中國儲能網迅：新能源汽車蓬勃發(fā)展的這十年，逐漸變大的基數(shù)帶來了更多新能源汽車著火事故被報道出來，新能源汽車安全形勢日趨嚴峻。
真問真答：平時停車，你會刻意停得離新能源車遠一點嗎？
為何新能源汽車自燃是只薛定諤的貓？本文解答不了所有難題，但可以為你揭開最淺的那層迷霧。
新能源汽車自燃事故總能成為頭條
一臺特斯拉 Model S 蹭底之后，車載系統(tǒng)發(fā)出警告（蹭底后 45-60 秒），車主及時逃離（再過數(shù)秒），車子很快就燒沒了（離車 120 秒后），特斯拉股價跌 6%（這時抄底特斯拉美股特別爽）。
在新型鋰離子電池陸續(xù)裝備新能源汽車的產業(yè)起步階段，每一次電池自燃事故都能成為海內外新聞熱點，對新能源車的不信任從未消停（塞麥爾維斯反射 Semmelweis Reflex），群眾抵制的呼聲更隨著國家推廣新能源汽車的熱情而變得更加 " 叛逆 "。
小編同事買了一臺蔚來 ES6，隔壁車位的業(yè)主擔心自燃，" 疑似 " 動用私人關系讓片區(qū)警察上門進行處分（此警察宣稱全廣州市都不允許裝地庫充電樁）并強制要求拆卸，后因現(xiàn)場視頻素材被網絡曝光，" 疑似 " 違法動用關系的隔壁車位業(yè)主才終于消停。
我們可以說某些群眾是無知的，某些公仆也是不明就里的，但事情根本原因依然是消費者對新能源車（準確來說是動力電池）的不信任。
電池熱失控的機理
六成新能源車著火事故是電池本身熱失控引起的，三成是充電事故，只有 3.6% 左右是因為行駛事故中的撞擊。
熱失控的機理（學界一般稱為 " 濫用 "）可分為物理和電化學兩大方向，為了讓讀者更好理解，小編把它分得更細一些：
1、穿刺
這是最不講武德的物理攻擊，將一根導體（比如直徑 3mm 鋼針）插入動力電池中，正負極直接短路，熱失控速度超快，幾乎是瞬間就開始對外噴射火焰。
穿刺的機理是內部短路，這種情形就像潛水艇在水下被物理擊穿，除了全員殉國之外就沒啥其他可能性了。
自 2021 年 1 月 1 日實施的動力電池安全新國標 GB 38031-2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》，并未引入穿刺試驗，現(xiàn)有的試驗則分為幾類，其中電池單體進行過放電、過充電、外部短路、加熱、溫度循環(huán)、擠壓試驗，電池包或系統(tǒng)進行振動、模擬碰撞、擠壓、濕熱循環(huán)、浸水、熱穩(wěn)定性、溫度沖擊、鹽霧、高海拔、過溫保護、過流保護、外部短路保護、過充電保護過放電保護試驗。
雖然怎么都找不著穿刺試驗，但之前就有自媒體給比亞迪磷酸鐵鋰刀片電池（CTP）做了一個，最終沒起火，只是煮熟了雞蛋。被打臉的寧德時代此后也發(fā)布了新款的安全電池，聲稱 " 只冒煙不起火 "。
這種有益車主安全的軍備競賽多多益善。
2、內部短路與鋰枝晶
內部短路很好理解，就是單體電池里頭的正負極短接了，相當于自殺。自殺也分為快速自殺和慢性自殺兩種，穿刺其實是內部短路當中的快速自殺，最兇險的一種，立即有報應，直接毀所有。
慢性自殺的內部短路就要提到最近兩年我們才更多談起的 " 鋰枝晶 "，其實這個問題已經困擾電池界數(shù)十年了，關于它在鋰離子電池中的形成原因，小編分幾步講講：
1、液態(tài)電解質的鋰離子電池在首次充放電時，電極材料和電解液在固液相界面上發(fā)生很復雜的反應，形成一層覆蓋于電極材料表面的鈍化層，其中負極上的 SEI 膜（Solid Electrolyte Interphase）對電池的影響更大。這層 SEI 膜具有有機溶劑不溶性，是電子絕緣體所以 e- 過不了，同時是良好的離子導體所以 Li+ 很愉快地過去了。
2、SEI 功勞這么大，結果就是有一種叫 " 鋰枝晶 " 的東西要毀掉它。當鋰離子在負極表面不均勻沉積就會成為鋰枝晶的反動小團體（析鋰效應 Li Plating 造成的 鋰轉化 Conversion），最可怕的是它還會繼續(xù)不均勻生長下去，變得更長、更粗、更尖，" 雨后春筍 " 一般。
