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电动车自燃“烧”出哪些新问题?

2019-05-24微尚网 正體
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新能源车自燃事件,在最近一个月内一波未平一波又起。自燃背后,行业面临着哪些新问题?新能源车风险真的很大吗?童济仁汽车评论 编辑丨张杭天最近频频出现在新闻中的电动汽车

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新能源车自燃事件,在最近一个月内一波未平一波又起。自燃背后,行业面临着哪些新问题?新能源车风险真的很大吗?

童济仁汽车评论 编辑丨张杭天

最近频频出现在新闻中的电动汽车自燃事件,似乎打击了整个行业的信心。车企忙于公关清除负面,技术人员加班加点寻找解决方案,而用户也对购买一辆新能源汽车产生了前所未有的担忧。

自燃,这两个字对于新能源汽车究竟意味着什么?我们又该如何理性地看待新能源汽车自燃?笔者作为一名汽车专业人士、汽车行业从业者,同时也是一名真实的纯电动汽车车主,在此聊聊自己的观点,与大家共同探讨。

▎为什么会发生自燃?

目前绝大多数电池均采用锂作为得失电子,即发生电化学反应的载体。它有极高的化学活性,当金属锂与氧气直接发生接触时,便会引起剧烈的燃烧与爆炸。

电动车自燃“烧”出哪些新问题? v118.com了解这一特性后,在研发锂电池时会遵循两大基本安全规律:

尽可能隔绝空气与含锂电极材料接触的可能性;

尽可能将锂原子嵌入在其他材料中,或者以离子形式存留在电解液中,避免金属锂晶体的产生。

相反地,只有当这两大设计同时失效,电池的自燃才会发生,具体表现为:

因外力变化(挤压、碰撞、穿刺等)或内部局部温度过高压力失控,导致空气突破密封性设计,进入有可能与电极发生接触的内部结构;

过充等原因造成金属锂晶体析出,既没有以离子的形式待在电解液里,也没有被所在电极材料的笼式结构包裹。

电动车自燃“烧”出哪些新问题? v118.com除此之外,不可忽视的还有在电池内局部发生热失控的情况下,即使短时间内没有空气侵入,依然有可能因为相变生热(例如隔膜液化等现象),发生包括短路等一系列连锁物理化学反应,导致能量急剧累积或容积尺寸快速改变,并最终引发爆炸。

锂金属与空气发生的剧烈氧化还原反应,与电池内部的热失控,很难说彼此之间非常泾渭分明,情况可能同时发生于某次自燃事件中。但是现有锂电池已经形成了一套包含可闭隔膜空隙、排气阀、局部热管理、过充保护等技术的完整电池保护方案,使锂电池的安全性完全达到可以投入商业应用的场景。

电动车自燃“烧”出哪些新问题? v118.com既然已经有了这么多考虑,那么这些电动汽车自燃的案例,究竟是哪些环节没有做到位呢?

▎安全测试,还有漏洞?

目前,动力电池组的安全性能指标与测试方法,已有工信部制定的《GB/T 31485-2015》国家标准统一进行规范。

从标准中可以看出,蓄电池组需要经历过充、过放、短路、跌落、加热、挤压、针刺、海水浸泡、温度循环、低气压等严苛的测试条件,且在一定的观察周期内(1h 起)不发生起火、爆炸或漏液等严重问题,方可交付量产。

电动车自燃“烧”出哪些新问题? v118.com这样的测试条件,几乎远超出普通用户使用的条件边界,能通过这样的测试并量产的电池,理论上来说在用户常规用车过程中是不会出现能够引发自燃的问题。

那是自燃的电动汽车动力电池都被这样 " 蹂躏 " 过?也不尽然。从国标测试项目来看,尽管每一项都十分极限,但是各个测试环节之间存在独立性,既不会有同一个电池参与多个项目测试,对于每个项目的评价也没有关联。而真实用车场景中,尽管很少出现极端情况,但复杂工况造成的交变、交叉影响,却是目前的标准测试很难反映的。

正如之前所分析,只有当若干安全性设计思路同时失效,才会导致电池组内部的失控。不妨大胆猜测,如果将品控问题导致的出厂缺陷也算在内,自燃车辆至少发生了两种或以上的非正常电池工作状态(例如发生碰撞后再过度充电),而类似这种复合型测试,目前并未被列入动力电池强制考察的标准范围内,这也是从测试环节无法发现的结构性风险。

▎ BMS,失效样本不足?

