分析鋰電池系統(tǒng)起火的幾種原因

都說安全是動力電池的命根兒，最近在思考電池系統(tǒng)由內(nèi)而外起火的原因分析，這里主要是考慮一層層原因往前去推，然后考慮將以前和未來的事故都放進(jìn)去進(jìn)行匹配，再根據(jù)各個(gè)車型的實(shí)際設(shè)計(jì)推測未來出事故的PPM(百萬分率)。下文把所有廠家的名字都去掉了，探討這個(gè)話題并不針對任何企業(yè)，不做評判。

這是從假定單個(gè)出問題，再擴(kuò)展到全局的實(shí)驗(yàn)維度，從圖中可以看出：

整個(gè)分析只是為了匹配電池系統(tǒng)著火這個(gè)極端事件產(chǎn)生的，我們就區(qū)隔出由機(jī)械濫用的內(nèi)容，電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是著眼于放在一個(gè)車輛比較安全的位置，防止在車輛使用過程中出現(xiàn)問題，整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)固然是目前大量做針刺、擠壓等實(shí)驗(yàn)安全性的內(nèi)容，但實(shí)際上由機(jī)械濫用引起的問題反而成為大家容易解決的問題。

以特斯拉的三起事故為例：

1.在美國田納西州士麥那起火燃燒，這輛電動車沖向掉落路面的拖車掛鉤，底盤碰撞后發(fā)生火災(zāi)。

2.駕駛者在轉(zhuǎn)彎時(shí)撞上、并穿過了了一座水泥墻，最終撞在一棵樹上停了下來，起火。

3.在西雅圖車主稱撞上了路中的金屬殘片，因此他離開了高速公路。車子失效后，他又聞到了燃燒的味道，車輛此時(shí)著火燃燒。

這種機(jī)械上的設(shè)計(jì)也顯得簡單，在結(jié)構(gòu)外圍和底蓋考慮更多的防護(hù)，即可取得立竿見影的效果。

我們把本年發(fā)生的事情，把廠家去掉，可以再思考一下車起火是電池還是電池之外？很大一部分是電池之外的負(fù)載，線纜過熱導(dǎo)致外圍部分被點(diǎn)燃的事更多些。

這里我們可以分基本的三層，著火的本質(zhì)原因：

1.電池內(nèi)的未按照設(shè)計(jì)意圖的熱能釋放+內(nèi)外燃燒物

2.電池內(nèi)的可燃?xì)怏w釋放+燃點(diǎn)

3.電池內(nèi)的可燃液體釋放+燃點(diǎn)：此處主要包括電解液泄漏和冷卻液泄漏兩部分。

我們可以對電池系統(tǒng)的熱能釋放來考慮：

1.電池包或電池單體過充

過充一般而言確實(shí)是熱能釋放比較普遍的原因，電池包級熱失控事件，可以往下細(xì)分為多電池(模組、單體過充)，電池過充和電解液蒸發(fā)過熱，還有就是電池剩余容量(SOC)計(jì)算錯(cuò)誤引起的過充，高SOC狀態(tài)下，未按照保護(hù)而進(jìn)行能量回收引起的，以及充電控制程序卡住引起的過充。

2短路過流的人熱能釋放

電池包/高壓電路故障導(dǎo)致短路，散發(fā)熱量。主要是由電池包內(nèi)部短路和外部短路，引起導(dǎo)體和連接器過熱、單體過熱引發(fā)隨后的熱事件，進(jìn)一步細(xì)分也可以分解成模組的短路引發(fā)的部件過熱。例如模組一級的短路、電池組內(nèi)一級短路、外圍腐蝕性/導(dǎo)電液體進(jìn)入引起的短路。

3高連接阻抗的發(fā)熱

電池包/高壓電路的故障，導(dǎo)致充放電回路中出現(xiàn)高阻值的位置，電流在這一高阻點(diǎn)的溫度上升，可能導(dǎo)致了相鄰材料的著火和后續(xù)的熱量傳播。干路連接點(diǎn)接觸不良、腐蝕引起發(fā)熱。

4.電池的內(nèi)阻提升和內(nèi)部出現(xiàn)過熱

單體排氣產(chǎn)生可燃性氣體，隨后的熱源(電弧，單體熱失控)導(dǎo)致電池系統(tǒng)的多余熱能。單體單點(diǎn)故障熱失控界定實(shí)驗(yàn)，可以考慮單個(gè)單體擴(kuò)展到整體方面的，在既定的條件下，將實(shí)現(xiàn)每個(gè)電池包備案交底，有些參考作用，但實(shí)驗(yàn)的條件與故障的發(fā)生不大可能完全吻合。

案例回顧

實(shí)際上起火的事故都是交織在一起的：

漏液加短路

案例1：A車起火

現(xiàn)象1：電池箱內(nèi)電池單體出現(xiàn)兩包以上漏液

現(xiàn)象2：電池單體和電池箱鋁殼之間的絕緣受損

運(yùn)行振動后電池箱內(nèi)出現(xiàn)局部電池間歇性短路，絕緣損毀點(diǎn)通過電池箱及支架的接地構(gòu)成強(qiáng)電壓的短路回路，熱能釋放，電解液和電池本體的發(fā)熱引發(fā)事故。

火勢擴(kuò)大，點(diǎn)燃內(nèi)飾

案例2：B車起火

現(xiàn)象1：車輛發(fā)生猛烈碰撞后，電池結(jié)構(gòu)受損，冷卻管破裂引發(fā)冷卻液泄漏

現(xiàn)象2：冷卻液浸沒電池管理單元（BMU）電路后引發(fā)緩慢的化學(xué)作用

采樣點(diǎn)浸沒后，板級沒有徹底防水設(shè)計(jì)導(dǎo)致緩慢加熱觸發(fā)冷卻液燃點(diǎn)，在停車場放置了幾周后起火。

小結(jié)：

1.起火是個(gè)很極端的事情，但是曝光度很高，大家第一反應(yīng)都是電池系統(tǒng)的事情，從各種分析來看，從電池系統(tǒng)著火起來的事，必定有故障發(fā)生，而且有熱量集聚引燃。

2.如果把更多公開的信息匯總在一起，再拆解對比，完善系統(tǒng)分析過程還是可以達(dá)成一些共識避免很多未來的著火事故。