純電動汽車異常自燃分析及預防對策

雷藝

文章從與高壓動力電池的相關(guān)性出發(fā)，分析了純電動車的各種異常自燃原因，并提出了相應的預防措施，以期使消費者有更好的純電動汽車駕乘體驗。

純電動汽車;自燃;預防

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0 引言

近幾年來有買車意向的消費者考慮購買純電動汽車的占30%左右。根據(jù)新能源汽車國家大數(shù)據(jù)聯(lián)盟統(tǒng)計，2020年全國新能源汽車保有量達到492萬輛，較2019年增加111萬輛，增幅為29.18%。據(jù)不完全統(tǒng)計，2020年國內(nèi)共發(fā)生124件新能源汽車起火事故，較2019年增加約47%左右。新能源汽車的異常自燃一直以來都是大眾關(guān)注的焦點之一，是當前汽車生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)有的技術(shù)水平不能防止車輛在正常使用過程中自燃？還是消費者操作過程中出現(xiàn)問題？這些都是亟待正視、研究并積極預防的。

1 純電動汽車異常自燃原因分析

從各方媒體報道的數(shù)據(jù)分析顯示，純電動汽車的自燃事件中充電自燃占比為38%，行駛中自燃占比為39%，其余自燃占比為23%。自燃原因非常復雜，具有易觸發(fā)、不易發(fā)現(xiàn)、多誘因的特點[1]，可以歸納為與其所特有的高壓動動力電池相關(guān)、不相關(guān)兩方面，其中與高壓動力電池自身因素、使用情況密切相關(guān)的自燃比率也最大。新能源汽車動力電池結(jié)構(gòu)復雜，且與傳統(tǒng)的燃油汽車電池結(jié)構(gòu)具有很大的差異[2]。當前在純電動汽車中使用最廣泛的高壓動力電池為磷酸鐵鋰電池（三元鋰電池）。這種類型的鋰電池特性為容量密度高，體積小，具有非?；钴S的化學性質(zhì)，空氣中的氧氣非常容易和鋰電池中的鋰金屬發(fā)生劇烈氧化反應，釋放出大量的熱量，如果這些熱量無法及時得到有效的散發(fā)則會產(chǎn)生自燃。

1.1 與高壓動力電池密切相關(guān)的自燃

1.1.1 充電過程中自燃的原因

純電動汽車充電分為直流快充電和交流慢充電兩種。無論何種充電方式，充電前系統(tǒng)均會與汽車電池管理系統(tǒng)進行“握手”通訊，由電池管理系統(tǒng)通過安裝在動力電池中各類傳感器的反饋信號來獲知動力電池狀態(tài)，從而給出一個合理的充電方案。充電過程中需要安裝在動力電池中的各類傳感器、電池管理系統(tǒng)、Pack、整車、充電樁等多方共同完成，多方各環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)合作非常關(guān)鍵，電池管理系統(tǒng)對動力電池的安全實行被動安全管理。如果各環(huán)節(jié)配合不協(xié)調(diào)、不兼容就有可能引起高壓動力電池組無法有效散熱而在高溫狀態(tài)下運行。由此，在高壓動力電池中會形成熱集中，使得動力電池的單體電池析氣量過大，電解液進入空氣之后和氧氣發(fā)生劇烈的反應導致自燃。充電過程中的自燃涉及軟件、硬件等多方面復雜的控制問題，是發(fā)生頻率較高的一種自燃原因。

1.1.2 行駛或放置過程中自燃的原因

純電動汽車在行駛或使用過程中均處于放電狀態(tài)，如果車輛在高溫高速下長時間重載過載行駛（大電流長時間放電），有可能導致高壓動力電池SEI膜被擊穿，電池組內(nèi)部形成短路，電解液氧化后形成的高熱導致動力電池組中單體電池熱失控，最終導致自燃發(fā)生。此類自燃原因非當前的技術(shù)水平達不到，而有可能是高壓動力電池制造企業(yè)、整車制造商為了降低成本忽略了安全性，對高壓動力電池品質(zhì)把控不嚴格、對電池管理系統(tǒng)設計要求過低、沒有形成對高壓動力電池足夠的安全設計保護所致。有部分是電池系統(tǒng)自身管理不夠完善、車輛與充電系統(tǒng)或車輛各系統(tǒng)之間通訊不兼容，通訊障礙導致漏液、短路等故障不能得到及時監(jiān)控并報警，最終引起熱失控而導致自燃。

