产业观察 | 关于电动汽车频繁起 火，你需要了解的真相

题图来源：Photo by FlavioGasperini on Unsplash

八月以来，国内各地频频发生新能源汽车起 火事故，将新能源汽车和动力电池的安全问题再一次推向了舆论的风口浪尖，为快速发展中的新能源汽车市场蒙上了一层阴影。何为新能源汽车在电池安全方面屡屡犯禁？我们又该如何应对未来高比能量电池的安全问题？本期文章就将带领大家了解电动汽车起 火背后的故事。

频繁烧起的火

七月，中国汽车产销量环比、同比双双下滑，新能源汽车成为为数不多实现同期上涨的板块，产销分别完成9万辆和8.4万辆，比上年同期分别增长53.6%和47.7%，成为中国疲态尽显的汽车市场最后的倔强。但入夏以来，全国多地频频发生的新能源汽车起 火事件又将电动汽车的安全问题推向了舆论的风口浪尖。

8月31日下午，广州市增城区一辆电动汽车发生起 火事故，公开的视频中可以清晰的看到车辆底部发生多次燃爆。由于大火未能及时扑灭，出事车辆最终完全被烧毁。

图1 增城电动汽车发生起 火事故

在这之前，十天之内，未完

▲8月19日，深圳龙华区观澜中心花园附近的一个新能源充电站内，一辆纯电动微型面包车发生起 火事件；

▲8月25日，成都，一辆试装车起 火自燃，最后由于火势猛烈车辆完全烧毁。随后某公司发表声明称起 火原因是员工严重违反公司报废车辆管理流程的相关规定，将该报废车辆强行通电所致，并对该报废车辆的身份、用途和测试数据也进行了公示；

▲8月26日晚，安徽铜陵市一辆纯电动公交车爆裂起 火。起 火原因经过初步调查判断为电池故障。

▲8月28日，安徽合肥一辆正在充电的电动厢式运输车突然冒烟起 火，具体原因还在调查之中。

达摩克利斯之剑——电池热失控

特斯拉的成功带动了全球电动汽车的浪潮，但即便是作为全球电动车技术的领导者，特斯拉时至今日也未能完全摆脱电动车安全问题的阴影。

图 2 特斯拉历年以来的起 火事故

电动汽车的兴起源于锂电池技术的快速发展，而这背后无法摆脱的阴影也是源自锂电池。在广泛应用于电动汽车之前，手机和笔记本电池燃烧爆 炸的事故早已屡见不鲜，以热失控为特征的锂离子电池的潜在安全隐患似乎已经成为电池技术更大规模应用过程中无法根治的顽疾。

学术上定义的“热失控”是指电池内部出现放热连锁反应引起电池温升速率急剧变化的过热现象。电池的热失控在宏观上主要表现为冒烟、起 火燃烧以及爆 炸[1]：

▲对于冒烟的情况，热失控发生时，电池内部化学反应产生大量气体，气体冲出电池安全阀或者冲破壳体，随之带出电池内部活性物质，就表现为电池冒烟；

▲对于起 火的情况，事故中的起 火一般是由于电池内部电解液及其分解产物被点燃造成的。从燃烧反应的三要素（可燃物、氧气、引燃物）来看，可燃物即是电解液及其分解产物；电池内部的氧气存在不足，因此电解液需要从电池封装壳体内泄漏出来才会发生起 火；引燃物可能来自于电池外短路产生的电弧，也可能来自热失控时，高速喷出的气体与安全阀体摩擦所产生的火星；

▲对于爆 炸的情况，爆 炸一般表现为高压气体瞬间扩散造成的冲击。电池内部具有高压气体积聚的条件，而安全阀是及时释放高压积聚气体的关键。安全阀如能在电池壳体破裂之前开启，并释放足够多的在热失控过程中产生的高压气体，电池就不会发生爆 炸；安全阀如不能及时开启，就可能会发生爆 炸事故。

引起电池热失控的诱因一般来自机械，电，热三个方面，并且三方面原因存在内部联系。机械滥用导致电池的变形，而电池的变形导致内部短路发生，即导致了电滥用的发生。电滥用伴随焦耳热以及化学反应热的产生，造成电池的热滥用。而热滥用造成温度的升高，引发电池热失控链式反应，最终导致热失控发生。

图3 电池热失控诱因

目前电动车上的电池都是通过串并联成组工作，单个电池发生热失控之后，局部释放的能量向周围传播，将可能加热周围电池引起周围电池的热失控，也称之为热失控在电池组内的“扩展”。电池单体热失控所释放的能量是有限的，但是，如果发生链式反应造成热失控的扩展，整个电池组的能量通过热失控释放出来，将会造成更大的危害。

图4 热失控进一步发展成为热失控在整个模组内的扩展

电池着火更难扑灭

从已经发生的电动汽车起 火事故来看，电动汽车起 火往往更难扑灭，因电池故障引发起 火的车辆最终都是几近烧毁。电池燃烧难以灭火的主要原因包括：

1）电池着火不同于汽油等燃料一点就着，从碰撞或内短路等故障发生到冒烟、燃烧、更猛烈的爆燃需要时间。如果外界已经表现为较为剧烈的燃烧和爆 炸，则意味着热失控过程酝酿许久且已经发生了较大面积的扩展，灭火难度增大；

