新能源電動車為什么會自燃？

新能源電動汽車自燃事故早已不算什么驚天新聞了，對此人們也早就見怪不怪了。作為新能源電動汽車的龍頭品牌，特斯拉更是電動車自燃事故的多發(fā)車企。

近日，據(jù)外媒爆料，特斯拉發(fā)生自燃事故是因為動力電池系統(tǒng)存在設(shè)計缺陷(詳見“特斯拉多起自燃起火事件是偶然現(xiàn)象還是本身存在問題?”)。這個說法，倒也不是空穴來風，惡意抹黑。

目前，大部分整車廠采用的動力電池，基本上都是集成化結(jié)構(gòu)設(shè)計，即單體電芯集成模組，模組在集成電池包。

因此，每個電池包中都包含數(shù)量眾多的電芯單體實現(xiàn)并串聯(lián)結(jié)構(gòu)。例如，特斯拉 Model S，就是一個電池包中集成了7000多顆三元圓柱電芯。所以，一旦單體電芯發(fā)生自燃，就有可能導致周邊的所有電芯發(fā)生爆炸，從而引發(fā)連鎖反應。

動力電池生產(chǎn)工序復雜，整車廠和動力電池生產(chǎn)廠，在設(shè)計生產(chǎn)電池時，需要考慮和注意的因素太多。而要想追求更長的續(xù)航里程，就不得不用能量密度高的電池。但動力電池能量密度越高，熱穩(wěn)定性就會越低。

還是以特斯拉為例，目前特斯拉所采用的三元NCA電芯，由于能量密度高，在針刺測試時，就有可能出現(xiàn)劇烈燃燒。此外，從材料性質(zhì)上來看，三元電池的分解溫度要低于磷酸鐵鋰，在同樣的高溫環(huán)境下，發(fā)生自燃的幾率也要高于磷酸鐵鋰。因此，特斯拉電池自燃的原因，可以從電芯本身和外部環(huán)境兩方面來看。

根據(jù)外媒報道，以及近年來發(fā)生的電動汽車安全事故來看，特斯拉發(fā)生自燃的主要原因集中在外部撞擊，從而形成針刺擠壓、密封失效浸水、高溫環(huán)境下熱集中、過充放電、電芯本身漏液，以及電芯內(nèi)部短路等方面。

誠然，新能源電動汽車自燃事故多由動力電池熱失控造成，大部分是由電芯熱失控蔓延導致。而引發(fā)電動車熱失控的原因是多元的，涉及到電芯的設(shè)計、生產(chǎn)，電池管理BMS算法開發(fā)，電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計等多方面。

動力電池的狀態(tài)和發(fā)動機不一樣，有些發(fā)動機容易測量，而動力電池不容易。比如，想要知道燃油車剩余油量，可以通過油箱內(nèi)的油的多少，很容易就判斷出來，但電池的剩余電量，則通常要使用算法來進行估計。

此外，電池的實際輸出功率、電池壽命等，也都需要算法進行估計，這就使得電池管理策略極為關(guān)鍵，而電池的熱失控管理方法也屬于BMS。

從過充放電方面來看，電動車熱失控事故多發(fā)生在充電過程中，而過充導致熱失控一般發(fā)生在早期的微過充階段。主要體現(xiàn)在，電芯一致性差(在充電過程中可能會導致有部分電芯充滿，部分電芯未充滿);電芯并聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計存在問題(并聯(lián)電壓相同，其中不同電壓的電芯很難被檢測出來)等方面。

從電芯內(nèi)短路方面來看，電動車熱失控主要體現(xiàn)在：1、低溫環(huán)境、大倍率循環(huán)造成析鋰，不斷生長的鋰枝晶刺穿隔膜造成內(nèi)短路;2、電芯在生產(chǎn)或制造過程中由于生產(chǎn)環(huán)境或者操作不當導致金屬雜質(zhì)混入，隨著電芯循環(huán)使用導致內(nèi)短路;3、電芯局部應力集中，可能誘發(fā)其他金屬的沉淀。

從電芯老化方面來看，動力電池電芯老化會造成電芯不一致性進一步擴大，容量的一致性變差，BMS電池管理系統(tǒng)對于電池健康狀態(tài)的估算準確性就會打折扣，那么其對應的安全性預防閾值等就有待考證了。此外，低溫環(huán)境下老化，會嚴重影響動力電池的熱穩(wěn)定性，最終可能導致熱失控的發(fā)生。

在解決電動車熱失控方面，特斯拉是以蛇形管貼敷導熱材料，圍繞圓柱電池形成液冷系統(tǒng)，冷卻劑由50%的水和50%的乙二醇混合而成，溫差能夠控制在±2%以內(nèi)。

寧德時代則是在電芯之間放置氣凝膠，氣凝膠兼具有高效的隔熱性能和超薄的厚度，可以在極其有限空間中進行保溫隔熱，且一定的厚度可以對熱失控有較好的延緩作用。而比亞迪采用的是液冷板方案，能保證動力電池的工作在正常溫度范圍內(nèi)。冷卻板可以用釬焊、攪拌摩擦焊、埋管等幾種方式。

此外，通用汽車則是在電芯之間放置冷卻片和泡棉，使得冷卻片的散熱和泡棉的隔熱作用同時實現(xiàn)。不過，在現(xiàn)有的研究范圍內(nèi)，泡棉主要用提高電芯的循環(huán)使用壽命，而不是熱失控的延緩。

總得來說，隨著新能源電動汽車行業(yè)的發(fā)展，在當前鋰離子電化學體系未發(fā)生重大突破的狀況下，對電池熱失控安全的研究是非常有必要的。

此外，針對電芯熱失控的外部觸發(fā)方式相對來說已經(jīng)比較固定了，目前企業(yè)最常用的加熱、過充、針刺等方法，相對來說都能有效的觸發(fā)電芯的熱失控。

以上方法比較依賴外部控制設(shè)備的控制，對于電芯本體的破壞相對于電芯內(nèi)短路來說也比較嚴重，因外部因素的作用導致測試結(jié)果隨機性高的缺點，最終對于內(nèi)短路的測試、研究和驗證也不一定可靠。