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深度解析电动车为何会自燃,电动车真的不能买吗?

来源:汽场
作者:郎玉峰
2022-06

最近在各大短视频平台经常刷到有关新能源汽车着火事件,当然,不局限于近期,新能源汽车着火事件经常可以看到,并且事故发生地来自全国各地,车型和品牌也不局限于单车单品牌,诸如此类的事件多次发生,导致很多消费者对新能源汽车和电动车抱有排斥心理,尤其是在社交媒体平台上,很多网友都坚称不考虑购买电动车。

在新能源自燃事件的一次次爆发中,很多用户也会好奇,为什么新能源汽车容易着火,新能源到底能不能购买?

新能源着火的“功臣”?

新能源为何会引发着火,主要的原因就是来自于新能源汽车内部结构中,动力主要输出源——动力电池,目前电动车行列中,无论是纯电动车还是插电式混动等,采用的都为锂离子电池,也是目前汽车、数码等众多领域用途非常广泛的电池;锂离子电池因为内部结构,本身就比较暴躁和敏感,不仅仅体现在汽车单一品类的产品,包括2016年轰动全球的三星note7手机自燃,主要的原因就是锂离子电池导致的。

虽然很多事故的原因都是锂离子电池导致,但是能说锂离子电池就是定时炸弹吗?当然不能,否则锂离子电池也不会广泛应用于我们日常消费市场中,所以,虽然锂离子电池会引发自燃等事故,但主要的引发原因是什么呢?

没错,就是经常能够在各大平台和网络讨论中看到的原因——热失控。

首先先从电芯聊起,锂离子电池的内部结构想必诸位小伙伴已经非常熟悉,正负极、隔膜、电解液组成,电池发生短路和遭到外物迫害时,隔膜刺穿,正负极短路,引发燃烧;我们都了解燃烧的最简单原理,燃烧需要氧气,在真空的环境下,是无法进行燃烧反应的。在初中课堂时,笔者记得非常清楚,老师用蜡烛和一个密封的杯子做实验,蜡烛在真空中无法燃烧;而锂离子电池和常规燃烧有非常大的区别,电池在密封空间内因为有还原剂和氧化剂,所以不需要外界空气依旧可以充分燃烧。

而热失控,从电芯内的负极SEI膜分解开始,隔膜融化,导致负极和电解液发生反应,随之正极和电解质都会发生分解,在迅速引发内短路时,电解液开始燃烧,在一个电芯发生迅速燃烧以后,会迅速波及到其他电芯,从而造成所谓的“热失控”,在动力电池组接二连三的引发热失控后,整个电池组开始燃烧,然后发生整车自燃。

如何抑制自燃?

前文提及的热失控,主要的原因是电芯的短路和破坏导致的单个电芯起火燃烧,继而引发蔓延其余电芯加入燃烧。

在控制动力电池燃烧的环节中,目前动力电池中,主要通过三个维度来抑制和保证电池安全性,主要分为电芯、动力电池包以及电池系统三个方向来提升电池安全性。

在电芯方面,目前电动车行业中,使用的锂离子电池主要分为两种,分别为磷酸铁锂电池和三元锂电池,行业内普遍认为磷酸铁锂相较于三元锂电池更安全,但是根据网络上的新能源车型燃烧来看,只要电池发生自燃,两种电池的结果是一样的,均无法补救。

磷酸铁锂和三元锂电池的差别是引发燃烧的难度上,前文说过,锂离子电池进入热失控才会引发燃烧,具体的电池燃烧的高温反应,这里就不做过多叙述,前文提过,锂离子电池因为内部有催化剂和氧化剂,所以不需要空气中的氧气,也是可以自行燃烧;而锂离子电池正极材料都有氧原子,进入燃烧反应时都会释放出来,但磷酸铁锂的高能量P=O化学键太紧密,所以很难释放氧气,故而相比三元锂电池大大降低了电池发生不可控燃烧的可能性。

除了磷酸铁锂和三元锂电池的特性原因,因为三元锂电池的能量密度上限比磷酸铁锂电池更高,能量密度越高的电池,在发生不可控因素时更加不稳地,所以,在引发短路和迫害时,更难被控制。

如何从电芯上来提高安全性和稳定性呢,主要是区别于电池材料和电化学反应的过程,对于汽车行业和锂离子电池行业,这都是行业的难题,目前来看,磷酸铁锂电池就是要比三元锂电池更不易引发燃烧反应,但不绝对,毕竟比亚迪刀片电池一直吹嘘针刺不起火,DM-i车型和海豚车型在网络上也有发生燃烧的案例,这也让更多消费者对电动汽车有了更排斥的心理。笔者这里想说,因为汽车是一个整体,动力电池普遍布局在地盘底部,即便是动力电池组已经设置了非常坚固的模组方案,但如果开车的路况和驾驶环境,也定然会影响电池稳定性,比如车祸、磕碰等,也会影响电池安全性,虽然在驾驶时不可避免,但还是要奉劝电动车主,尽可能地保证驾驶的注意力集中,不发生严重车祸和迫害时,电池的自燃可能性也是非常低的。