純電動汽車在行駛或使用時是高壓動力電池放電過程，操作使用不當出現(xiàn)自燃容易理解，但在停放停駛過程中為何也會產(chǎn)生自燃呢？經(jīng)對多個媒體報道的案例進行研究發(fā)現(xiàn)，部分停放停駛后自燃的純電動汽車是由于停放在溫度比較高的環(huán)境如空調(diào)外機附近或高溫的地面所致。如夏季瀝清地面最高溫度可達60 ℃～70 ℃。而高壓動力電池大多安裝在車底部最低的位置，與地面的距離非常近，電池“被動”吸收地面大量輻射的熱量，而鋰電池正常的工作溫度一般<50 ℃，如果長時間停放在溫度比較高的環(huán)境，散熱環(huán)境不佳、系統(tǒng)工作不到位或散熱系統(tǒng)停止工作，熱量局部集聚則有可能造成電池熱失控，從而導致自燃發(fā)生。

另一部分自燃的純電動汽車在停放停駛前都有著重載或較長時間行駛的經(jīng)歷。正常情況下，重載或較長時間運行停下來之后的純電動汽車，高壓動力電池的電池管理系統(tǒng)所控制的散熱系統(tǒng)應繼續(xù)工作主動散熱，直至高壓動力電池溫度降至正常溫度以下方停止工作，之后還需要一直持續(xù)對高壓動力電池的溫度進行監(jiān)控。如果該系統(tǒng)在設計時不夠完善，無法對動力電池進行全時程全方位的安全保障監(jiān)控則有可能導致停放停駛的車輛因溫度失控而自燃。

1.1.3 磕碰、刮蹭及嚴重交通事故引起自燃的原因

當前絕大部分純電動汽車高壓動力電池一般都安裝在車輛的底部，采用鋁合金電池防護板制作成保護的箱體。國內(nèi)的純電動汽車傾向于將電池包殼體結(jié)構(gòu)做得盡量輕巧，導致對內(nèi)部模組和高壓器件的防護不足[3]。如果車輛在使用過程中出現(xiàn)因底部磕碰、刮蹭、腐蝕，導致電池保護箱體受損，則會影響電池箱體密封性。當車輛涉水、浸水或嚴重潮濕后，高壓動力電池內(nèi)部有可能會產(chǎn)生短路而引發(fā)自燃。

另外在突發(fā)嚴重的交通事故如碰撞、翻車、擠壓導致保護高壓動力電池的箱體受到?jīng)_擊或變形，高壓動力電池受損時也會產(chǎn)生內(nèi)短路繼而引發(fā)熱失控。如果在交通事故中出現(xiàn)導體直接插入高壓動力電池本體等穿刺情況，造成正負極直接短路瞬間產(chǎn)生大電流，則熱量快速劇烈生成加速自燃的發(fā)生。

1.1.4 涉水或浸水引發(fā)自燃的原因

一般情況下，對純電動汽車高壓動力電池箱體保護的防塵防水級別需要達到防護灰塵侵入、短時間防浸泡防護的IP67級，因此在正常使用時應該不會有任何的問題。對于車輛涉水或浸水后自燃這類情況是由于高壓動力電池的密封級別或標準沒有達到，或高壓動力電池箱的密封條嚴重變形，或者發(fā)生磕碰、刮蹭后電池箱體密封性不良使密封失效，高壓動力電池進水后電池短路或者電池管理系統(tǒng)失效，形成熱失控發(fā)生自燃。

