。如此,我們在呼吁動力電池、新能源汽車企業(yè)自身反省、改正的同時,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,尤其對于造成人身傷害事故的的責(zé)任企業(yè),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(chǎn)業(yè)的前景和成果都可能毀于一旦。