新能源汽车作为国家的战略性新兴产业,在从中央到地方政策的大力支持下历经数年高速发展,作为车辆“心脏”的动力电池的能量密度更是一年一个台阶快速迭代,向“高”挺进。起火事件的频发加上补贴政策的逐步退出,将为当前节奏不符合规律的“高能之路”按下休止键,并加速推动下一代动力电池

电动汽车起火事件频发 根源问题没有我们看到的那么简单

自去年特别是今年上半年以来,近60 起(不完全统计)新能源汽车起火事故引发业内外广泛关注。

这些是否会严重影响消费者的购买信心?记者在近期对多名准车主的走访或电话网络调查中得到了有些出乎意料的反应。“是吗?这车还能自已着了呢?”少部分消费者对此一脸懵圈。更多则将其看做偶然的极端事件,“不至于摊到我头上”,“燃油车公交车也有起火的,难道还不开车坐车了吗?”仅有少部分表示“再看看情况”,“着过火的(品牌)就不买了”或者“会小心使用的”。记者与几家新能源汽车经销商的聊天中得到了类似的反应,“没有太影响卖车,很多人来了并不问起火的事,他们更多关心性价比甚至是以后的残值。”一名来自南方某省会城市的特斯拉体验店的工作人员甚至表示:如果国内消费者如此在意这件事,特斯拉恐怕根本进不来。由此对产业而言有一个好消息,还有一个坏消息。好消息是虽然近年来国内汽车消费者的安全意识在不断提升,但仍与欧美等国有不少的差距。加上在态度上对新事物的包容性更高,这就给产业和企业的改进、完善留下了余地。坏消息则是时间已经不多了,如不及时解决,对新产业新事物的伤害是不可想像的。 

新能源汽车作为国家的战略性新兴产业,在从中央到地方政策的大力支持下历经数年高速发展,作为车辆“心脏”的动力电池的能量密度更是一年一个台阶快速迭代,向“高”挺进。起火事件的频发加上补贴政策的逐步退出,将为当前节奏不符合规律的“高能之路”按下休止键,并加速推动下一代动力电池的研发应用。从新能源汽车到动力电池行业正重新审视当前的技术路线,例如曾经几乎完全退出纯电动乘用车领域的磷酸铁锂电池,其低成本、更安全的优点正被重新评估,搭载电池更少的插电式及增程式车型的市场份额正逐步上升,诸如此类的变化或将改写现有的市场竞争格局,未来的产品将更加多元化。另外值得注意的是,2019年补贴政策对动力电池能量密度没有再提出新的更高要求。

对整个产业而言,这一波着火事件充分暴露出相关企业从设计到生产制造乃至后期监控的诸多缺陷,包括在产品策略及战略定力方面的各种问题。政府监管和产业政策制定也遭到拷问和考验。追根溯源、对症改进固然是积极的应对之道,但更大的意义在于促使各方深入反思:如何为新兴产业设置合理的评价标准体系?如何促进其健康快速发展?

本期我们聚焦新能源汽车特别是动力电池的安全问题,通过汇总近期的相关事件及企业人士、行业专家的观点,试图为以下问题寻找答案:新能源汽车起火的原因有哪些?近两年又因何成为事故的高发期?这将给产业带来哪些影响?行业应对思路与技术手段有哪些?这场事涉安全的灵魂拷问将给新兴产业的发展带来哪些教训与启示?

在国内飞速发展数年的电动汽车产业正面临一场前所未有安全挑战。近两年特别是近数月来,多起电动汽车起火事故被曝出,密集时的记录高达20天11起,在一定程度上甚至影响到市场对新能源汽车的消费信心。是什么原因引发了电动汽车起火?又是什么原因导致了起火频发?

