純電動(dòng)汽車自燃原因分析及預(yù)防

陳風(fēng)月，王金生，江城城，張 營

(山東工程職業(yè)技術(shù)大學(xué)，濟(jì)南 250200)

1 研究純電動(dòng)汽車自燃原因的重要性

純電動(dòng)汽車較為環(huán)保，既適應(yīng)國家戰(zhàn)略，又能造福于人類可持續(xù)發(fā)展。因此社會(huì)給予了較高的關(guān)注度，發(fā)展較為迅速。根據(jù)大搜車智云網(wǎng)提供的數(shù)據(jù)顯示，新能源乘用車在2021年1—4月的銷量如圖1所示。

圖1 2021年1—4月新能源乘用車銷量(輛)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年4月銷售的新能源乘用車中，59.29%屬于純電動(dòng)汽車。但是推廣純電動(dòng)汽車的過程并不順利。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2021年1—5月，我國純電動(dòng)汽車(包括客車等)起火事故較去年增加20起，共達(dá)34起，涉及車輛數(shù)目38輛，比去年高出73%，其中新能源乘用車汽車起火27起，涉及汽車數(shù)量32量[1]。各事故發(fā)生的車輛狀態(tài)如圖2所示。

圖2 汽車自燃時(shí)汽車狀態(tài)占比

根據(jù)圖2可知，純電動(dòng)汽車的自燃現(xiàn)象發(fā)生在充電時(shí)、使用過程中和汽車靜止等各個(gè)環(huán)節(jié)。由于純電動(dòng)汽車從冒煙到自燃非常迅速，電池和線路滅火需要酌情而定，且滅火后容易復(fù)燃，容易造成人和物的損失。如2021年1月10日，正在行駛中的一輛純電動(dòng)汽車發(fā)生了自燃，經(jīng)聯(lián)系消防部門后，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)救援，但是由于純電動(dòng)汽車自燃速度很快，火勢(shì)較為迅速，救援難度增大，最后火被撲滅，純電動(dòng)汽車卻面目全非；2021年5月28日，正在充電的新能源車輛開始冒煙，慶幸的是車主發(fā)現(xiàn)后立刻采取措施，拔下電源后報(bào)警處理，在消防員開始撲救時(shí)，新能源車輛由于著火溫度升高，發(fā)生爆燃，整個(gè)車輛迅速被火焰包圍。

因此，純電動(dòng)汽車自燃具有突發(fā)性、快速性，研究純電動(dòng)汽車的自燃原因并采取措施可以降低自燃給人們帶來的生命和財(cái)產(chǎn)損失。

2 純電動(dòng)汽車自燃的原因

純電動(dòng)汽車起火自燃的原因可從人為因素和非人為因素兩方面探尋[2]。

2.1 人為因素

2.1.1 行駛過程中發(fā)生碰撞或底盤剮蹭

行駛過程中純電動(dòng)汽車發(fā)生碰撞或底盤剮蹭后，電池受外力沖擊，可能會(huì)破壞電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)，甚至穿透電池，從而出現(xiàn)電池漏液、絕緣受損以及短路的情況，引發(fā)自燃。特斯拉汽車就有過車輛進(jìn)行碰撞試驗(yàn)一周后又發(fā)生自燃的案例。經(jīng)分析，電芯在劇烈碰撞或高速碰撞后產(chǎn)生內(nèi)部虛短路，持續(xù)產(chǎn)生熱量熔化電芯隔膜后造成直接短路從而起火[3]。

2.1.2 純電動(dòng)汽車電池進(jìn)水

純電動(dòng)汽車多數(shù)符合IP67的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，后面的兩個(gè)數(shù)字6和7分別代表了“固態(tài)防護(hù)等級(jí)”和“液態(tài)防護(hù)等級(jí)”：6代表灰塵禁錮即塵埃無法進(jìn)入物體；7代表“常溫下，當(dāng)外殼暫時(shí)浸泡在1 m深的水里將不會(huì)造成有害影響。在防護(hù)等級(jí)范圍內(nèi)，純電動(dòng)汽車可以短時(shí)間浸水。但是水進(jìn)入電池，也會(huì)引發(fā)短路，造成自燃。與磷酸鐵鋰電池相比，鋰電池進(jìn)水后危險(xiǎn)系數(shù)更高，因?yàn)殡姵匕鼉?nèi)部進(jìn)水后，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)可能會(huì)逐漸腐蝕鋰電池外殼，最終導(dǎo)致電極露出，電極遇水可能會(huì)發(fā)生劇烈反應(yīng)，最終引燃電池和汽車[4]。

2.1.3 充電不規(guī)范

據(jù)2021年1—5月自燃事故統(tǒng)計(jì)表可知，充電時(shí)汽車發(fā)生自燃的比例達(dá)到了22.2%。汽車充電時(shí)引發(fā)自燃的原因有很多，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

