大咖观点 |如何有效防止电动汽车自燃？
摘要：如何在提高电池供电的前提下，降低管理系统的功耗，目前行业还在做进一步的研究。
工信部发文说，全国有40个城市坚定不移推广新能源汽车。城市推广新能源汽车一定是纯电动汽车，电动汽车动力来源是动力电池，动力电池是储备电能量的载体。作为电的载体，防护等级如果不到位，就一定会发生危险，比如说，电动汽车自燃。如何有效防止电动汽车自燃，成为行业关注的焦点。
一、电动汽车自燃的机理是什么？
其实，传统的汽油、柴油机汽车也时常发生自燃，其机理基本上是汽车油管漏油，一旦有火星就被点燃了。另外在极端条件下，如汽油、柴油机汽车被高速运动的第三方汽车撞击或者高速运动的汽油、柴油机汽车撞击了其他物体时，汽油、柴油其能量被人们利用，就会产生燃烧。
有效防止汽车自燃，划归为汽车主动安全技术的范畴。目前这方面有许多国标可以遵守。电动汽车自燃的机理是什么？动力电池与汽油、柴油在机理上是不同的。汽油、柴油是液体，内部的分子结构比较稳定，只有外部环境条件满足了，汽油、柴油才会被点燃。而动力电池的内部分子结构是不稳定的，而是激烈且持续的，所以容易发热。热量极聚到一定的程度，从外部来看，就燃烧起来了。
无论何种材料的电池，分子结构都是动态的，自己均会发热，比功率越高，发热程度越高，比能量越高，发热能力越强。如果动力电池发生了“热失控”，电动汽车必燃会发生“自燃”。所谓热失控是由各种诱因引发的链式反应，发热量可使电池温度升高上千度，造成自燃。锂电池热失控有三类诱因，有：机械电气诱因、电化学诱因与热诱因。
机械电气诱因就是碰撞、针刺事故引发的热失控，比如特斯拉第一起自燃事故中尖锐物品刺穿了车辆底部电池包，这就是外面因素引起的。其中热诱因是最为直接的原因，由于温度管理失效导致的热失控，比如电池温控芯片出现故障导致过热，进而引发电芯热失控。
二、如果能做到动力电池“热不失控”，电动汽车就不会自燃了？
上面已经讨论了，传统汽车的自燃，基本上是外部环境因素引发的。对外部环境因素的控制相对容易些，而动力电池“热失控”是内部引发的。哲学上说，外因是条件，内因是决定因素。这样说吧，对动力电池而言，从外部因素来控制其自燃，基本作用不大，必须从内部因素来改善。电芯品质不一致是主要问题。
以特斯拉汽车为例，其电池系统有7000多个电芯。外行人不了解这个情况，为什么要这样多的电芯呢？目前的动力电池，电芯电压基本均在3-4.5V，这是目前电池技术水平决定的。要把动力电池用到汽车来，目前基本办法是，对电芯进行并联（串联），第一步是模组，第二步是电池箱（PACK），第三步是成为动力源系统。
7000多个电芯要保持品质的一致性，其技术要求是相当高的。电芯生产水平高低，主要也体现在电芯质量的一致性上。目前许多厂家，对下线的电芯是先行挑选的，对不同的一致性电芯进行归类。这是事后的办法，基本上满足不了电动汽车对动力电池一致性的要求。
模组过程中，要焊接，焊接工艺对电芯的一致性影响非常大的，电池箱（PACK）再一次影响了电芯的一致性。要保障动力电池的一致性，生产过程中，其工艺和自动化要求特别高。
持续提高动力电池的一致性，是一个长期积累过程。如果电池的一致性达不到一定要求，动力电池的“热失控”就基本上没有保障了，这也是动力电池厂需要研究的重要问题。
三、假定“电芯品质一致”是符合要求的，整车厂如何保持呢？
“电芯品质一致”是一个质量指标。对电池出厂产品而言，是一个静态的指标，上了车的电池，却是动态指标。在全生命周期里如何保持呢？目前的基本做法是采用动力电池热管理技术。采用这个技术的理由是：
①电池阻抗的存在，在电池充放电过程中，电流通过电池导致电池内部产生热量；
②电池内部的电化学反应也会产生一定的热量。产生的热量累积导致电池温度升高，电芯品质一致是一个下降的趋势。
如果在技术上，没有管理措施，会大大缩短了电池的日历寿命和循环寿命。下面分析如下：
从上图可以看出，温度对电池的循环寿命也有很大的影响。同一款电芯，当剩余容量为90%，25℃温度下输出容量为300kWh，而35℃温度下的输出容量仅为163kWh。温度上升10℃ ，电芯的循环寿命下降了近50%。
因此，为了电池包性能的最优化，需要设计热管理系统确保各电芯工作在一个合理的温度范围内。
四、热管理系统有助于“电芯品质一致”持续保持
电池智能热管理系统通过对电池进行有效的热管理，从而提升新能源车的整车性能。基于此，国外车企针对整车电池热管理系统首先进行了深入的研究，尤其是的特斯拉，采用全面分层式电池水冷系统，见（图2）Tesla Roadster电池热管理系统）。
液体为冷却介质的电池智能热管理系统已经开始应用于乘用车与商用车中，尤其是客车上。基本原理介绍如下：
五、目前动力电池热管理技术比较
六、液体温控动力电池热管理技术效果
①能杜绝电池高温或低温导致的电池安全问题，保障车辆无法正常运行问题；
②能防止电池温度过高，减少电化学腐蚀，避免热失控导致燃烧或爆炸；
③能防止低温充电时，电池易出现瞬间电压过充现象，导致短路造成电池损坏；
③能解决电池低温充放电效率痛点；
④能解决快充/慢充电池恶劣工况时，温度过高限制电功率输出的问题；
⑤能避免电池过热造成的能量损失和过热造成的放电能力下降，提升续航里程；
⑥保证电池始终处于最佳温度区间，减少电池腐蚀，杜绝虚充现象，延长电池青壮年期及寿命；
⑦提高充电效率。
七、总结
如何在提高电池供电的前提下，降低管理系统的功耗，目前行业还在做进一步的研究。
注：本文作者雷洪钧博士为扬子江汽车公司高级工程师，中科智能网联汽车科学院院长
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