3、當春筍長到一定程度，就會自然收割（靠近負極部位溶解），鋰枝晶脫離電極，成為失去電化學活性的 " 死鋰 "，電池容量降低。
4、降容還只是最小的事，大不了充電頻繁一些。最無語的是這些鋰枝晶還會刺破電池 SEI 隔膜（有學說否定這個說法），內部絕緣狀態(tài)被打破，內部短路，自燃，釋放小宇宙，進而火燒連營。
P.S. 鋰枝晶生長的速度與 Li+ 偏移速度正相關，所以快充更容易生成鋰枝晶，電池循環(huán)次數(shù)多則有更多鋰枝晶（老舊電動車更容易自燃）。
P.S. 鋰枝晶是一個很大的話題，之后再另辟長文展開，夏至前寫出來（反正我又沒承諾哪一年夏至），保證不太監(jiān)。
3、快充
快充之所以快，就是強行使鋰離子快速從正極嵌出并嵌入負極，增大鋰離子的流量與速度。強扭的瓜不甜，快充會影響 SEI 的穩(wěn)定性，還會在短時間內帶來比較大的發(fā)熱量，發(fā)熱也不均勻。
圖片
這時候我們要提一下電池領域的三個溫度：T1 自生熱起始溫度、T2 熱失控引發(fā)溫度、T3 熱失控最高溫度。T2 是一個很關鍵的溫度，其機理在學界還沒研究透徹（摘自歐陽明高院士演講稿）。
當然，因為有冷卻系統(tǒng)的存在（風冷或者液冷），且電池換能效率特別高（熱效率高于 95% 不少，不像內燃機那么弱雞），電池沒那么容易到達 T2。
這時候最魔幻的事情來了：析鋰效應可以大幅度降低 T2。
配合 " 快充讓電池發(fā)熱量高且不均勻 " 這一條，電池內部一不小心到達 T2 熱失控引發(fā)溫度，完犢子了。
4、過充電
充電過程中，Li+ 從正極化合物脫出到達負極晶格，正極處于高電位的貧鋰態(tài)，負極處于低電位的富鋰態(tài)。為了平衡電荷，相同數(shù)量的 e- 從負極脫出，嵌入正極。放電過程，反推即可。
如果過充電（over charge，充滿了還繼續(xù)充），就會有過量的 Li+ 嵌入負極，正極則因為 Li+ 的過度脫嵌導致結構崩塌（發(fā)熱 + 氧釋放），氧氣的釋放還會進一步造成電解質分解，電池內部壓力增加，熱失控風險大增。
小時候玩四驅車的時候，多數(shù)小朋友都會選擇過充電，以此獲得更好的比賽成績。只是過充電之后，鎳氫電池的內部結構會崩塌，最終 " 爆漿 "。
另有研究表明，過放電過程中負極的溫度始終高于正極，當內部短路出現(xiàn)時，熱量在繞卷中積聚，進而增加熱失控風險。
5、過放電
很多朋友應該遇到過，智能手機和筆記本電腦的鋰離子電池用到 3-7% 左右，系統(tǒng)會自動關機 / 進入待機狀態(tài)。這是系統(tǒng)在防止電池過放電（over discharge，低于門限電壓繼續(xù)放電）。
如果過放電發(fā)生得過于劇烈，最低電壓的那節(jié)電池就會發(fā)生 " 反極 "（類比成泰國變性？），這節(jié)最弱小無助的電池會被其他串聯(lián)電池進行反向充電，電壓是負值，活性物質結構崩塌，等效成一個電阻，異常發(fā)熱，Game Over。
6、振動 / 擠壓 / 碰撞 / 火燒等
這里統(tǒng)一說四種類型的濫用，都是外部環(huán)境給電池包的物理攻擊，以下描述一下 GB 38031-2020 會對受測試電池包做什么：
1、振動：SOC 50% 以上，根據(jù)標準頻率在 x、y、z 方向各振動 1 小時，模擬車輛顛簸。
2、擠壓：測試方式是擠壓整體尺寸的 30%，模擬車輛被受力擠壓。
3、碰撞：整車質量 3.5 噸以下的受測試對象，x 方向加速度最大 28g，y 方向最大 15g，模擬車輛被碰撞。
4、火燒：0 ℃下，用汽油火盤給預熱 60 秒、直接燒 70 秒、隔著耐火隔板燒 70 秒（或繼續(xù)直接燒 60 秒）、靜置觀察 2 小時，模擬車輛被火燒。
以上四種工況，都是行車途中可能遇到的，其中車輛顛簸最常見，如果電池本身機械性能太菜，或者模組造得不結實，均有一定風險，當然這種可能性很低，之前有新能源車因線束固定不牢固被召回也不是電池包內部線束。
