【歡迎討論】為什麼新能源汽車頻頻“自燃”？
作者：騰訊新聞知識官 汽車三電工程師 《汽車電子硬體設計》作者 朱玉龍
當下新能源汽車的市場正在快速擴張，但是其充電技術，續航里程等一直無法完善，近期，繼上海車展維權女車主抗議特斯拉“剎車失靈”引發熱議後，新能源車自燃、起火等事故讓其安全性成為廣大使用者的關注焦點。
4月14日，小鵬汽車確認一輛小鵬G3在廣州一大廈停車場起火，4月17日，一輛特斯拉在廣州增城區東莞東江大道因失控、追尾並致自燃，警方確認有乘客死亡。
在哪些情況下容易產生自燃的情況？哪些訊號提示新能源車有自燃的風險？新能源車廠商有無可以最佳化的解決方案？對此騰訊新聞策劃十問十答系列，圍繞新能源車的起火問題，邀請汽車三電工程師朱玉龍為我們解答。
Q1：和燃油車相比，新能源車起火的機率更高一些，為什麼？
近幾年我們能看到的很多關於新能源汽車起火事件，但其實很多統計的資料都存在著一定的偏差，把年輕的電動汽車和市面上各個年代的燃油車作比較，這其中存在一定的問題。因為兩者的基數（車的數量，車的年齡和維護情況）不一樣，燃油汽車大約每年8000萬，新能源汽車每年3-4萬，而且他們的使用時限也不一樣，很多燃油車的車齡可能在10年以上，電動汽車則普遍還在3年左右，將兩者比較並不公平。
我們可以根據兩個資料作為參考，雖然在美國的電動汽車起火的事件，特斯拉的事故次數最高。但來自美國消防協會（NFPA：National Fire Protect Association） 統計：自2012 至2019 年間全美車輛起火事件中，特斯拉平均行駛2。8 億多公里才會發生一次起火事故，燃油車則是每3千萬公里一次。
去年2020全球智慧出行大會上，中國工程院院士孫逢春針對新能源汽車起火這問題進行了說明：2019年中國新能源汽車起火的機率只有萬分之0。49；2020年這一機率進步下降到萬分之0。26。所以從全球範圍來看說特斯拉的起火的資料偏高，但新能源汽車起火頻率更高的說法並沒有被證實。
圖1 電動汽車和傳統車按照平均百萬公里行駛的起火案件統計（圖片來源於網路）
Q2: 新能源車著火的速度，會比傳統汽車更快，為什麼？
其實這個問題並不絕對和準確，著火速度是否比傳統汽車更快，這要看是哪裡起火，比如如果是油箱爆了就是閃爆，如果是電池起火至少會有5分鐘的逃生時間，沒有可比性。
燃油車和電動車兩個主要的能量來源分別是汽油、柴油等傳統化學燃料，後者則是鎳氫、鋰離子電池等二次電池。兩種型別的車輛儘管整車在材料、結構、系統等層面已經採取了各種防護措施，但是起火的原因是比較複雜的，不同原因導致的起火速度也是有差異的。
如果說，油箱和電池直接同時起火的狀態下，燃油車的油箱起火速度是非常快的。目前電動汽車的國標要求如下，國標的熱失控標準是熱失控實驗在5分鐘內不能起火，而將來電動汽車電池如果出現熱失控，整個起火時間還會進一步加長。
和油箱一樣，如果電池的保護結構被破壞並且電芯直接被引發熱失控，一定機率會出現瞬間的熱失控，這個時候就容易快速起火。當然目前電動汽車的設計也在延緩這種極端的情況發生，延緩起火的過程。
圖2 熱失控傳播實驗變為全球通用的UN GTR20（圖片來源於網路）
Q3:新能源車起火的主要原因都有什麼？電池是否是根本原因？為什麼撞擊更容易讓新能源車起火？
