纯电动汽车异常自燃分析及预防对策
雷艺
文章从与高压动力电池的相关性出发，分析了纯电动车的各种异常自燃原因，并提出了相应的预防措施，以期使消费者有更好的纯电动汽车驾乘体验。
纯电动汽车;自燃;预防
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0 引言
近几年来有买车意向的消费者考虑购买纯电动汽车的占30%左右。根据新能源汽车国家大数据联盟统计，2020年全国新能源汽车保有量达到492万辆，较2019年增加111万辆，增幅为29.18%。据不完全统计，2020年国内共发生124件新能源汽车起火事故，较2019年增加约47%左右。新能源汽车的异常自燃一直以来都是大众关注的焦点之一，是当前汽车生产企业现有的技术水平不能防止车辆在正常使用过程中自燃？还是消费者操作过程中出现问题？这些都是亟待正视、研究并积极预防的。
1 纯电动汽车异常自燃原因分析
从各方媒体报道的数据分析显示，纯电动汽车的自燃事件中充电自燃占比为38%，行驶中自燃占比为39%，其余自燃占比为23%。自燃原因非常复杂，具有易触发、不易发现、多诱因的特点[1]，可以归纳为与其所特有的高压动动力电池相关、不相关两方面，其中与高压动力电池自身因素、使用情况密切相关的自燃比率也最大。新能源汽车动力电池结构复杂，且与传统的燃油汽车电池结构具有很大的差异[2]。当前在纯电动汽车中使用最广泛的高压动力电池为磷酸铁锂电池（三元锂电池）。这种类型的锂电池特性为容量密度高，体积小，具有非常活跃的化学性质，空气中的氧气非常容易和锂电池中的锂金属发生剧烈氧化反应，释放出大量的热量，如果这些热量无法及时得到有效的散发则会产生自燃。
1.1 与高压动力电池密切相关的自燃
1.1.1 充电过程中自燃的原因
纯电动汽车充电分为直流快充电和交流慢充电两种。无论何种充电方式，充电前系统均会与汽车电池管理系统进行“握手”通讯，由电池管理系统通过安装在动力电池中各类传感器的反馈信号来获知动力电池状态，从而给出一个合理的充电方案。充电过程中需要安装在动力电池中的各类传感器、电池管理系统、Pack、整车、充电桩等多方共同完成，多方各环节的协调合作非常关键，电池管理系统对动力电池的安全实行被动安全管理。如果各环节配合不协调、不兼容就有可能引起高压动力电池组无法有效散热而在高温状态下运行。由此，在高压动力电池中会形成热集中，使得动力电池的单体电池析气量过大，电解液进入空气之后和氧气发生剧烈的反应导致自燃。充电过程中的自燃涉及软件、硬件等多方面复杂的控制问题，是发生频率较高的一种自燃原因。
1.1.2 行驶或放置过程中自燃的原因
纯电动汽车在行驶或使用过程中均处于放电状态，如果车辆在高温高速下长时间重载过载行驶（大电流长时间放电），有可能导致高压动力电池SEI膜被击穿，电池组内部形成短路，电解液氧化后形成的高热导致动力电池组中单体电池热失控，最终导致自燃发生。此类自燃原因非当前的技术水平达不到，而有可能是高压动力电池制造企业、整车制造商为了降低成本忽略了安全性，对高压动力电池品质把控不严格、对电池管理系统设计要求过低、没有形成对高压动力电池足够的安全设计保护所致。有部分是电池系统自身管理不够完善、车辆与充电系统或车辆各系统之间通讯不兼容，通讯障碍导致漏液、短路等故障不能得到及时监控并报警，最终引起热失控而导致自燃。
純电动汽车在行驶或使用时是高压动力电池放电过程，操作使用不当出现自燃容易理解，但在停放停驶过程中为何也会产生自燃呢？经对多个媒体报道的案例进行研究发现，部分停放停驶后自燃的纯电动汽车是由于停放在温度比较高的环境如空调外机附近或高温的地面所致。如夏季沥清地面最高温度可达60 ℃～70 ℃。而高压动力电池大多安装在车底部最低的位置，与地面的距离非常近，电池“被动”吸收地面大量辐射的热量，而锂电池正常的工作温度一般<50 ℃，如果长时间停放在温度比较高的环境，散热环境不佳、系统工作不到位或散热系统停止工作，热量局部集聚则有可能造成电池热失控，从而导致自燃发生。