擠壓、碰撞、火燒都是車輛碰撞中可能衍生的濫用，有可能造成電池結構崩塌、SEI 膜撕裂、電解液泄露、內部短路等問題。
7、外部短路
初中時候我們學過外部短路，正負極在電阻非常小的情況下連接成通路，因為 I=U/R，所以電流過大，熱量過多，電池受損。平時我們手握 5 號電池正負極，電池不會因此完蛋，是因為人體電阻有 100000 Ω 那么大。
在國標的試驗中，電池要在僅僅 5m Ω 的外部線路中短路 10min，通過了才能上市銷售。
造成外部短路的原因有很多，除了剛剛說到的碰撞，還有導體污染、浸水等。其中浸水是個很大的問題，2012 年美國 Fisker 有 16 倆 Karma 就是因為在紐瓦克港被颶風 Sandy 次生的海水倒灌淹到了頂，隨后自燃成了廢鐵。誰說水火不容的？電池能讓水災轉身變火災……
浸水還會讓 BMS 失效，電控失效之后，就如航母被打掉了艦島，接下來發(fā)什么神經你也別太驚訝，一切皆有可能。
外部短路的禍首是熱量，所以在達到 T2 之前掐掉短路，或許還有得一救。如果是電動自行車雨天在外充電起火，那還是別去救了，趕緊拉閘、滅火、報警、逃離，惹不起惹不起。
電動汽車的絕緣和 BMS 做得好很多，雨天充電沒啥問題，別讓充電插頭灌了水就行。目前大廠家的電池包都有 IP67 防護等級，7 代表電池包在 1 米深的水里面可以泡 30 分鐘不失效，但非常不建議大家拿去涉水，電池包不進水，其他零部件泡了這么臟的水也是不行的，車況會迅速老化。
所以那些自以為是開上了電動汽車就可以隨意涉水不怕熄火的朋友，下次請悠著點了。
8、鏈式反應
單體電池（電芯）熱失控并不可怕，可怕的是鋰離子是自備燃燒條件的，在每個單體電池里面都有還原劑和氧化劑，萬事俱備，連東風都不用，直接上 " 鏈式應 "，愛因斯坦騎單車圖來一個。
所以，絕大多數(shù)單體電池都是被帶節(jié)奏給帶起來的，別睡了起來嗨，來一曲《愛的供 " 氧 "》，沒多久就嗨過頭了，TR 王炸，天地滅。
9、土法改裝
目前多數(shù)電動汽車改裝都不屬于 " 汽車改裝 "，應該屬于最 low 的 " 汽車化妝 "，不動電氣線路的話影響不大，只是風阻更大些、續(xù)航更低些而已，基本無公害。
最麻煩的土法改裝是 PHEV 插電式混合動力車型 " 慢充改快充 "，這草根改裝法的原理是利用機艙內電控器接口接入動能回收系統(tǒng)，用全車唯一大功率的動能回收線路進行快充，最高可以改到 30kW 充電功率。
無論動力電池是否有快充能力，其實都具備高倍率充放電的能力，只是受損狀況是不明晰的，本身有快充能力的電池可以更多次地快充快放，本身無快充能力的電池只能 " 折壽 " ……
說動能回收系統(tǒng)的充電倍率只有 3C 左右，理論上不會對 PHEV 動力電池造成太大的傷害，但若動力電池本身就沒做太多冷卻優(yōu)化，長時間大功率充電也會有熱失控自燃風險的，工程師在做初始標定的時候根本就沒想過車主要開車 " 連續(xù)下坡 1.5 小時 "。當然，目前 PHEV 改快充之后都是著車充電的，液冷系統(tǒng)循環(huán)會跑起來，熱失控的可能性比較低，但若遇上風冷系統(tǒng)，這一臺靜止的車就有風險了，而且保險對這種土法改裝還是大額免賠的。
為了防止熱失控，應該做哪些措施？
包含且不限于：
1、養(yǎng)成良好的充放電習慣
條件允許的話，慢充為主，快充為輔。不過因為很多家庭都沒有固定車位和私家充電樁，所以這個理想的模式并不好操作。
當然，快充自燃的概率很低，最損害電池健康的還是過充電與過放電。為了防止過充電，可以自行限定 SOC 不到 100%（之前蔚來就在自燃事故之后限定過 SOC 不能超過 90%）；為了防止過放電，就不要每次都把電量用盡再充。
目前來看，HEV 非插混與 PHEV 插混的自燃事故很少，主要是因為 HEV 和 PEHV 沒有續(xù)航焦慮，不需要過充，電池不會像漲到快炸的能量包。
2、養(yǎng)成良好的用車習慣
