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扫清知识盲区 新能源车电池为何起火?

  [爱卡汽车 新能源频道 原创]

  最近电动汽车可是又“火”了一把,电池起火让刚刚放下里程焦虑的消费者们又多了一块心病,动力电池究竟有哪些种类、有什么性能优劣势以及为何会起火?今天我们带大家从电芯到电池组逐一解析。

题图

一、动力电池的类别

  首先我们常见的新能源电动汽车所搭载的电池,使用环境相对恶劣,且对容量、体积及重量等一些参数有较高的要求,其中电池主要性能指标包括:电压、容量、内阻、能量、能量密度、功率、使用寿命,在众多可循环使用电池中,锂电池的各方面性能参数最为适合纯电动汽车的使用场景。

比克电池

  锂离子电池属于新一代电池,也是目前对容量要求较高的用电器使用较多的电池。在新能源电动汽车上,主要使用磷酸铁锂电池及三元锂电池,所谓磷酸铁锂电池,是指正极材料采用磷酸铁锂的锂离子电池,早期由于其造价低(不含稀有贵金属,磷、铁资源丰富,价格低)、热稳定性好、循环寿命长等优点,磷酸铁锂电池被用作动力电池。

       不过随着用户对续航里程的要求提高,在乘用车领域,相对来讲能量密度较低的磷酸铁锂电池逐渐被三元锂电池替代。而在商业用车及公交车上,磷酸铁锂电池还会有一些应用,主要针对行驶路径相对固定或短途运输的车辆,因为低成本及高安全性对于商业用途来讲更重要。

       三元锂电池的全称为“正极材料使用镍钴锰酸锂(NCM)或镍钴铝酸锂(NCA)等三元聚合物的锂离子二次电池”。 根据正极材料的混合比例不同,三元锂电池分为多个体系,例如NCM811、NCM622、NCM333,数字代表3种元素的混合比例,例如NCM811内的镍钴锰以8:1:1为混合比例,也是目前能量密度最高的镍钴锰三元锂电池。不过配比调整也存在利弊,镍(Ni)提高后随之容量提升,但稳定性也会降低,电池安全性受影响。对于新能源车来说,续航里程的提高是硬性指标,而安全方面更为重要。

二、不同外形电芯的特性

  新能源电动汽车要求电池组的比能量高、比功率大、充放电效率高、相对稳定性好、使用成本低、安全性好。有这么多的要求,对电芯的要求非常严格。在车内电芯并不是独立存在的,需经过编排成为电池组,结合车身结构、散热系统及电控系统,组成一套密闭的电池组,为车辆供电。

北汽新能源 EX3大多数纯电动汽车的电池组都安装在底盘处,主要是底盘相对平整且面积更大,方面布置电池组,但也带来了安全隐患,行车过程中难免会出现磕碰底盘的状况,与传统燃油车不同的是,电池组的位置可能要比油箱更低,更容易被磕碰到,且容易造成电池组内出现短路等极端状况。

  根据需求,电池厂商将电池包装成多种外形,满足不同车型的需求,目前常用的有圆柱型、方形、软包电池,车企会根据不同车型设计电池组,选择相应的电芯布置在电池组内部。

各类形状电芯优劣势对比
  制造工艺 优势 劣势 特性
圆柱 圆形卷绕式 一致性好、工艺成熟、成本低、组成灵活 成组后散热系统复杂,能量密度低 外壳材质多数为钢,造成能量密度低
方形 方形卷绕式 散热性能好、组成灵活、壳体高硬度提升安全性 尺寸相对固定导致成本高 钢制壳体过重,目前部分换为铝制壳体
软包 方形层叠式 重点轻、能量密度高、尺寸变化灵活 强度差易损、易漏液、成组后散热系统复杂、一致性差 铝塑膜为电池外包装,导致易损,适合固态电池
爱卡汽车网制表 www.xcar.com.cn

  圆柱状电池:

  圆柱型电池我们常见的型号有18650,这一组数字代表着圆柱的直径为18mm,长度为65mm,0表示为圆形柱状电池。18650电芯具有高功率输出和高能量密度的特点,满足高续航及快速充放电。

