5月4日，杭州九堡客運中心門口，一輛正在行駛的面包車發生自燃。5月8日，鄭州日產帥客EV在東莞某充電站自燃，致使多車嚴重損毀。6月5日，一輛江鈴易至EX5在湖州長興某小區發生自燃。6月22日，一輛歐拉iQ在保定市瑞興路的國家電網充電站內自燃。6月28日，杭州余杭盛奧西溪銘座地下車庫發生一起新能源汽車自燃事故……

 

　　“5月以來，電動汽車安全事故頻發、‘火燒連營’。”原中國北方車輛研究所動力電池實驗室主任、中國汽車動力電池產業創新聯盟副秘書長王子冬坦言，目前電動汽車自燃事故還不能“歸零”，給新能源汽車推廣帶來巨大的負面影響。

 

　　在近日舉行的“動力電池安全設計及防護技術線上研討會”上，王子冬反復強調，對電動汽車安全要有正確認識，在目前電池起火原因尚不明晰的情況下，動力電池能量密度的提升要與安全性尋求平衡優化。

 

　　電池自燃的根本原因是內部短路

 

　　“‘高溫炎熱的夏天更容易起火’的說法并不正確。”王子冬指出，從各個月份的電動汽車起火事件分布情況來看，除了12月的數量略少之外，其余各個月份都有超過4起嚴重起火事故，其中5、6月和11月是兩個高峰期，這表明電動汽車起火事故在全氣候條件下均易發生。

 

　　王子冬認為，電動汽車安全事故主要由動力電池熱失控引起，但熱失控僅是結果，其原因錯綜復雜。“現在電動汽車普遍配置了熱管理系統，電池不太容易因為單一的熱濫用而觸發熱失控。”他表示，解決電池安全問題，還要從更為復雜的角度對其誘因進行全面分析。

 

　　“說起熱失控，一般都指向了電芯的熱失控。”王子冬強調，這一觀點很片面，電芯熱失控只是其中的一部分，還有其他原因引起的熱失控，比如，電池包內部的低壓線束起火，局部高電阻導致高壓線路升溫、不合理的充電和維護方法等，“在電池包內沒有相應的防護措施時，火勢難以控制，形成熱失控和蔓延，最終導致電芯起火，從而產生電芯熱失控的假象。”

 

　　“車企在理解熱失控時也經常感到困惑，因為當前電池熱失控的定義或研究都是以電芯來設計的。”王子冬坦言，以電芯先入為主的思路，不利于實際工作中開展熱失控的防護。

 

　　厘清電池包的熱失控要回歸本源，即“熱”上。王子冬進一步說明，電池包熱源來自多個方面：周圍外界物體的熱；短路或線路中高溫電阻、電芯內阻電流作用產生熱；過充或是低電壓、大電流產生電化學反應產生熱；正負極材料與氧氣產生化學反應，以及氣體膨脹都會產生熱。

 

　　在王子冬看來，引發電池自燃的根本原因是內部短路。“加工制備時混入的金屬雜質或產生的極片毛刺、電濫用、電解液浸泡不均等引發的局部析鋰，都有可能劃破電池隔膜，引發微小的內部短路。”王子冬稱，這種微小的短路并不易被察覺會在電池內部持續產熱，當熱量堆積到一定程度就會引發電池熱失控，致使電池起火。

 

　　電池能量密度與安全性成反比

 

　　王子冬進一步表示，近幾年電動汽車安全事故呈現出一定趨勢。“電動客車起火頻次和占比逐年減少，而乘用車起火頻次和占比總體上在上升，三元電池的使用是一個原因。”王子冬坦言，盲目追求高能量密度是問題的焦點，如何在高能量密度與提高安全性之間取得平衡，是當前業內亟待解決的一大難題。

 

　　各動力電池企業在不遺余力地創新。2019年9月，寧德時代推出了全新的CTP方案，改變了原有的電芯—模組—電池包結構，電芯直接集成到電池包。據了解，北汽EU5成為首款搭載該電池的車型，該電池包體積利用率提高了15%—20%，能量密度進一步提升至200Wh/kg，大幅降低了動力電池的制造成本。特斯拉、蜂巢能源均對CTP技術進行了布局。

 

　　比亞迪今年也重磅推出了刀片電池，設計上取消了縱梁、橫梁，以電芯作為電池包結構的支撐件，使其體積能量密度從普通電池包的251Wh/L提高至332Wh/L。

 

　　“上述新技術沒有隔離墻，這就要求電池確保萬無一失，但目前還做不到。”王子冬直言，目前還沒有真正弄清楚鋰電池的著火原因、是什么環節出了問題、什么場景會出問題。“為了降低成本、多帶電池，直接取消模組的做法值得商榷，有相當大的風險。”在他看來，理論上，電池能量密度與安全性成反比。動力鋰電池成組時最關鍵、最核心的問題是安全和使用壽命，其影響因素除了電池自身工藝性和產品質量外，充電的安全性和熱管理技術也至關重要，如果沒有完善這兩項技術，電池的安全性和長壽命循環就無法得到保證。

 

　　為應對動力電池自燃事故的發生，很多企業都在研究BMS（電池管理系統）。“如果電池受到外部影響，目前的BMS基本能夠起到防護作用，但如果是電池內部出現問題，一般的BMS就不太管用了。”王子冬建議，BMS研究的重點應該在電芯的檢測和事故前的監控上，BMS不能是“事后諸葛亮”。

 

　　電池設計要從整體系統優化

 

　　值得注意的是，目前有相當一部分安全事故集中在充電環節。王子冬指出，正常充電過程中引發的電池起火事故正逐年上升，其中有充電設備故障引起的，也有電池過充引發的。實際上，電動汽車在停止狀態下也會自燃，這對電池安全管理提出了更高要求，不僅在運行過程中，在斷電狀態下也要對電池進行有效監管和防護。“斷電后的監護，目前還是盲點。”

 

　　王子冬進一步表示，隨著電動汽車保有量的上升和充電樁建設速度的加快，對充電方法和充電設施進行更加規范化的管理，對充電電池組進行有效的狀態檢測，十分重要。

 

　　目前，行業正致力于大功率直流快充的技術攻堅。王子冬提醒，快充對動力電池的要求很高，與之相伴的是，如何減小電池組在快充過程中單體電池之間的差異問題。“要實現快充，就必須在其它方面做出犧牲。”王子冬解釋，快充會在鋰離子電池內部產生大量熱量，過高的溫度會破壞負極材料的粘接性能，從而導致負極活性物質的脫離，使電池可逆容量快速衰降、電池性能劣化，嚴重影響動力電池的使用壽命。

 

　　王子冬表示，行業已經在減小電池級片的厚度、改變電池結構，以及選擇更合適快充的材料等方面進行調整。不過，這些都將增加動力電池的生產成本，電池設計需從整體角度進行系統優化。