盡量不要魔改，盡量不要涉水，盡量不要暴雨天充電，電池熱失控之后趕緊全員跑路并報警，救不回了就別勉強。
3、改良 BMS 與冷卻系統(tǒng)
改良 BMS 電池管理策略，盡量避免過充電和過放電，外部短路盡快處理，熱失控早期進行預警，熱失控后系統(tǒng)自動通知消防和醫(yī)院（以后或許可以 OTA 成功）。
冷卻系統(tǒng)的效率也很重要，風冷廉價但極限低，液冷昂貴但靠譜些。一套好的冷卻系統(tǒng)不是在電池熱失控時進行損管，而是提供一套 " 讓電池始終舒適 " 的溫控方案，盡可能延緩鋰枝晶生長的速度。
4、改良電池配方
提升正極、負極、電解液、隔膜的熱穩(wěn)定性是很難的事情，特別在高鎳 / 低鈷無鈷配方盛行的時代背景下。高鎳意味著高容量（炸彈內餡更豐滿），低鈷無鈷意味著低穩(wěn)定性，這種正極材料將是目前和將來多年的主流。
更堅韌的 SEI 隔膜，更穩(wěn)定的固態(tài)電解質，這些都是可能實現(xiàn)的解決方案之一。如果能延長熱失控的時間，將逃生時間從 2 分鐘增加到 30 分鐘左右，新能源汽車自燃的致死概率將大幅度降低。
目前最容易實現(xiàn)的方案應該是增加更多阻燃劑或其他輔助劑，讓電池配方更加不容易自燃?，F(xiàn)在已有廠商宣稱造出了 " 只冒煙不自燃 " 的電池，是否真實還得看上車上路后的效果。
動力電池配方們現(xiàn)在很糾結，我們一方面要求它足夠活潑，充電速度快、放電功率大；一方面要求它足夠淡定，遇到撞擊、浸水、加熱、過充放都不會熱失控。
這很人格分裂好不好。對了，成本還不能高，高了賣不掉。" 我要五彩斑斕的黑色 "，害，一聽需求就知道是老甲方了。
5、加強電池包結構
防塵、防水、隔熱、阻燃、防呆，這些項目都可以繼續(xù)加強，但成本和重量可不能無限制加上去。
泄壓閥當然還是要有，防止爆炸當然是好事，不過肯定會有副作用，2019 年 4 月上海徐匯區(qū)裕德路泰德花苑小區(qū)地下車庫的 Model S 自燃就對旁邊泄壓，把旁邊的奧迪直接燒透了。
6、監(jiān)控電池健康狀態(tài)
新能源車的保養(yǎng)周期比汽柴油車更長，電池健康狀態(tài)如何一直都是未知數(shù)，僅靠車載 BMS 去監(jiān)控，能做的事情有限。
如果經銷商能在車輛保養(yǎng)期間對動力電池進行全面檢修，老車老電池自燃的概率會降低。蔚來為代表的換電模式，在電池健康檢測方面有天生的優(yōu)勢。
目前六成的熱失控都是電池內部崩塌自燃，罪名多數(shù)都套給鋰枝晶（是否正確還沒有定論），所以我們就要監(jiān)控析鋰效應發(fā)生的進度，有損的檢測方式包括核磁共振波普技術、光學顯微鏡技術、透射電鏡技術等，均需要拆開電池包；無損診斷的方式包括阿倫尼烏斯曲線、內阻－容量曲線等方式。
7、自燃險的條款擴充
如果熱失控無法避免，起碼得有一個東西兜底，那就是商業(yè)保險。
目前中國消費者購買新能源車，保險條款與汽柴油車是一致的，并沒有對新能源車主權益進行特定的保護。新能源車的推廣是國家意志，未來新能源車必然是主流，保險行業(yè)暫時還沒跟上節(jié)奏。
何時才能開上安全的新能源車？
這個問題很難回答。
就如小編剛剛所言，我們一方面需要車子充電更快、加速更快，一方面需要車子不易自燃，那么動力電池配方不能在你需要它活潑的時候一定不穩(wěn)重，需要它穩(wěn)重的時候一定不調皮。就算有解決方案，目前也一定不便宜。
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在有限的預算和技術下，我們當前能做的事情是：盡量買大品牌的動力電池和新能源車，不要過充電 / 過放電，不要去涉水。
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接下來很長一段時間內，動力電池安全都將是業(yè)界最重要的話題（刷續(xù)航逐漸成為低級攬客手段），充分競爭下的動力電池行業(yè)，會逐漸涌現(xiàn)出一批價格合理的安全電池。