2）一般电池是被封装在电池箱内，电动车辆着火状态下，常用的灭火装置，如干粉灭火器和清水，都难以直接作用到电池。甚至部分车辆设计之初，会将电池包置于车辆底部，这给电池灭火也增加了难度；

3）此外，锂电池着火并不是扑灭明火即可，还需要等电池组完全冷却，不再冒烟。

因此，如果电动汽车是因为电池发生着火，首要是通过降温来控制热失控。而水应该是目前锂离子电池起 火最有效的灭火剂。

中国汽车工程学会、中国消防协会于2018年7月24日发布了T/CSAE84-2018《电动汽车火 灾事故救援规程》，对电动汽车火 灾扑救流程做出了明确的指导。

处置程序：

1) 识别车辆；

2) 侦查周围环境，确定采取的灭火方案；

3) 做好救援人员防护；

4) 火 灾扑救；

5) 火 灾扑灭后固定车辆；

6) 如有需要，进行断电；

7) 现场清理。

灭火药剂：

1) 高压电池未着火时，可按照传统车辆火 灾处置方式进行灭火；

2) 当高压电池着火时，应使用大量的，持续的消防水。

如何让电池更安全？

从国家政策鼓励和市场需求来看，未来车用动力电池还将继续向高比能量的方向发展，三元锂电池也在逐步取代磷酸铁锂电池逐渐成为当前高比能量电池发展的主流路线。目前的三元体系的锂离子电池已经发展到了第三代，电芯能量密度已经基本能够达到230Wh/kg的水平，整体还在朝着300Wh/kg甚至更高能量密度水平的方向发展。随着电芯和电池系统能量密度的进一步增加，保障动力电池系统安全的需求也会更加强烈，挑战和难度也将随之提升。

图5 动力电池能量密度将在未来进一步提高

以国内较早开始涉足动力电池系统安全领域的企业——北京科易动力的创新成果为例，可分三个阶段系统解决动力电池安全问题：

▲ 第一阶段是诱因预防和诊断阶段，是对早期电气滥用、热滥用和机械滥用的预防，并通过功能安全的系统设计，保障、识别和防止热失控的诱因，避免引起单体的热失控；

▲第二阶段是利用电压、温度等可测量的电池信息在时间历程上的特征，通过模式识别和信息融合技术，提前识别和诊断单体热失控的可能性，并且对单体热失控尽可能的进行干预和抑制；

▲第三阶段主要是阻断热扩展。如在阻断热扩展方面利用“防火墙”技术，在单体发生热失控时，整个过程能够被抑制在一个单体之内。

三阶段“诱因探测-单体热失控识别-热失控扩展抑制”保障动力电池系统热安全的整体思路基本已经成为行业共识，但是对于电动汽车而言，更大的挑战还在于如何进行电池安全和动力系统总成的系统控制。比如在充电过程中，探测到热失控诱因，可以通过切断电源的方式，而在行车过程中，切断动力电池输出的方式就有待商榷。目前这三个阶段在整车运行时分别采用何种防护策略尚未能有标准答案，动力电池和整车的安全协同控制开发还存在诸多的挑战和问题。

关键是要扑灭消费者心中的“火”

炎炎夏日，温度升高，热滥用的概率提升或许是入夏以来各地频频发生新能源汽车着火的重要原因，各种不确定因素也让新能源汽车的厂家们备受煎熬，要做好随时可能上社会头条的心理准备。新能源汽车发生火 灾事故除了危及人民群众生命健康安全，更是在一次又一次的消耗透支社会对于新能源汽车的信任。令人不安的是现在只要哪里发生了新能源汽车的起 火事故，在原因未真正探明之前，整个社会舆论都着急地弥漫出一种“你看吧，我就说电动车不安全，早晚要出事”的氛围。

事实上，导致汽车着火的原因有很多，线路老化、私自改装等因素都可能导致汽车发生自燃自爆等事故，汽车自燃也并非是新能源汽车的专属，燃油车同样有可能会发生类似的事故，之前宝马在韩国销售的汽车不断发生起 火事故也是在国际社会引起了轩然大波。但这种不信任感积累到一定程度，即便后续的跟进报道证实新能源汽车着火是因为电池以外的其他原因或是某某员工的违规操作，新能源汽车厂商还是绕不开“有公关之嫌”的社会舆论。当然我们希望媒体公知对于新能源汽车做出更加客观的宣传报道，对于确实是电池安全引起的新能源汽车事故，厂商能够及时的总结反思，给予大众积极正面的反馈，也希望消费者们能够更加理性的看待新能源汽车发展过程中遇到种种问题。

而作为新能源汽车厂商，此刻也不是要与社会舆论分清青红皂白的时候，更无法指望真金白银购买产品的“上帝”们理解万万岁，更不应该对已经发生了的新能源汽车安全事故谎报瞒报，唯有踏踏实实提升技术做好产品，让类似的安全事故越来越少，才能真正挽回大众对于新能源汽车的信任，让消费者们真真切切心甘情愿的买单。