电动车自燃人心惶惶 自燃原因扑朔迷离 但《真相》只有一个!

刘昱昕 车评人
浏览 · 2019-11-29 00:00

高能量密度电池背锅?

    事实上,如何在高能量密度和提高安全性之间取得平衡,一直是行业关心的话题和亟待解决的难题。有数据显示,自燃事故中大部分事故车辆搭载的三元锂电池主要为523体系,未来随着811(正极材料用80%的镍、10%的钴和10%的锰)高镍体系动力电池的应用,或将带来更大风险。

    判断依据在于,相对而言,811高镍材料在能量密度上具有一定优势,但其在材料稳定性、循环寿命等方面并不具优势。

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    不仅如此,关于锂离子动力电池的安全性问题,王子冬补充道,锂离子动力电池(尤其是如今大规模采用的811三元锂电池)电芯材料的化学性质比较活跃,对于温度非常敏感,简而言之,就是怕热、怕冷,也怕“深放”。

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    首先,如今普遍采用的高能量密度的三元锂电池电芯内的电解液属于易燃物,在高温条件下,三元材料会析出氧气,这就意味着即便将三元锂电池放置在一个完全隔绝氧气的真空环境中,一旦出现异常高温,电池仍然可能会自燃,而且靠目前的技术手段(与氧气隔绝)很难将其扑灭,只能任其“自生自灭”。

    其次,在低温环境下,电芯内部的锂离子会析出成为金属态,一方面导致电芯容量减少,另一方面析出的金属态锂会聚集镀在电芯负极表面形成锂枝晶。一旦枝晶刺破隔膜连接电芯的正负极,就会导致短路产生危险。

    而以三元材料作为正极材料的动力电池,如果长时间放置,没有充放电的话,电池自身的容量也会受到影响。这是因为三元材料属于人工合成的化学物质,它自身的化学键并不稳固,如果长时间放置,自身就会发生一定的化学反应,导致容量下降。

热失控的诱因与过程

    之前有不少报道说纯电动汽车自燃是由于动力电池组发生了热失控导致的,但是在这里需要明确的是,热失控是动力电池组产生问题的现象,而并非是问题的真正原因。我们所说的热失控是电芯内部产生了不可控制的温度升高,但是电芯内部如何发生的温度升高?什么时间发生的?目前我们还没有完全摸透它的规律。

    这一方面是由于纯电动汽车自燃是偶发性的,且之后“案发现场”往往损毁严重;另一方面,动力电池的自燃无法通过技术手段进行“复盘”。加之目前我们对于锂离子电池的化学性质尚缺乏科学系统的研究和认知,因此目前发生的很多纯电动汽车自燃事故,最后的调查结果往往难以令人满意。

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    从已知的引发热失控的原因来看,大体可以分为外部原因和内部原因。外部原因如底盘的撞击、挤压、浸水等都是比较常见的;内部原因如电池的过充、过放,电池老化、枝晶等现象,也被认为是今年多起自燃事件的“元凶”。

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对于热失控的过程,我们可以分三个阶段来看:

    第一阶段是热积累的阶段,在这个阶段,电芯的内部因为上述的各种原因异常发热,导致电芯内部的SEI膜、隔膜分解,而随着SEI膜、隔膜的分解,电芯内部则会加速升温过程。如果能在这个阶段及时发现异常,无论是对于避免热失控还是人员逃生来说,都是一个最好的时机。

    第二阶段是热失控阶段,随着电芯内温度不断升高,最终导致了大规模的短路,电芯内的电解液开始燃烧,导致单体电芯完全燃烧。而电芯在电池包内是紧密排布的,一旦一节电芯失控燃烧,则会迅速引燃其它电芯。至此,电池的燃烧基本就进入了不可逆的热失控状态。

    第三阶段往往就是我们在一些电动车自燃事故视频中看到的场景了。大量电芯被引燃,电池包为防止爆炸开始泄压,大量气体从车辆底部喷出,有时还会伴随着火焰。大火会持续燃烧,直至整个电池组、车辆燃烧殆尽。

电池管理系统失职?

    也有人在质疑是否是由于电池组的BMS(电池管理系统)的“失职”,没有及时监控到电池组的问题并采取措施,导致了问题的发生?就此观点,王子冬说到,BMS监测的是“外部的敌人”,对于电芯内部发生的问题很难做到提前发现。

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    我们知道,BMS可以监测整个电池组,包括电芯的电压、电流,以及部分电芯的温度,防止过充或过放,确保电池组的健康运转。然而对于隐藏在电芯内部的健康问题,BMS却有些力不从心。并且一旦外部检测到电芯的温度异常,很有可能内部已经发生了“热失控”,届时即便切断整个电池组的电源也无济于事。

充电可能是诱因

    虽然从数据来看,充电状态下燃烧比例最少,电池原因最多。但王子冬指出,目前已经发生的纯电动汽车自燃的事故中,有一半以上的车型都是刚充完电不久,或者正在充电,充电过程很有可能是导致纯电动汽车自燃的一个诱因。

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    对此,充电桩运营商星星充电有不同的看法。星星充电集团运维总经理李宏庆表示,根据清华大学汽车工程系欧阳明高教授2018年公开的意见,充电过程中自燃的原因主要是电池产品测试验证不足;车辆使用过程中可靠性恶化;充电安全管理技术水平低下;电池系统热蔓延抑制技术水平有限等原因。

    李宏庆认为,充电过程中的电流是桩端根据车端需求综合判断后输出的,国标要求以及企业设备实施上都对桩端电流的输出有多重控制机制,可以确保输出电流小于等于车端需求电流。

    不过,并不是所有的充电桩企都可以这么自信。据央视新闻报道,近日,广东产品质量监督检验研究院首次公布了电动汽车充电桩产品风险监测结果。结果显示,70%的检测样品都存在安全隐患。这次风险监测共采集9家生产企业的10批次电动汽车充电桩产品,其中7批次不符合国标要求。风险监测发现,样品中共出现四个检测项目不符合国标要求,甚至有1批次样品3个检测项目项均不符合国标。

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    不合格的原因也是“五花八门”,包括充电桩输出电压普遍过高,远远超出家用220V电压,不具备专业电工常识的人操作会有触电风险;70%的样品不符合防触电国标,主要问题包括金属材料不接地、发生故障没有警示等;充电枪电子锁没有可靠锁紧,枪头会带电,使用者在插、拔时易发生危险;充电桩零部件防锈性能差,水汽与导电部件接触,会导致腐蚀或外部导电等。


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    我们看到一台电动车自燃时,往往只是把责任归咎于造车的主机厂,而实际上,电池能否安全稳定的使用,与每一次的充放电都息息相关。多项试验证明,频繁的过充过放会导致电池的热稳定性变差,给电动车埋下自燃的种子。

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