      由于电池组所需的电芯单体数量很高,需要电芯适合大规模标准化生产满足供给,恰恰圆柱形电池符合这一要求。不过圆柱型电池也具备劣势,单体数量太大会造成电池组的管理系统复杂,散热方式设计困难等,同时影响电池组的能量密度。当然,电芯的一致性也非常重要,单体数量多意味着故障率也更高,一个电芯出问题,轻则导致电池组容量降低,重则可能导致过热起火。能量密度越高,放电产生的热量也越多,意味着容易出现热失控的情况。

比克电池目前在我国有多家电芯生产企业为纯电动汽车提供电芯。在电池组内,电池模块由多个电池单体组成,但通常整车厂仅具备封装电池模块的能力,并不能生产电池单体。

比克电池由此看来,一款车型能否顺利推出和量产交付,很大程度会受制于电池单体生产企业提供的电芯质量及产能,最终能够直接影响整车厂电池组的产出及新车的生产交付。

TESLA2016款MODEL S特斯拉是目前大规模使用圆柱形电芯的品牌,不过特斯拉使用的电芯是来自松下的NCA(镍钴铝)三元锂电池。

Model 3结构特斯拉Model S为例,搭载的电池组内包含超过7000节18650电芯,大量电芯单体给电池组的散热及管理系统带来更大压力。而在今年上市的特斯拉Model 3上,已经改为使用21700电芯,电芯单体的数量也大幅降低,可以理解为电芯的管理难度及故障率降低,整个电池组的安全性提高。

  方壳状电池:

  方壳电池最大的优点就是由于外形规整,方便在电池组内布置、设计电池组的整体外形。方壳电池的散热更容易设计,可靠性好,有泄压阀,短时间出现过热可尽快释放压力,保证电池组的安全。但方壳电池的外壳型号颇多,且尺寸相对固定,导致造价稍高。

方壳电池目前,很多国产品牌都会采用方壳电池作为电芯,电芯单体有一定的安全措施保证安全,提升整个电池组的安全性,同时造型规整也更容易排布。

比亚迪汽车2019款秦Pro EV比亚迪秦Pro EV500的电池组采用自主研发的镍钴锰三元锂电池,并以方壳形式封装形成电池组,镁铝合金材质的电芯壳体,比圆柱型电池所采用的不锈钢壳体的重量更轻,对提升能量密度有所帮助。

比亚迪;秦Pro EV;纯电动车;底盘;安卓最终秦Pro EV500的电池组能量密度达到160.9Wh/kg,容量为56.4kWh,能够提供NEDC工况420km的续航能力。

  软包电池:

  软包电池因为没有沉重的外壳,相对重量更轻,电池形状也可灵活改变,适应性强且能量密度更高。不过凡事必有利弊,没有外壳的它仅靠铝塑膜作为外包装,让电芯的机械强度存在短板,封口的工艺难度也较大,导致电芯的一致性稍差。

详解别克VELITE6电池系统软包电池的一致性差,会导致整个电池组的稳定性下降。最大的问题就是温度控制,个别电芯的温度过高可能引起火情,或电池管理系统为保证某个电芯温度在安全范围内,导致整组电池的性能下降。所以说如果想采用高能量密度的软包电池,需要配合高效的散热系统及电池管理系统。

详解别克VELITE6电池系统图中带有“水道”的金属片是为软包电池特殊设计的冷却片,它可将冷却液导入水道内进行散热,确保电池始终处于合适的工作温度。最终通过一个框架将电芯、冷却片以及起保温及承受压力作用的泡棉组合起来,形成了一个独立的堆垛单元。

详解别克VELITE6电池系统把若干个电池堆垛单元进行组合,安装相关连接线束、电压电流温度采集模块、继电器总成等相关零件,保证每个电芯的工作状态可被实时监控并有针对性的进行控制,最终形成一套车载的电池模组。

上汽通用别克2018款VELITE 6以上所介绍的软包电芯及电池组就是来自上汽通用别克旗下的首款纯电动产品VELITE 6,目前行业中采用软包电池的纯电动汽车大多来自合资品牌,同时刺激了国内软包电池市场。虽然软包电池能量密度高,但软包电池对电池管理系统及电池组的散热性能要求较高,大面积普及还需一定时间。

