更高的能量密度，更長的續(xù)駛里程、更快的充電速度……電動汽車的性能正不斷提高，加快向市場驅動的轉型，但同時安全事故仍然頻發(fā)。
1個月前，國家市場監(jiān)管總局質量發(fā)展局發(fā)布通知，要求生產者在獲知其生產、銷售或進口的新能源汽車發(fā)生冒煙、起火事故時，應在事故發(fā)生后12小時內向其報告基本信息，如造成人員傷亡的報告時限縮短為6小時。
隨著電動汽車的推廣和普及，車輛自燃事件不斷引發(fā)行業(yè)對安全問題的冷思考。從技術和產品的角度出發(fā)，如何避免電動汽車起火、更好地保證車輛安全，成為擺在全體從業(yè)者面前的重要考題。如今，業(yè)界對于答案已經形成一定的共識。
■重點防范動力電池熱失控
眾所周知，安全是電動汽車的重中之重，一旦動力電池內部發(fā)生了熱失控，往往蔓延至整個電池系統，從而形成安全事故。
中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高指出，對于電動汽車來說，熱失控與動力電池安全性密切相關，因此探尋電池熱失控的發(fā)生機理與抑制方法至關重要。
今年以來，企業(yè)因車輛存在熱失控安全隱患而進行召回的并非個案。
據報道，南京金龍召回的25輛純電動客車因動力電池電芯一致性問題，長時間、高電量存放時電芯存在漏液和短路風險，可能引發(fā)動力電池熱失控和起火，存在安全隱患。
蔚來汽車今年6月發(fā)布召回公告稱，召回4803輛ES8的原因是電池包設計缺陷，可能引起熱失控和起火。
清華大學教授何向明指出，從2015年到現在，市場上出現了很多由于動力電池熱失控導致的安全事故，極大阻礙了電動汽車的推廣應用。
“電池是電化學能源儲存系統，也是電動汽車最重要的組成部分，業(yè)界應攜手找出熱失控真正的原因，以及電池安全事件的發(fā)生機理，有針對性地提出一系列解決措施。”他說。
據介紹，大量實驗研究表明，動力電池熱失控有三個特征溫度，自生熱起始溫度T1，熱失控引發(fā)溫度T2、熱失控最高溫度T3。
其中，T2是引發(fā)熱失控最為關鍵的因素，而正極釋氧、負極析鋰、隔膜崩潰又是引發(fā)T2的主要原因。
對此，歐陽明高表示，可以在以下幾個方向上入手抑制熱失控：依靠BMS檢測內短路、改進正極和電解質減少釋氧、充電控制減少析鋰及控制熱擴散。
■五類事故形態(tài)中自燃占比最大
在中國汽車技術研究中心有限公司試驗研究所副總工程師王芳看來，提升動力電池的安全防護，首先要考量電動汽車的事故形態(tài)，然后制定相應的測試方法和項目，從而達到提升產品安全性的目標。
據介紹，研究數據顯示，電動汽車安全事故形態(tài)可以分為五類：過充電、碰撞、自燃、浸水及其他。
其中，過充電問題占比21.99％，表現為電芯一致性差、控制策略設計不當、充電樁與電池系統不匹配等；碰撞問題占比16％，表現為正面或后碰撞引發(fā)系統X方向變形、側面碰撞引發(fā)系統Y方向變形、車輛托底引發(fā)系統底部變形；浸水問題占比3.4％，主要表現為IP防護設計不佳；自燃問題占比最大，為43％，主要表現為電池內短路。
在機械載荷下電池會發(fā)生變形，導致內部結構的破壞，這樣會導致內部短路，因此導致熱失控，最終在一些極端的條件下起火甚至爆炸。
對碰撞導致的安全性問題，北京航空航天大學教授劉冰河及其團隊進行了一系列研究，“目前我們完成了從變形到熱失控的耦合模型框架，期待建立一個從變形到爆炸的多尺度耦合模型，以模擬機械碰撞后的一系列過程。”
當前，市場對電動汽車長續(xù)駛里程及快充的一些訴求，一方面促使技術快速變革，另一方面也帶來一系列挑戰(zhàn)。
對此，王芳指出，動力電池系統的能量密度從2015年的90Wh/kg發(fā)展到現在的超過140Wh/kg，其熱特性、熱穩(wěn)定性也發(fā)生了明顯變化。
同時，動力電池材料體系變革也提出了新的課題，要想追求高比能，必然從磷酸鐵鋰向三元材料發(fā)展，其熱穩(wěn)定性因此發(fā)生變化，熱失控時間提前，釋氧量存在差異。
根據對眾多事故的調查，它們中的大部分都是車輛累計行駛1萬多公里后發(fā)生的，這就證明了動力電池性能是一個動態(tài)變化的過程，對其在全生命周期內可用、可控及失控的評價是行業(yè)需要重點關注的問題。
■行業(yè)強化電池安全設計
在車市整體下行，新能源汽車補貼退坡的大環(huán)境下，車企進一步強化了對安全性的追求，以增強產品競爭力。
在碰撞安全方面，北汽新能源在電池、PACK、電氣功能、模組四大領域開展工作，為動力電池安全筑起四重屏障。
其中，在電池包設計上，北汽新能源將電池設計成“整車乘員艙”一樣安全、不可變形的區(qū)域，并在電池周圍設計了過渡區(qū)及可變形區(qū)，在一定程度上可降低發(fā)生碰撞時的強度。
北汽新能源工程研究院副院長代康偉介紹稱，該公司還進行了第二層的PACK級保護，通過采用高強度鋁型材料箱體設計，結合拓撲結構優(yōu)化，確保車輛碰撞時在PACK級的高強度保護。
第三層是電氣功能保護，先把BMS、BDU等高壓切斷裝置的電氣部件優(yōu)化，確保整車在碰撞時這些電氣系統不會受到過多的損壞，進而保證功能正常。
同時，他們還將相關的碰撞信號及異常監(jiān)測信號引入系統中，確保電氣在異常情況時主動切斷高壓裝置，確保乘客安全。
據悉，北汽新能源近期在中國汽車技術研究中心有限公司順利完成了三車聯合碰撞試驗，實現電氣安全功能正常且不著火、不爆炸。
同樣的設計理念也體現在一汽新能源汽車上。一汽集團新能源開發(fā)院院長王德平表示，對電池進行特別防護設計，可以保證車輛在低速碰撞和托底時其不變形。
此外，一汽還構建了雙路高壓斷電系統，在車輛發(fā)生高速碰撞時，在1毫秒內進行斷電處理，確保系統安全。
蔚來汽車采取全天候實時監(jiān)測保障電池安全。
“所有的大數據都進入到云端，云端可以進行自動分析，如果發(fā)現任何的異常就會預警。我們將審議，或者開展召回，或者為客戶更換電池�！蔽祦砥嚫笨偛命S晨東介紹說，即便汽車在休眠過程中，蔚來的電池安全監(jiān)測和預警系統仍處在工作狀態(tài)。
在未來的設計優(yōu)化中，蔚來汽車還將采取模組絕緣防火墻等措施阻止熱傳遞，并在電池組中加入相應的煙道設計杜絕二次損失，相應的滅火裝置也將被設計到系統中。
（中國粉體網編輯整理/江岸）
