新能源汽车起火背后的安全性分析

身为一个80后，还是很关心林志颖的车祸事件——他所驾驶的车辆由于行驶途中向右偏移，导致车头撞向路边桥墩，在车上还有小儿子Jenson。目前父子俩均没有生命危险，但林志颖受伤的情况就相对比较严重一些，右肩膀等多处骨折，颜面也因撞击造成脸骨骨折，额头部位也有破相，需要一定的时间恢复。由于撞击的部位在头部，所以接下来的72小时仍是关键期。

这件事点燃的不只是一辆特斯拉，更是点燃了大众对电动汽车的安全性的再度怀疑，所以我想花一些时间来聊聊这个案例，以及电动汽车的安全性。

林志颖遇到的安全事故

首先据警方透露，已排除了酒驾，具体事故原因还在调查中，结论以调查结果为准。但我们可以先猜测一下这里的可能性：

◎ 林志颖本人在驾驶车辆，误操作致使车辆撞上柱子

◎ 此时的车启用了辅助驾驶Autopilot，但系统在分岔路上失灵，导致事故发生

目前都是猜测，得等车主伤势恢复后自己来说明，或者特斯拉公布当时的上传数据，我们不做判断。

根据目击者描述，林志颖受伤后由于伤势严重，全靠救助者先后把孩子和大人救出，之后不久，汽车就燃起了大火，情况一度非常危险。

为什么车会起火呢？

新能源汽车起火

电池起火的原因可以分为内部和外部：

● 外部

在遭受外部撞击时，电池结构受到破坏，电芯内部热失控会导致起火。

● 内部

但事实上有些车没有遭受撞击，也会电池热失控，这时的原因来自电池内部。比如电池制造过程中引入的电芯内缺陷（比如细微金属碎屑）导致内部短路；或者电池长期使用后老化，电芯内部产生了枝晶锂，触发了电池内短路。这些内短路在高电量状态下有一定的概率引发起火。

尤其在充电过程和充满电的状态下，电池内部比较活跃，这些时候都是起火的窗口期。

这次事故中，特斯拉Model X的前部受到撞击变形。其实特斯拉在设计中有考虑过汽车正面碰撞的保护——前部机舱有三条传力路径来保证碰撞力的有效传递及电池安全，分别是吸能盒+纵梁（主要传力通道）、下横梁+副车架 和Shotgun。

▲图4. 特斯拉的车辆设计碰撞力学设计

不过，此次特斯拉起火，目前看起来还是碰撞冲击太大，导致上面的保护措施都失效，电池受损，最终导致发生燃烧。

这是典型的外部原因导致的。

目前全球范围内，都在努力做电池安全的设计：致力于让单个电池热失控以后，阻断电芯之间失控的链式反应，让整包不会起火。技术改进主要在电芯层级和系统层级两个方向。

目前技术的手段有：

● 化学体系的差异

从设计难度上、或电池系统的活跃程度来看，三元811>三元5系>磷酸铁锂；电池的稳定性正好就是反过来的，磷酸铁锂电池是相对更安全的。

目前主要的难度还是在高镍电芯方面存在挑战。

● 电芯之间的热隔绝材料

目前的电池包，会在电芯间会加入隔热材料（比如气凝胶），隔绝电芯之间的热失控。

● 一定电池区隔之间可使用隔热材料

每隔一定的电芯数量间都采用高温绝热复合材料，然后配合防护罩设计定向排爆出口，将高温气体流排出。

● 泄压和排气

通过设计多种类换流通道设计，控制热源按预定轨迹流动，减少对相邻电池区块进行热冲击；并且控制电芯热失控排出的气体流，在不同结构通道内的均匀分布，设计纵向通道（底部换流通道）等，避免对相邻的电芯产生急剧性的热冲击，引发第二次热失控。

● 绝缘设计

对电池包内的高压部件进行绝缘防护；对电池包内的高压连接及高压安全区域进行高温绝缘防护设计。

▲图5. 在高镍领域热失控不扩散也成为行业标准

 

如何看待新能源汽车起火的事故

这次事故中，还好有路人帮忙。如果自己在新能源车里，突然遇到起火、且无法开门的情况下，如何自我保护？新能源车起火，是否意味着车内所有操作都会失灵？

目前国家最新的《电动汽车用动力蓄电池安全要求》中明确要求，当电池发生热失控以后，电池不能起火爆炸，要留出5分钟给乘客逃离。

如果在电池单体失效的情况下，系统不发生热扩散，就能极大降低热失控后的烟气危害；建筑物内，如果只是局部出现个别电芯单体热失控产气量，就比较容易把排烟的范围控制住。这样的话，公众对于下个阶段大规模的保有新能源汽车就比较有信心，对新能源汽车的安全性认知就更充分，可以最大程度保护生命财产安全。

▲图6. 动力电池在封闭空间里面的热失控带来的问题

我认为这个数据还需要延长到30分钟以上，电动汽车出现这种报警，第一时间需要通知应急消防部门，如果车主可以操作把车停到紧急车道，然后开门让乘客下车。千万不要慌张，出现热失控报警，需要第一时间处理并停车。

▲图7. 中国领先于全球率先在电池热失控扩展实验中积累了很多

小结：新能源汽车的电池，除了在碰撞之后容易发生起火之外，诱发起火的原因还包括：电池受到其他损害，比如：长期使用后的老化、电池泡水等；另外高温环境对电池也不够友好。

电车相比技术发展得十分成熟的燃油车，的确还有很多可以改进的地方；这几年的技术也确实进步不少。

编辑：黄飞