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

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

1个月前,国家市场监管总局质量发展局发布通知,要求生产者在获知其生产、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。

随着电动汽车的推广和普及,车辆自燃事件不断引发行业对安全问题的冷思考。从技术和产品的角度出发,如何避免电动汽车起火、更好地保证车辆安全,成为摆在全体从业者面前的重要考题。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,安全是电动汽车的重中之重,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,对于电动汽车来说,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生机理与抑制方法至关重要。

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的原因是电池包设计缺陷,可能引起热失控和起火。

清华大学教授何向明指出,从2015年到现在,市场上出现了很多由于动力电池热失控导致的安全事故,极大阻碍了电动汽车的推广应用。“电池是电化学能源储存系统,也是电动汽车最重要的组成部分,业界应携手找出热失控真正的原因,以及电池安全事件的发生机理,有针对性地提出一系列解决措施。”他说。

据介绍,大量实验研究表明,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的主要原因。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:依靠BMS检测内短路、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试验研究所副总工程师王芳看来,提升动力电池的安全防护,首先要考量电动汽车的事故形态,然后制定相应的测试方法和项目,从而达到提升产品安全性的目标。据介绍,研究数据显示,电动汽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,期待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,市场对电动汽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发展到现在的超过140Wh/kg,其热特性、热稳定性也发生了明显变化。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。根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,以增强产品竞争力。

在碰撞安全方面,北汽新能源在电池、PACK、电气功能、模组四大领域开展工作,为动力电池安全筑起四重屏障。其中,在电池包设计上,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介绍称,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;同时,他们还将相关的碰撞信号及异常监测信号引入系统中,确保电气在异常情况时主动切断高压装置,确保乘客安全。据悉,北汽新能源近期在中国汽车技术研究中心有限公司顺利完成了三车联合碰撞试验,实现电气安全功能正常且不着火、不爆炸。

同样的设计理念也体现在一汽新能源汽车上。一汽集团新能源开发院院长王德平表示,对电池进行特别防护设计,可以保证车辆在低速碰撞和托底时其不变形。此外,一汽还构建了双路高压断电系统,在车辆发生高速碰撞时,在1毫秒内进行断电处理,确保系统安全。

蔚来汽车采取全天候实时监测保障电池安全。“所有的大数据都进入到云端,云端可以进行自动分析,如果发现任何的异常就会预警。我们将审议,或者开展召回,或者为客户更换电池。”蔚来汽车副总裁黄晨东介绍说,即便汽车在休眠过程中,蔚来的电池安全监测和预警系统仍处在工作状态。在未来的设计优化中,蔚来汽车还将采取模组绝缘防火墙等措施阻止热传递,并在电池组中加入相应的烟道设计杜绝二次损失,相应的灭火装置也将被设计到系统中。

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