对于真实用户的使用场景而言,两种或以上对动力电池产生损害的非正常工况在时间维度上往往不具备连续性。这意味着如果某种非正常工况对于电池的结构性损害可以通过 BMS 电池管理系统的直接或间接参数测量被及时发现并采取相应的报警或补救措施,就可以避免更严重的自燃等情况发生,从而避免人身安全危机与财产损失。

但遗憾的是,新能源车的动力电池问题并不像传统内燃机车油液不足或发生泄露那么容易观测,甚至内部已经出现机械损伤的动力电池从外观看上去和正常电池也许都没有什么区别。而 BMS 通过电池电压、温度、内阻等间接测量信号进行动力电池健康状态的准确估计与安全预警,这项技术目前在全行业都还处于不断探索的阶段。

电动车自燃“烧”出哪些新问题? v118.com但能够进行动力电池健康状态的准确估计,并对潜在的隐患进行提前预警,几乎是解决电动汽车自燃及其它突发性危害工况的唯一途径。换言之,只有找到这些间接测量信号数值与动力电池真实存在的风险或失效形式之间的关联,才有可能在最终事故酿成前及时采取措施。

显然,对于动力电池自燃原理性的认知,有助于把握这种关联潜在的表达形式。例如,某个动力电池单体异常的升温,极有可能是高度危险的信号;动力电池单体电压的不均衡度超过一定限值,或者某个动力电池的内阻与其它差异过大,同样可能会引发动力电池过热。

但是,就如同结构工程师研究碰撞实验后的车身一样,只有研究足够多极端失效情况前的测量数据样本,利用大数据不断进行机器学习,才能总结出高效、高准确度的动力电池安全预警模型。

然而,目前国内的新能源汽车行业现状是,利用动力电池的台架测试积累数据尚不能完全满足动力电池健康状态与安全预警模型的准确建立。而真实运行的新能源汽车,无论是绝对数量还是数据收集与统计分析,对于类似的失效样本,都还远远不够。

这就引发了一系列问题:在新能源汽车发生碰撞后,哪怕是一个很小的追尾事故,对于动力电池的状态会不会产生影响?即便外观无法看出异常,但电池内部是不是已经有了潜在的风险?而车辆在日常保养、碰撞后的维修中,有没有专门针对动力电池进行安全检测的流程及方法?厂商是不是能清楚地告知用户,在车辆碰撞维修后,动力电池是不是处于安全使用的状态?

新能源汽车时代,无论是对厂商的售后流程规范、技术手段,还是对车辆的保险规则制定、定损方式,都提出了新的挑战。

▎大火背后,留给行业哪些思考?

相较一百三十多年历史的内燃机车成熟技术而言,电驱动的相关技术规模化发展不过就是近三十年左右的事情。因此存在认知水平的差距在所难免,由此引发一系列的风险,也是无可辩驳的事实。但放眼社会的进化史,却无不是由 " 风险控制 " 与 " 风险消化 " 两种主旋律贯穿始终。

从控制风险的角度出发,更全面的组合型测试规则、更严苛的企业标准,或许是验证动力电池安全性的未来发展方向。同时,微观领域的研究,以及测量技术的进一步发展,有助于为 BMS 系统决策提供更多有价值的信息。在因为追求动力电池能量密度提升,而使正极活性更高的 NCM811 电池即将普及的今天,这些研究的方向对于风险控制显得尤为关键。

电动车自燃“烧”出哪些新问题? v118.com在风险仍然存在的当下,如何将风险合理消化,更具体地说,如何为新能源汽车的自燃险重新定义与定价?对于碰撞事故的定损,新能源汽车是否会有全新的计算模型?或许都是保险公司开始值得认真思考的话题。而新能源汽车的保险模式、保险规则,注定会因为技术条件的不同与传统汽车产生巨大差异,当下依然按照传统汽车制定保额、定损的模式,已经逐渐显露出它的不适应性。

在用户层面,鉴于对车辆操作驾驶的不熟练,对车辆突发情况处理的冷静程度,以及对新能源汽车三电系统工作原理、车辆维保流程的欠缺了解,我们并不推荐单纯因为指标、牌照等政策客观因素而盲目购买新能源汽车作为自己的第一台车。而在厂商层面,对于用户发生新能源汽车碰撞、高强度非铺装路面行驶、涉水等情况,也要对其产生的动力电池风险有足够的安全提示及后期应对措施。

同时,站在保险行业的角度,诸如自燃险等传统汽车中少有关注的险种,应当在新能源汽车上得到更多的重视。而新能源汽车碰撞后的定损、理赔及对接下来保费的影响,除了和传统汽车同样的规则外,针对动力电池这一部件,也应当有专门制定的规则。

而这一切,除了依赖于技术研发层面的不断进步,更加需要新能源汽车样本数不断增加后对大数据的收集、统计、分析。数据,显然在新能源汽车时代,变得更加重要。

▎写在最后

其实在新能源汽车自燃的问题上,笔者切身感受到一种悖论的存在——因为新能源产品的不成熟性,用户不希望成为 " 小白鼠 ",但是只有当行业依赖足够大的样本基础,才能有效做到 " 风险控制 " 与 " 风险消化 ",进而提高产品的成熟性。纵观历史,先进技术的发展无不需要经历这样的阶段。

这样的悖论何解?最终还是落脚在 " 幸存者偏差 " 上——空难看似危险,但飞机依然是最安全的交通方式之一。同理,以目前的技术水平,从统计学的角度,选择新能源汽车对用户的人身危险仍然是小概率事件。如果希望享受新鲜、低负担的用车体验,同时又能身体力行推动技术进步,那么为何又要因噎废食全面否定新能源汽车呢?

决定权,仍然在用户自己手中。

原文: 电动车自燃“烧”出哪些新问题?

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