1.2 與高壓動力電池不相關(guān)的自燃

1.2.1 由低壓供電系統(tǒng)引發(fā)自燃的原因

純電動汽車有高壓和低壓兩套電氣系統(tǒng)。低壓系統(tǒng)與常規(guī)的燃油汽車相同，使用12 V低壓蓄電池直流電源向電源管理系統(tǒng)、DC/DC、車身控制系統(tǒng)、車門車窗車燈等各種系統(tǒng)供電。因此與常規(guī)燃油汽車異常自燃原因也相同。如低壓線路老化、過載、短路、接觸不良或出現(xiàn)因磨損而導致電路“搭鐵”的情況則造成自燃起火的事故。低壓電路的自燃如果無法及時撲滅，則有可能會引發(fā)高壓動力電池更加劇烈的起火燃燒。

1.2.2 “非法”加裝或改裝隱患導致的自燃的原因

常規(guī)燃油汽車非法加裝或改裝有自燃的隱患，純電動汽車更是如此。非法加裝非原車標準的總成或配件、非法改動原車電路，很容易造成車輛線路電路過載或者短路故障導致自燃的產(chǎn)生。純電動汽車高壓電路是不允許改動、剝接、修復的，對高壓系統(tǒng)的部件或線路進行改裝或改動更有可能引發(fā)純電動汽車自燃的風險。

1.2.3 駕駛帶有故障或故障隱患車輛導致自燃的原因

車輛帶病行駛、帶故障隱患行駛一直以來都是行車的大忌。如果純電動汽車車輛本身帶有高壓、低壓部分的故障隱患如電路老化、插接器接觸不良、不按規(guī)定使用保險，事故車輛中線束隱蔽損壞且在維修時未發(fā)現(xiàn)未處理，或維修過程中無意損壞的線束導致的短路等原因，則有可能使車輛在使用過程中出現(xiàn)自燃的情況。

2 純電動汽車異常自燃預防對策

2.1 對于純電動汽車的選擇

正規(guī)廠家主流品牌的純電動汽車的車輛主控制器系統(tǒng)、高低壓系統(tǒng)、各種通信總線控制程序建設、電機控制程序設計、高壓電池組溫控技術(shù)、電池組單體電池溫控、故障逃生系統(tǒng)設計等整體體系均成熟可靠。而部分新興品牌以及二、三線品牌純電動汽車生產(chǎn)制造企業(yè)在研發(fā)設計的體系建設以及各種部件設計方面，對安全性的考慮或多或少都還存在不足，由此對車輛異常自燃防控與安全設計方面也存在不足。因此，建議消費者選擇正規(guī)廠家和一線品牌生產(chǎn)的純電動汽車。

2.2 按要求定期對車輛進行檢查、保養(yǎng)與維護

純電動汽車與常規(guī)燃油汽車一樣，需要按用戶手冊的要求定期到指定維修企業(yè)進行檢查、保養(yǎng)與維護。通過使用專用儀器、設備讓受過認證的專業(yè)技師對車輛低壓系統(tǒng)及高壓系統(tǒng)進行檢查。檢驗項目分為三電外觀檢驗及電檢。外觀與三電的硬件檢測主要包括電池、電機、控制器、高壓盒、充電機、線纜等。檢測結(jié)構(gòu)件是否完好、插接情況、有無破損磕碰劃傷、變形變色等。電檢主要是接車輛的CAN線進行絕緣情況、單體電池一致性、充電機、BMS、各個控制器數(shù)據(jù)等診斷[4]。發(fā)現(xiàn)問題或隱患及時處理，只有這樣才能對車輛的異常自燃做到防范于未然。

車輛在使用過程中，如發(fā)生底盤有較嚴重磕碰的情況，應盡可能在第一時間到指定的維修企業(yè)進行車輛底部檢查，特別應檢查高壓動力電池箱體的情況以確保其外部無損傷、內(nèi)部無異常。