新能源汽車起火的原因有很多的可能，主要起火事件中有兩大原因佔比比較大：一個是新能源汽車部分零件和傳統汽車是複用的（是指除了電池、電驅動這些部件起火之外，和傳統汽車共用零件引發的起火），也有一部分的原因都是這類車輛內部使用的鋰離子電池發生了燃燒。
鋰離子電池發生燃燒爆炸的根源在於電池熱失控，誘發電池熱失控的原因有兩類：一種是電池內部原因，比如電池製造過程中引入的電芯內缺陷（細微金屬碎屑導致內短路），或者電池在長期使用過程中由於充放電制度和環境因素使電池老化，電芯內部產生了枝晶鋰，它的存在觸發了電池內短路。
另一種是電池外部原因，電池外部的電、熱衝擊，作用到電池本體上都會使電池內部出現不可逆的放熱反應。在傳統汽車裡面使用的12V電池，是低能量密度的鉛酸電池，大概在30Ah-60Ah左右，約0。3-0。7kWh，而電動汽車往往從20kwh-100kWh，兩者是有很大的差異的。
電動汽車在發生撞擊以後，如果撞擊之後對電池的結構進行破壞，就比較容易發生起火的事故，這個和撞擊以後把油箱撞漏是同樣的道理。
Q4：除了撞擊外，新能源車在哪些狀態下容易起火（行駛/充電/停車等狀態）？原因是什麼？有些車沒有遭受任何撞擊都會起火，這是由什麼因素導致的？
我們可以從一些資料來看：根據不完全統計，2020年1-12月全年被媒體報道的燒車事故共124起。對車輛在充電中、靜置、起火三個狀態分析統計來看，充電過程中起火佔事故總數的23%，大部分車輛起火發生在行駛中和靜置狀態。當然統計的樣本是按照媒體已曝光的事故進行收集統計的，所以有可能是其中道路行駛過程的事故曝光率較高。
根據規律來看，充電過程中和充滿以後，是電池非常容易起火的狀態。有些車是並未遭受撞擊，誘發電池熱失控的主要原因屬於電池內部原因，比如電池製造過程中引入的電芯內缺陷（細微金屬碎屑導致內短路），或者電池在長期使用過程中由於充放電制度和環境因素使電池老化，電芯內部產生了枝晶鋰，它的存在觸發了電池內短路，在高電量狀態下就有一定的機率引發起火。
需要注意的是，快速充電對鋰電池是存在一定的壓力的，長期使用快充會降低電池的安全性，一定程度上提高了電動汽車自燃的風險，建議把快充作為補充的補能手段。
圖3 電動汽車起火事故的統計（圖片來源於網路）
Q5：從目前的新能源汽車的電池分類來看，哪些電池的安全性更高？為什麼？相比之下，三元鋰電池是否更容易起火？
電池的安全性其實和很多的材料都有關係。不過總體來看，正極材料的特性在目前對於電池比較重要。從大的維度來看，磷酸鐵鋰電池因為其穩定的內部結構，使其在更高的溫度下也不容易分解，而且這種電池不僅有著更強的耐高溫和過充的能力，也能更好地面對碰撞、短路等情況，自燃著火的機率也相對比較低。這也是當前電動汽車開始重新採用大量磷酸鐵鋰電池的主要緣由。
三元鋰電分為不同的種類，能量密度的高的三元電池活躍度更好，相對而言有更高的機率起火。
圖4：鋰電池組成及分類（圖片來源於網路）
Q6：在電池方面還有哪些改善空間來保證新能源汽車的安全？除了電池，新能源汽車是否可以設計自動滅火功能，把危險降到最低？目前新能源車已經應用的滅火功能有哪些？
在電池方面，目前大部分汽車公司都在致力於研究如何實現讓單個電池熱失控以後，阻斷電芯之間失控的鏈式反應，讓整包不會起火，這是一個主要的設計手段。在這裡面有多種辦法，主要分為電芯層級和系統層級兩個方向。
