今年3-4月份,某知名車企的兩場電動汽車起火事件,再次將電動汽車安全問題拉入人們的視線。
在一起事故里,一輛電動汽車處于智能輔助駕駛狀態,行駛至因施工修繕而改道的路段時,雖然系統檢測到障礙物并提醒減速,駕駛員也接管了車輛,但最終仍與隔離帶水泥樁發生碰撞,碰撞前系統最后可以確認的時速約為97km/h,短短10秒后,車輛電池倉爆發出火球,瞬間吞沒整車。
在另一次事故中,一輛電動汽車在行駛時與電動二輪車發生碰撞,碰撞致使電動二輪車的鋰電池嚴重擠壓變形,進而起火,火勢蔓延引燃了電動汽車。
自1991年索尼實現鋰離子電池商業化以來,這項技術已發展三十余年,從鈷酸鋰到磷酸鐵鋰,從液態電解質到半固態迭代,能量密度提升超400%,成本下降超90%。然而一個殘酷的現實始終未變:無論是消費級電子產品還是電動汽車,鋰離子電池起火事故從未消失。
當鋰離子電池已統治新能源時代,汽車起火問題是否注定無法杜絕?
01
失效是概率問題
過去30年,鋰離子電池通過技術革新已經顯著降低了自燃概率。
第一次改進,是在鈷酸鋰正極材料表面涂覆氧化鋁、氧化鋯、磷酸鐵等涂層,可以阻止電極材料與電解液直接接觸,抑制界面副反應,減少熱不穩定物質的生成,在一定程度上提高鈷酸鋰電池的熱穩定性。
第二次突破是磷酸鐵鋰電池量產,磷酸鐵鋰電池分解溫度為700℃,三元鋰電池為200℃。
第三次改進注重防護,例如在系統散熱層面,風冷向液冷改進;再例如,寧德時代CTP技術取消模組結構,減少40%焊接點泄漏風險;同時,對電池系統進行了監控,智能BMS系統實現毫秒級故障預警。
第四次改進,就是電池制造工藝的再次提升,單體失效率從PPM級(1ppm為百萬分之一)別升至以寧德時代為代表的PPB級別(1ppb為十億分之一)。
但物理規律決定了絕對安全不可企及——即便達到ppb級別,全球每年超1000萬輛新能源汽車產量,意味著每年汽車搭載的電芯數量已經達到數十億個,這里面就會有幾輛車、十幾輛車甚至上百輛車存在失效繼而可能發生自燃的安全隱患。
何況目前能夠做到PPB級別的電池企業寥寥無幾,大部分企業還在PPM級別上掙扎。
不過,即便車企將自身缺陷率降至極限,外部鋰電設備(如充電樁、其他車輛)的起火風險仍構成威脅。
值得注意的是,起火并非電動車的"專利"。消防局最新數據顯示,2023年油車自燃率是萬分之0.58,電車是萬分之0.44。也就是說按照這一數據顯示,電動汽車自燃率要比燃油車還略低。(但數據本身錯誤,新能源起火概率應更高)
02
撞擊起火更難杜絕
除了自燃,車輛事故帶來的潛在威脅可能更高。
車輛作為高密度能量載體,無論是燃油車的53升汽油(約含17.49億焦耳能量),還是電動車的磷酸鐵鋰100kWh電池包(約含3.6億焦耳能量),劇烈撞擊下能量失控釋放都可能導致起火。
二者的區別僅在于觸發機制上:
燃油汽車:金屬部件碰撞火花+油路泄漏=混合氣爆燃;
電動汽車:電解液泄漏+隔膜破裂=內部短路鏈式反應。
前述的高速公路事故,就是以97km/h撞擊導致高壓線路短路后,大約15秒電池爆燃,火勢吞沒車廂,斷電導致的門鎖失效更阻斷了逃生通道。
介于電池化學反應劇烈,爆燃后難以撲滅的特點,電池企業在安全防護和熱失控上花費大量的成本與精力。例如,小米SU7(參數丨圖片)提供全方位14層硬核物理防護;廣汽埃安彈匣電池的被動防護技術將電池包分割成若干個獨立防護艙,艙位間加入隔熱材料和吸熱材料,一旦某個電芯發生熱失控,可將熱量鎖定在單艙內,防止熱蔓延;再例如,上汽的魔方電池,采用獨創集成框架,讓電池包能夠獨自承受單向10噸的擠壓力(好比在地鐵中被兩頭非洲象擠在了中間)。
企業的目的就是大幅度降低電池的起火概率。
但現實場景遠比實驗室和國標要求復雜,很難保證車輛在每次劇烈撞擊下都能安然無恙。電動汽車遭遇強烈撞擊時,電池系統電池內部電芯在巨大外力擠壓下易變形、破裂,導致內部短路,進而引發熱失控起火。即便電動汽車設計采用高強度電池包外殼、防火材料及多重安全防護結構,在現實極端撞擊場景下,這些防護措施也會失效。例如,高速碰撞事故中,強大沖擊力可能瞬間破壞電池包防護結構,使內部電解液泄漏,一旦遇火源或短路產生的電火花,便會引發劇烈燃燒,火勢迅速蔓延。
不過有一個問題不能回避,比起燃油車,新能源車起火后的逃生時間短、撲救難度大,導致事故危害性更大。
無論是鋰離子電池自身起火隱患,還是電動汽車在復雜使用場景下可能遭遇的起火風險,都表明電動汽車起火目前難以從根本上杜絕。
技術進步可以持續提升電動汽車安全性,但電池化學特性及汽車使用中的多樣環境,決定了起火事件仍可能發生。不過,我們也不必對電動汽車發展前景悲觀,固態電池開發和應用有望進一步提升電動汽車安全性。用固態電解質替代傳統的液態電解質后,電池本身就具有更高的熱穩定性和機械強度,能夠在一定程度上降低電池在碰撞等極端情況下的起火風險。
此外,汽車安全設計的不斷優化也將為電動汽車的安全性增添一道防線。隨著科技不斷突破,未來電動汽車安全性將進一步提升,起火事件發生概率也將控制在更低水平。
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