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研究周报 | 频频自燃,电动汽车为何越来越“火”?

最近电动汽车接二连三的自燃,使得整个行业都出现一些思考,这到底是怎么了?

工信部近日也发布了《关于开展新能源客车安全隐患专项排查工作的通知》,随着推广推进和市场应用规模的不断扩大,部分车辆部件老化和维护不当等带来的问题逐渐显现,安全隐患逐渐增大。工信部要求各新能源客车生产企业尽快对本公司生产的新能源客车产品开展安全隐患专项排查工作。其实这个事情对于乘用车也有一些相同效应,因此,需要从源头开始分析,电动汽车为何会自燃。

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图1 今年几个乘用车企业之前上量的纷纷都进入了高危期

由于电动汽车除了动力系统不同外,底盘、车身、内外饰和低压电器等都与传统内燃机车型一致,所以易燃材料被引燃,是车辆燃烧的主要原因。由于取消了油路,并且减少了冷却系统,电动汽车的燃烧表现主要如下:

  • 传统车辆部件(内外饰)材料燃烧:这通常是有激发源,伴生了低压电气部件和低压线束过载短路引发铜线温度很高,引起车辆燃烧,这一部分倒是和电动汽车无关,主要涉及车辆电气设计的问题

  • 电动汽车动力总成部分:主要分为电池(所有的同行对电动汽车的燃烧判断起火点,看是不是电池引发的);电池之外的高压用电部件,注入高压线束之类,这种情况往往是部件内部产生了短路等故障

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图2 电动汽车的起火基本机理

在电池系统里面找问题,主要包括电芯问题、外部滥用+控制系统有问题的多点故障,高低压线束短路和电池系统耐久性问题。

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图3 电池方面的问题

电芯层面直接导致电池起火主要分为两大类:

第一是电芯问题:

主要包括电芯内部短路,电芯生产过程中质量问题(电池生产过程中的金属杂质、隔膜破损等)或者使用过程中的问题导致内部短路(如过充过放导致的晶枝)。当内短路持续发生,产生微短路不仅产生持续的自放电,随着外部需求的电能量的释放导致温升,温升带来的材料化学反应又扩大了短路路径,形成了更大的短路电流,这种互相累积的互相增强的破坏,导致热失控。电池组漏液导致绝缘故障,长久之后引起火花,使得电池出现额外的回路。这类似于在某些条件下给电池加热。

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图4 总的导致起火的应力分析

第二是外部滥用:

  • 电池过充:这里往往是多种原因造成的,比如BMS电压采样线松动,导致采样电压不准;继电器损坏,导致无法断开;

  • 电池使用过温:电池包温度采集线松动,导致无法获取正确温度;电池包功率过大,温度失控;

  • 电池包外部过流及短路,导致外部负载异常;

  • 电池组间隙大如果固定出现问题,电池受到挤压碰撞震动

这些问题,在电池系统验证过程中是涉及到的。往往是通过2个故障点同时出现的时候,才会引发电池系统出问题。

一般是在电池管理系统没做好,或者出现故障的时候,才会发生。我们在做了大量的电池系统耐滥用性评估之后,在没发生故障条件下,是不会有大问题的。

想要完全按照工业标准往上实践,是存在一定困难的,主要是成本是需要控制,实际很多的安全测试标准是有选择性的,实际做起来也没有那么完整来认证和实践。

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第三是各种短路,电池系统内包括:

  • 电池采集线短路起火,采集线被压破,导致电池漏电或短路。由于采集线路附近存在较多的绝缘注塑件,线束起火也会导致注塑件起火,这里一般选用的绝缘注塑件和辅料为阻燃材料,需要看实际的短路引发的温度点,特别是连接器被燃烧之后的温度情况

  • 在内部的高压配电盒导致电池起火,如果输出不受控制,元器件损坏,;内部连接的铜排或高压线缆短路起火,电池线受到碰撞震动等松脱短路

表1 电池系统内典型的线束和绝缘材料的燃点和改进方向

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第四是耐久性问题

这就涉及到痛点了,主要是电池系统的结构和耐久性设计引起的:

  • 电池长期使用如果经历碰撞,电池箱体强度、支架都可能使得电池模组受到一定的冲击和变形

  • 电池箱进水起火,随着使用时间的增长或者类似各种道路实验的问题,如果电池箱体密封不严;外部螺丝松动和外部载荷导致的箱体形变,都能让放置于底盘位置的电池很容易进水。汽车电池包使用环境具有多样性的特点。在使用过程中,如果发生碰撞事故或者温度过冷过热,电池包可能会发生零部件老化或损坏的情况,造成潮湿水汽的侵入 或进水浸泡线路而发生短路,出现起火现象。

  • 电池系统在底部由于道路实验过程中,剐蹭引发电池内部损伤,箱体外壳和告诉运动的石头剐蹭,会打穿底部的防护板。

  • 电池箱体腐蚀,现在为了轻量化,都采用越来越轻的铝合金,箱体耐酸和耐碱可能在道路实验中遇到了部分的腐蚀,导致底部较容易进水

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小结:

从长远来看,近期电动汽车自燃事件集中爆发,也让我们看到安全问题出自电动汽车的持久放量,企业必须要着力解决安全问题,随着电池的能量密度提升和成本下降,如何保证足够的鲁棒性,是在安全验证环节需要持续把关的事情

来源:第一电动网

作者:朱玉龙

本文地址:https://www.d1ev.com/kol/76428

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