除电芯的本身特性外,目前众多车企在电池PACK层面也是下了非常大的功夫,来控制电池燃烧的可能性,经常可以看到网络上有关于电池安全的解读,比如比亚迪刀片电池、广汽弹匣电池以及思皓蜂窝电池等等,不同的电池系统中,采用的电芯结构也不同,蜂窝采用圆柱,弹匣采用方形等,而思路却是一样的,尽可能的保证单节电芯的独立性,利用尽可能绝缘的材质做单节电芯的封装,这样就能避免在单节电芯发生燃烧等危险时,不会蔓延和波及到其他电芯上,从而引发整个电池组的燃烧。

除了保证电芯的封装和热隔绝,更要兼顾电池热失控以后,热能的抑制,很多动力电池组内部也会采取主动冷却系统,在电池发生热失控后,迅速降低温度,来防止电池热失控扩散和迅速扑灭电池燃烧的火情。前文提过,上学时有学过,燃烧需要氧气,其实燃烧不仅需要氧气,燃烧也需要足够的温度,不同材质有不同的化学燃点,所以,在电芯发生热失控时,快速的冷却系统也是抑制发生电池燃烧的必要手段。

电芯和PACK方案做到了足够的保障后,最后是动力电池组的电池管理系统也需要做足够的研发,电池管理系统是软件层面,相当于是电池的管家,控制着电池温度、电芯情绪等诸多因素的控制单元,以广汽的弹匣电池管理系统为例,官方表示,每秒进行10次数据采集,可以实现24小时采集对比,实时监控车辆电池的应用工况,及时发现电芯异常、电芯过热等情况,并立即采取应对措施。

虽然这里用弹匣电池做比喻,但其实所有电动车的动力电池组均有电池管理系统,前文只是用弹匣来做一个代表,所以,想要电动车足够安全,必须要在每个维度均做好十足的方案措施,才能避免电池和电动车发生自燃。

做好防护为何还会着火?

这里想拿一个代表来简单剖析,就是比亚迪刀片电池,一直被官方宣传非常安全,针刺试验下无冒烟、不起火,但是根据网络视频来看,依旧有搭载刀片电池的海豚和秦DM-i发生自燃事件,是比亚迪过分吹嘘还是刀片电池自身原因呢?

因为比亚迪没有官方公布具体是什么原因,但一定是因为电池热失控引发,作为新能源车型,有且仅有这一种发生自燃的可能性,比亚迪采用的是刀片电池,电芯为磷酸铁锂,从前文分析,磷酸铁锂在自燃控制方面一定是要优于三元锂电池,发生热失控的可能性一定会更低,根据比亚迪官方宣传,刀片电池确实能够做到针刺不起火、不冒烟,但是,比亚迪的实验是仅针对非常小范围的针刺实验,通过电池管理系统和热管理系统的迅速隔绝和措施,的确可以有效抑制。

但不知大家是否想过,比如刀片电池就是一把刀,再把整个刀都进行折叠和翻卷时,是否还会像针刺一样那么从容?而在日常驾驶时,难免会有一些较差路况,会对整个动力电池组发生一定的外力迫害,故而引发动力电池组发生内部形变,在形变时,就会埋下电池安全隐患,在一个契机时,引发热失控,因为形变和迫害的面积过大,所以,即便是磷酸铁锂电池,也一样无法幸免。以上也是笔者猜测的起火原因,当然,也不排除刀片电池难免会出现一些稍微瑕疵的电芯装车,引发起火,但笔者猜测,更多的是因为形变引发的热失控。

是否能买新能源?

答案是肯定的,当然能买,虽然我们有看到一些关于新能源起火的视频,但绝对是偶发事件,甚至,很多用户只盯着新能源事故,其实现实中也有燃油车起火的事情发生,无论是燃油车还是新能源着火,都是极少数的偶发事件。

在新能源发展的长河中,电池安全也是务必做到日益提高的,尽管在进化的路上会发生一些不可预见的危险性,但就目前行业的现状和技术的积累,新能源汽车的安全性是无需担心的,毕竟国内每个月新能源产品几十万台的销量,发生事故的情况也仅是个位数,只要按照规定用车,合理驾车,是可以放心购买和驾驶的。

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