另一部分自燃的纯电动汽车在停放停驶前都有着重载或较长时间行驶的经历。正常情况下，重载或较长时间运行停下来之后的纯电动汽车，高压动力电池的电池管理系统所控制的散热系统应继续工作主动散热，直至高压动力电池温度降至正常温度以下方停止工作，之后还需要一直持续对高压动力电池的温度进行监控。如果该系统在设计时不够完善，无法对动力电池进行全时程全方位的安全保障监控则有可能导致停放停驶的车辆因温度失控而自燃。
1.1.3 磕碰、刮蹭及严重交通事故引起自燃的原因
当前绝大部分纯电动汽车高压动力电池一般都安装在车辆的底部，采用铝合金电池防护板制作成保护的箱体。国内的纯电动汽车倾向于将电池包壳体结构做得尽量轻巧，导致对内部模组和高压器件的防护不足[3]。如果车辆在使用过程中出现因底部磕碰、刮蹭、腐蚀，导致电池保护箱体受损，则会影响电池箱体密封性。当车辆涉水、浸水或严重潮湿后，高压动力电池内部有可能会产生短路而引发自燃。
另外在突发严重的交通事故如碰撞、翻车、挤压导致保护高压动力电池的箱体受到冲击或变形，高压动力电池受损时也会产生内短路继而引发热失控。如果在交通事故中出现导体直接插入高压动力电池本体等穿刺情况，造成正负极直接短路瞬间产生大电流，则热量快速剧烈生成加速自燃的发生。
1.1.4 涉水或浸水引发自燃的原因
一般情况下，对纯电动汽车高压动力电池箱体保护的防尘防水级别需要达到防护灰尘侵入、短时间防浸泡防护的IP67级，因此在正常使用时应该不会有任何的问题。对于车辆涉水或浸水后自燃这类情况是由于高压动力电池的密封级别或标准没有达到，或高压动力电池箱的密封条严重变形，或者发生磕碰、刮蹭后电池箱体密封性不良使密封失效，高压动力电池进水后电池短路或者电池管理系统失效，形成热失控发生自燃。
1.2 与高压动力电池不相关的自燃
1.2.1 由低压供电系统引发自燃的原因
纯电动汽车有高压和低压两套电气系统。低压系统与常规的燃油汽车相同，使用12 V低压蓄电池直流电源向电源管理系统、DC/DC、车身控制系统、车门车窗车灯等各种系统供电。因此与常规燃油汽车异常自燃原因也相同。如低压线路老化、过载、短路、接触不良或出现因磨损而导致电路“搭铁”的情况则造成自燃起火的事故。低压电路的自燃如果无法及时扑灭，则有可能会引发高压动力电池更加剧烈的起火燃烧。
1.2.2 “非法”加装或改装隐患导致的自燃的原因
常规燃油汽车非法加装或改装有自燃的隐患，纯电动汽车更是如此。非法加装非原车标准的总成或配件、非法改动原车电路，很容易造成车辆线路电路过载或者短路故障导致自燃的产生。纯电动汽车高压电路是不允许改动、剥接、修复的，对高压系统的部件或线路进行改装或改动更有可能引发纯电动汽车自燃的风险。
1.2.3 驾驶带有故障或故障隐患车辆导致自燃的原因
车辆带病行驶、带故障隐患行驶一直以来都是行车的大忌。如果纯电动汽车车辆本身带有高压、低压部分的故障隐患如电路老化、插接器接触不良、不按规定使用保险，事故车辆中线束隐蔽损坏且在维修时未发现未处理，或维修过程中无意损坏的线束导致的短路等原因，则有可能使车辆在使用过程中出现自燃的情况。
2 纯电动汽车异常自燃预防对策
2.1 对于纯电动汽车的选择
正规厂家主流品牌的纯电动汽车的车辆主控制器系统、高低压系统、各种通信总线控制程序建设、电机控制程序设计、高压电池组温控技术、电池组单体电池温控、故障逃生系统设计等整体体系均成熟可靠。而部分新兴品牌以及二、三线品牌纯电动汽车生产制造企业在研发设计的体系建设以及各种部件设计方面，对安全性的考虑或多或少都还存在不足，由此对车辆异常自燃防控与安全设计方面也存在不足。因此，建议消费者选择正规厂家和一线品牌生产的纯电动汽车。
2.2 按要求定期对车辆进行检查、保养与维护