電芯設計流程方面，首先我們可採用正極材料的奈米級包覆及摻雜技術，它能有效提升熱穩定性，防止熱失控；其次可以用電解液新型新增劑來實現SEI膜的自修復，從而改善電芯壽命，降低電芯短路風險；或者我們也可以透過特殊電解液新增劑，在將其加熱至120℃以上時，活性材料表面自發聚合形成高阻抗特性聚合物膜，以此大幅降低熱失控反應產熱。
其次是在電池模組和電池系統的隔熱設計方面，可以使用網狀奈米孔隔熱材料和耐高溫上殼體（耐溫1400℃以上），並且在電池間隔內採用隔熱材料，保證電池傳播溫度受控。
設計自動滅火裝置是很多人的想法，但需要注意的是，鋰離子電池是一種化學燃燒，如果不連續冷卻，其內部會持續發生化學反應，導致燃燒。目前來看，想要對電池系統滅火需要大量的水，一般的滅火裝置達不到效果，所以這方面只有在特殊的儲能系統中才能採用。
目前車上主要設計的功能，是進行單個電芯的熱量隔離和冷卻，讓單個電池熱失控以後冷下來。
Q7：如果在車裡突然遇到新能源車起火，且無法開門的情況下，如何保護自己？如果新能源車起火是否意味著車內所有操作都會失靈？
目前國家最新的《電動汽車用動力蓄電池安全要求》中明確要求“當電池發生熱失控後，電池系統在5分鐘內不起火、不爆炸，以確保乘客擁有充足的逃離時間”。所以如果電動汽車出現該情況時，應該第一時間把車停到緊急車道，然後開門讓乘客下車。由於此時的12V電池還是有電的，所以千萬不要慌張，出現熱失控報警時，需要第一時間處理並停車。
同時，新能源汽車的失火和車內操作的失靈並無直接關係。汽車起火之後，正常來說雖然高壓電池存在一些問題，但12V電池在短時間內不會受影響，所以基本的功能在短時間內依舊能夠用。但是如果火燒出了電池倉，低壓線束和車身其他部分的功能可能會受到一些影響。
Q8：有哪些訊號表明新能源車起火的風險很高？車主需要如何注意？
（圖片來源於網路）
如上述的問題，最新的電動汽車都會有電池熱失控預警的訊號，如果車主看到上圖這個標誌時，首先不要著急，請立即處理車輛把車停在路邊，然後讓乘車人員儘快下車，然後聯絡廠家和消防部門進行應對。
Q9：如果長期處於高溫環境下，新能源車起火的機率是否會提高？
根據對2020年事故按地域劃分的資料分析，透過對比各個省份、直轄市的行業內燒車事故數量可以明顯看出，南方省份的事故數量明顯多於其他省份，其中一個很重要的原因是南方城市夏季溫度更高。從事故月度統計圖和區域統計圖中可以看出，除了車輛保有量外，高溫是導致車輛發生自燃的一個重要誘因。事故月份統計分佈圖中，夏季明顯比冬季事故要多，而夏季和冬季的唯一明顯區別就是氣溫。在高溫的情況下，電池的熱失控反應會更迅速，所以從整體機率來看高溫下新能源汽車的起火機率會增高。
Q10：續航能力越長的新能源汽車，起火機率是否會越高？
客觀來說這兩者存在一定的聯絡，續航能力越長的電動汽車，意味著在同樣的車上要裝能量密度更高的電池，而能量密度高意味著電芯的安全邊際和熱穩定性要低一些。能量密度高的電池，和之前所說的高比能的三元電池是相似的，材料體系更活躍意味著電芯在更低的溫度下會觸發熱失控（大致在45度左右）所以從統計學上起火的機率會高一些。
我們能看到從2017年開始國家開始補貼高續航的車輛，這使得電動汽車起火事故率也高了很多，當然技術的不成熟還是主要原因。隨著電池安全技術的不斷進步，續航越長和起火機率在未來是沒有直接關係的。