直接原因:诱因复杂的热失控

“随着新能源汽车的保有量不断提升,安全问题正逐步凸显,形势也越来越严峻。”交通部运输服务司副司长蔡团结透露,据交通部统计,截至今年6月底,全国共发生涉及新能源汽车安全事故19起,原因大多与产品质量以及气候有关。

事实上自去年以来,国内新能源汽车再次进入一轮起火高发期,根据国家市场监督管理总局的数据,2018年国内至少发生了40起涉及新能源汽车火灾的事故。来自其他口径的数据则远比这些严峻。

这些起火都是在什么情况下发生的?据了解,从今年上半年的情况看,有29%发生于充电时,有19%处于行驶状态,还有19%是在停放时发生的。

是什么原因导致了电动汽车起火?数据显示,过去8年中,国内新能源车着火事件中与动力电池相关案例为92例,占比高达86%,直指电动汽车上化学性质最活跃的锂离子动力电池。资料显示,锂离子电池主要由正极、铝箔、负极、铜箔、隔膜和电解液组成,电解液中通常含有大量自带燃爆属性的有机物。有专家将锂电池比作一个小屋子,里面关着“火药桶”、“助燃剂”和“打火机”,三者之间只用一层“保鲜膜”隔开。

但往往事故的发生也非电池本身的原因,如果从整个车辆设计角度看,其他总成及部件的缺陷最终也可导致起火。由于电动车起火可能与电器线路、机械干涉和外部火源等因素相关,且部分证据会在燃烧过程中消失或发生变化,这种调查非常困难,原因分析也异常复杂。但目前业内的普遍观点是,至少从表象看,电池过热引起热失控是导致起火的主要原因。而引发热失控的因素也较为复杂。

“电池包温度不均匀、过充过放、外短路、内短路等都会引发过热,另外电池进水、密封不好、碰撞等也会引发过热。”中国科学院院士、中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高从技术角度分析指出,热失控包括诱因、发生和蔓延三个过程,诱因主要有两个,一是过充、快充、老化电池、低温充电等导致的析锂,二是各种原因导致的内短路。

首先,近期发生的充电事故的分析表明,主要是不当快速充电或过充引发电池析锂,导致热失控温度大幅度下降,从219℃下降到107℃,并与电解液剧烈反应,导致电池在107℃发生热失控。通过实验表征发现,在快充的时候能够明显看出析锂的产生,引起动力电池热稳定性变差,以及迅速衰减。欧阳明高认为,问题主要在于当前新能源汽车行业过分追求快充,但充电算法过于简单,因此难以保证安全。

其次,内短路是电池热失控的共性环节,各种各样的原因都可能产生不同类型的内短路,包括机械变形、挤压、撕裂,隔膜破裂、过充过放、极端过热等。而更危险的一种内短路是自引发内短路,如波音787的事故,是在制造过程中引入的杂质和颗粒,在长期运行之后累积演变发生的。这种问题解决的难点在于,枝晶生长是可以模拟的,而内短路较难进行实验再现,需要发展各种各样的替代实验方法。

另一个需要注意的问题是,近两年来动力电池产业迅速发展,其正极材料已经从早期的LFP,发展到NCM111、NCM523、NCM622,再到现在的NCM811,由此带来的重要变化是正极材料的释氧温度在逐步降低。此外,隔膜材料也发生了很多变化,从PE、PP、PE+Ceramic到PET材料,其耐热温度已经很高,可以达到300℃;而随着这两种技术的变化,热失控的机理也在发生变化。欧阳明高指出,早期电池大多由于隔膜崩溃引发大规模内短路导致热失控,但目前使用的耐高温隔膜配811正极动力电池,正极材料释氧变成了引发热失控的主因。实验结果表明,在没有内短路的情况下,把隔膜完全去掉,电解液抽干依然会发生热失控。当把正负极粉末混合进行测试,会出现剧烈的放热峰值。通过进一步的分析发现,充电态正极材料在250℃左右开始出现相变,并释放活性氧,产生的氧气与负极发生反应,放热量急剧增加,因此在新电池体系中,正负极氧化还原反应产生大量热量是导致热失控的直接原因,而不仅仅是传统电池体系中隔膜崩溃导致内短路引发热失控。

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