三、关于车辆起火

  目前我们可见的几起电动车起火事故,一种情况为车辆状态无异常,静止状态下自燃起火;另一种情况,车辆电池组本身受损,例如碰撞、穿刺等情况,在车辆未使用的情况下自燃起火。

自燃

  电池组起火后,属于无氧燃烧状态,从可见烟雾到形成明火的速度非常快。由于是无氧起火,所以常规的干粉灭火器、二氧化碳灭火器发挥不了作用,只能尽快使用消防栓喷淋起火点降温灭火。但电池组为封闭式设计,且安装位置大都在车辆底部,喷淋很难直接作用于起火点,这就是灭火效率低的原因。

自燃

      综上所述,为了避免由于个别车辆存在隐患从而伤及无辜,未来纯电动汽车停放时是否应该安置在特殊车位?是否应该提高验车频率,监测电池组状况?这都是今后纯电动汽车在使用层面我们应该考量的问题。

、对使用电动车的一些建议

  1、日常使用过程中,如果发生托底或任何原因导致的底盘磕碰,尽可能前往4S店由专业人员对车辆进行检测,虽然繁琐但小心驶得万年船,带着隐患用车可能会伤及自身甚至殃及周边,例如特斯拉地库起火事件。

  2、时值当下,马上进入夏季,气温逐渐升高,虽然新能源电动汽车没有内燃机,但高温对底盘部位的电池组提出考验。北方很多城市会有飞絮漫天的情况,很多新能源车采用水冷式设计为三电系统降温,如果大量飞絮堵塞车头部分的水箱,可能会造成散热不畅,影响电池组的温度控制。

  3、通过积水路段还是要注意慢行,切不可胆大妄为,电池组虽然已经有一定程度的防水性能,但随着使用时间的增长,难免出现接线处、电池密封老化的现象。

  4、整车出现碰撞后,也可能会导致电池组变形,这时电池组内部的一些化学反应已经不是常规状态下的“可控”和“有序”,而是呈现出不可控和无序的状态,导致能量的快速剧烈释放,出现热失控的状态,如果发生严重碰撞要有应对火情的意识,尽快离车。

五、关于自燃后的理赔问题

  车辆汽车保险的业务范围中,自燃属于比较特殊的情况。首先汽车基本险种中的车损险,理赔责任范围内的情况包含碰撞、倾覆、坠落、火灾等,但并不包括自燃。

  因为自燃的成因比较复杂,有可能是车辆本身质量问题,也有可能是车主后期使用过程中有过改装,造车电路等存在不安全隐患诱发失火。不过车辆自燃,可以通过对应的附加险避免损失,比如自燃险。责任范围是在没有外界火源的情况下,由于车辆自身的电器、电路等相关系统,导致车辆自燃,其中包括所载货物自身原因起火燃烧造成车辆损失的,也在理赔范围之内。

  汽车自燃事故的责任认定,首先需要确定是“自燃”。也就是说由于车辆自身的缺陷而不是使用者的过错导致起火,同时消防部分、交警部门、或有资质的第三方鉴定机构对起火原因进行鉴定,再确定起火事故由汽车生产厂商或车主负责。

  用车过程中很多不经意间的行为,都有可能带来自燃的隐患,比如行李厢留存大量物品,尤其是电池、压缩气体等易燃易爆的物品。值得一提的是改装问题,很多用户加装行车记录仪,觉得走明线影响美观,但通过保险盒走暗线很有可能由于施工质量欠佳造成线路虚接,最终导致短路、起火,引发车辆自燃事故。

  编辑点评:新能源电动汽车真的危险吗?其实无论传统燃油车还是新能源电动汽车都具有一定的危险性,只不过传统燃油车大家更熟悉,技术相对也更成熟,即便出现事故也有更多的经验从而合理、快速处置。我们希望大家能够正视新能源电动汽车,理性看待每一次事故的原因以及听从、学习处置方法,而不是新鲜事物出现瑕疵就以点概面,否定全盘。

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