(1)由于使用不規(guī)范的充電線，線路老化導(dǎo)致自燃風(fēng)險(xiǎn)增加。

(2)充電時(shí)間過長。目前純電動(dòng)汽車快充模式充電所需時(shí)長3～4 h，慢充時(shí)長可達(dá)7～8 h。在溫度較高的夏季，充電方式最好以慢充為主快充為輔。而且不要長時(shí)間充電而不將插槍拔出。因?yàn)殡姵鼐哂凶苑烹娞匦?，長時(shí)間插槍停放充電，可能會(huì)因?yàn)殡姵仉娏肯陆涤|發(fā)充電模式，從而導(dǎo)致電池?zé)崾Э?。因此，盡管充電樁在新能源汽車上充電完成后會(huì)適時(shí)斷電，但為了降低風(fēng)險(xiǎn)，還是應(yīng)當(dāng)及時(shí)拔下充電槍，以免引發(fā)燃燒事故。

(3)充電環(huán)境因素。純電動(dòng)汽車在充電過程中，動(dòng)力電池組會(huì)產(chǎn)生熱量，為了及時(shí)散熱，要選擇通風(fēng)良好的環(huán)境，否則會(huì)在一定程度上增加汽車自燃的安全隱患。

2.2 非人為因素

(1)電池的類型及安裝位置。通過調(diào)查可以了解到，目前車企使用頻率較高的動(dòng)力電池主要包括三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池兩種，其優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

表1 三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池的比較

相比之下，安全性能高、不易發(fā)生自然的是磷酸鐵鋰電池。純電動(dòng)汽車的電池安裝位置一般位于車身中部地板下方，部分車型位于備箱內(nèi)，安裝位置涉及到安全性問題，發(fā)生碰撞后電池起火的隱患依然存在。

(2)電池單體內(nèi)部短路。蓄電池單體內(nèi)部短路包括兩個(gè)方面，第一是在低溫環(huán)境中或者在大倍率循環(huán)使用時(shí)，鋰電池可能會(huì)出現(xiàn)析鋰的現(xiàn)象，不斷生長的鋰枝晶會(huì)刺穿電解質(zhì)隔膜造成蓄電池單體內(nèi)部短路；第二是在蓄電池單體的制造過程中由于生產(chǎn)環(huán)境和操作不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致金屬雜質(zhì)混入，隨著蓄電池單體的循環(huán)使用導(dǎo)致蓄電池單體內(nèi)部短路[5]。

(3)線路短路及老化。純電動(dòng)汽車電路線路較燃油車更為繁雜，發(fā)生老化和短路的可能性也就更高；動(dòng)力電池具有大容量、高能量密度特點(diǎn)，一旦受外力擠壓發(fā)生變形甚至穿透，就可能造成短路增加自燃風(fēng)險(xiǎn)；電池老化程度與過充電有關(guān)系，也會(huì)增加自燃風(fēng)險(xiǎn)。

3 純電動(dòng)汽車預(yù)防自燃的措施

3.1 純電動(dòng)汽車使用過程中的預(yù)防措施

(1)減少碰撞。開車過程中盡量減少碰撞事故的發(fā)生，同時(shí)注意盡量不要走坎坷路線，更不要試圖越野，降低因撞擊埋下的安全隱患。

(2)警惕涉水。使用純電動(dòng)汽車時(shí)要留意電池的防護(hù)等級(jí)。同時(shí)在雨天要注意關(guān)閉車窗，路過有積水的路面時(shí)，盡量繞行避免蓄電池進(jìn)水引發(fā)自燃。

(3)規(guī)范充電。充電時(shí)要關(guān)閉車內(nèi)電源，選擇良好的充電環(huán)境，正確掌握充電時(shí)間，仔細(xì)檢查充電設(shè)備，嚴(yán)格按照動(dòng)力蓄電池充電說明進(jìn)行充電。充電結(jié)束后，按照先斷電再拔充電槍的順序操作。

(4)按時(shí)保養(yǎng)。雖然純電動(dòng)汽車有電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的保護(hù)，但還是會(huì)出現(xiàn)線路老化、元器件衰老的情況，因此應(yīng)定期對(duì)愛車進(jìn)行檢查和保養(yǎng)。

3.2 加強(qiáng)電池研發(fā)，提高安全預(yù)警

目前，純電動(dòng)汽車都配備了電池管理系統(tǒng)，不論車輛在充電還是在正常運(yùn)行使用中，都需要準(zhǔn)確可靠地完成對(duì)單體電池電流、電壓、溫度等狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測(cè)和診斷，確保電池組安全[6]。在電池研發(fā)及設(shè)計(jì)上，要綜合考慮安全性和能量密度，尋求最合適的平衡點(diǎn)。同時(shí)要加強(qiáng)電池預(yù)警功能研發(fā)，增加相應(yīng)的保護(hù)裝置。

4 總結(jié)

純電動(dòng)汽車在充電過程、行駛和停放狀態(tài)都可能發(fā)生自燃，自燃的原因涉及人為因素和非人為因素。在使用車輛過程中，要注意避免汽車碰撞、涉水等，同時(shí)電源生產(chǎn)商要研發(fā)高性能電池或者升級(jí)電池保護(hù)技術(shù)。只有在生產(chǎn)廠商和使用者共同努力下，才能降低純電動(dòng)汽車自燃概率?？傮w上看，純電動(dòng)汽車在出廠前都是經(jīng)過檢測(cè)的，自燃是意外情況，沒必要引起恐慌?？萍荚谶M(jìn)步，純電動(dòng)汽車的發(fā)展未來可期。