2.3 充電時的各種注意事項

2.3.1 充電設備及充電設施的選擇

純電動汽車進行慢充充電時盡量采用原車配套的充電槍或正規(guī)廠家的充電設備設施進行快充充電時選擇合法合規(guī)的充電樁，而非法或私自安裝的充電樁在進行快充充電時發(fā)生意外的系數(shù)非常高。

2.3.2 充電方法的選擇

建議采用淺充淺放的方式，盡可能保證車輛動力電池電量隨時充足。如果有條件則最好能夠做到隨用隨充、隨放隨充，即每次使用之后就進行充電，避免動力電池過充過放。持續(xù)的過充電或過放電會引起電池的內(nèi)部短路[5]。同時，建議多使用慢充充電，少使用快充充電。

2.3.3 充電環(huán)境的選擇

在夏季高溫充電時，可先將車輛停放在陰涼處靜止一段時間后再進行充電。同時，避免充電的車輛停放在空調(diào)外機、冷卻塔等會受到長時間高溫“烘烤”的地方進行充電。

2.3.4 充電流程及規(guī)范操作

車主應遵守隨車附帶用戶手冊上注明的充電流程和各種要求進行規(guī)范操作，否則極有可能因充電電流過大而引發(fā)自燃事故。

2.4 對于特殊駕駛環(huán)境操作的注意事項

夏季行駛在溫度比較高的路面上盡量避免過載、長時間的重載或經(jīng)常性的急加速行駛，因為此時動力電池散熱能力將會受外部環(huán)境影響而導致散熱效率不佳。

駕駛純電動汽車涉水前，需明確車輛可涉水的深度并在涉水過程中緩慢通過，不明情況下不可強行涉水通行。

2.5 對于車輛的加裝與改裝

為了防止車輛自燃，不能隨意加裝或改裝車輛。對于純電動汽車上各種用電設備的電容量，汽車生產(chǎn)商均經(jīng)過反復論證、反復計算后才生產(chǎn)和制造，因此消費者不要私自隨意改動電路或改裝車輛，更不能夠私自隨意加裝或改動高壓系統(tǒng)，以免車輛“無端”自燃。

2.6 對于車輛的停放

不要隨意停放純電動汽車車輛。在夏季高溫多雨的情況下，停放地點可選擇通風、陰涼、有遮避、地勢較高的地方，避免車輛受到暴曬、暴雨強淋以及水淹。如果有選擇，車輛也盡量不要停放在溫度比較高的環(huán)境，如烤房、鍋爐房、空調(diào)外機附近。

3 結(jié)語

由于各種原因?qū)е萝囕v的異常自燃，讓消費者對純電動汽車產(chǎn)生了很大的畏懼感。如何更好地防范車輛自燃已成為當前解決純電動汽車安全的必答題之一。避免車輛自燃是一項復雜的系統(tǒng)工程，應該從

車輛的設計過程、制造過程、維修保養(yǎng)以及駕乘人員的安全意識等方面進行全面控制及提升[6]。從汽車設計制造開始一直到最終的消費者的使用操作，每個環(huán)節(jié)都不容忽視，只有這樣才可令車輛自燃可防可控。

[1]游煜城，張潤樾，黃澤平，等.動力電池熱失控對新能源汽車的危害[J].科學技術(shù)創(chuàng)新，2020（31）：170-172.

[2]梁海明，林明松.新能源汽車動力電池檢測與維護技術(shù)探討[J].西部交通科技，2020（9）：166-168.

[3]張 凡.新能源汽車的自燃之惑[J].中國品牌，2020（12）：82-85.

[4]阮藝亮.我國新能源汽車起火事故分析與對策[J].汽車工業(yè)研究，2019（3）：31-35.

[5]陳澤宇，熊 瑞，孫逢春.電動汽車電池安全事故分析與研究現(xiàn)狀[J].機械工程學報，2019，55（24）：93-104，116.

[6]李敬文.汽車自燃的原因及預防[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（21）：10-14.