纯电动汽车与常规燃油汽车一样，需要按用户手册的要求定期到指定维修企业进行检查、保养与维护。通过使用专用仪器、设备让受过认证的专业技师对车辆低压系统及高压系统进行检查。检验项目分为三电外观检验及电检。外观与三电的硬件检测主要包括电池、电机、控制器、高压盒、充电机、线缆等。检测结构件是否完好、插接情况、有无破损磕碰划伤、变形变色等。电检主要是接车辆的CAN线进行绝缘情况、单体电池一致性、充电机、BMS、各个控制器数据等诊断[4]。发现问题或隐患及时处理，只有这样才能对车辆的异常自燃做到防范于未然。
车辆在使用过程中，如发生底盘有较严重磕碰的情况，应尽可能在第一时间到指定的维修企业进行车辆底部检查，特别应检查高压动力电池箱体的情况以确保其外部无损伤、内部无异常。
2.3 充电时的各种注意事项
2.3.1 充电设备及充电设施的选择
纯电动汽车进行慢充充电时尽量采用原车配套的充电枪或正规厂家的充电设备设施进行快充充电时选择合法合规的充电桩，而非法或私自安装的充电桩在进行快充充电时发生意外的系数非常高。
2.3.2 充电方法的选择
建议采用浅充浅放的方式，尽可能保证车辆动力电池电量随时充足。如果有条件则最好能够做到随用随充、随放随充，即每次使用之后就进行充电，避免动力电池过充过放。持续的过充电或过放电会引起电池的内部短路[5]。同时，建议多使用慢充充电，少使用快充充电。
2.3.3 充电环境的选择
在夏季高温充电时，可先将车辆停放在阴凉处静止一段时间后再进行充电。同时，避免充电的车辆停放在空调外机、冷却塔等会受到长时间高温“烘烤”的地方进行充电。
2.3.4 充电流程及规范操作
车主应遵守随车附带用户手册上注明的充电流程和各种要求进行规范操作，否则极有可能因充电电流过大而引发自燃事故。
2.4 对于特殊驾驶环境操作的注意事项
夏季行驶在温度比较高的路面上尽量避免过载、长时间的重载或经常性的急加速行驶，因为此时动力电池散热能力将会受外部环境影响而导致散热效率不佳。
驾驶纯电动汽车涉水前，需明确车辆可涉水的深度并在涉水过程中缓慢通过，不明情况下不可强行涉水通行。
2.5 对于车辆的加装与改装
为了防止车辆自燃，不能随意加装或改装车辆。对于纯电动汽车上各种用电设备的电容量，汽车生产商均经过反复论证、反复计算后才生产和制造，因此消费者不要私自随意改动电路或改装车辆，更不能够私自随意加装或改动高压系统，以免车辆“无端”自燃。
2.6 对于车辆的停放
不要随意停放纯电动汽车车辆。在夏季高温多雨的情况下，停放地点可选择通风、阴凉、有遮避、地势较高的地方，避免车辆受到暴晒、暴雨强淋以及水淹。如果有选择，车辆也尽量不要停放在温度比较高的环境，如烤房、锅炉房、空调外机附近。
3 结语
由于各种原因导致车辆的异常自燃，让消费者对纯电动汽车产生了很大的畏惧感。如何更好地防范车辆自燃已成为当前解决纯电动汽车安全的必答题之一。避免车辆自燃是一項复杂的系统工程，应该从
车辆的设计过程、制造过程、维修保养以及驾乘人员的安全意识等方面进行全面控制及提升[6]。从汽车设计制造开始一直到最终的消费者的使用操作，每个环节都不容忽视，只有这样才可令车辆自燃可防可控。
[1]游煜城，张润樾，黄泽平，等.动力电池热失控对新能源汽车的危害[J].科学技术创新，2020（31）：170-172.
[2]梁海明，林明松.新能源汽车动力电池检测与维护技术探讨[J].西部交通科技，2020（9）：166-168.
[3]张 凡.新能源汽车的自燃之惑[J].中国品牌，2020（12）：82-85.
[4]阮艺亮.我国新能源汽车起火事故分析与对策[J].汽车工业研究，2019（3）：31-35.
[5]陈泽宇，熊 瑞，孙逢春.电动汽车电池安全事故分析与研究现状[J].机械工程学报，2019，55（24）：93-104，116.
[6]李敬文.汽车自燃的原因及预防[J].山东工业技术，2018（21）：10-14.
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