新能源车着火终极十问我的车静静地停在车库里，怎么就自燃了？

　　当下新能源汽车的市场正在快速扩张，但是其充电技术，续航里程等一直无法完善，近期，继上海车展维权女车主抗议特斯拉＂刹车失灵＂引发热议后，新能源车自燃、起火等事故让其安全性成为广大用户的关注焦点。
　　新能源汽车正在自燃（图片来源于网络）
　　今年4月上旬，小鹏汽车确认一辆小鹏G3在广州一大厦停车场起火；4月中旬，一辆特斯拉在广州增城区东莞东江大道因失控、追尾并致自燃，警方确认有乘客死亡。
　　（图片来源于网络）
　　车辆残骸（图片来源于网络）
　　在哪些情况下容易产生自燃的情况？哪些信号提示新能源车有自燃的风险？新能源车厂商有无可以优化的解决方案？对此腾讯新闻策划十问十答系列，围绕新能源车的起火问题，邀请汽车三电工程师朱玉龙为我们解答。 Q1：和燃油车相比，新能源车起火的概率更高一些，为什么？
　　近几年我们能看到的很多关于新能源汽车起火事件，但其实很多统计的数据都存在着一定的偏差，把年轻的电动汽车和市面上各个年代的燃油车作比较，这其中存在一定的问题。因为两者的基数（车的数量，车的年龄和维护情况）不一样，燃油汽车大约每年8000万，新能源汽车每年3-4万，而且他们的使用时限也不一样，很多燃油车的车龄可能在10年以上，电动汽车则普遍还在3年左右，将两者比较并不公平。
　　我们可以根据两个数据作为参考，虽然在美国的电动汽车起火的事件，特斯拉的事故次数最高。但来自美国消防协会(NFPA：National Fire Protect Association) 统计：自2012 至2019 年间全美车辆起火事件中，特斯拉平均行驶2.8 亿多公里才会发生一次起火事故，燃油车则是每3千万公里一次。
　　去年2020全球智慧出行大会上，中国工程院院士孙逢春针对新能源汽车起火这问题进行了说明：2019年中国新能源汽车起火的概率只有万分之0.49；2020年这一概率进步下降到万分之0.26。所以从全球范围来看说特斯拉的起火的数据偏高，但新能源汽车起火频率更高的说法并没有被证实。
　　电动汽车和传统车按照平均百万公里行驶的起火案件统计（图片来源于网络） Q2: 新能源车着火的速度，会比传统汽车更快，为什么？
　　其实这个问题并不绝对和准确，着火速度是否比传统汽车更快，这要看是哪里起火，比如如果是油箱爆了就是闪爆，如果是电池起火至少会有5分钟的逃生时间，没有可比性。
　　燃油车和电动车两个主要的能量来源分别是汽油、柴油等传统化学燃料，后者则是镍氢、锂离子电池等二次电池。两种类型的车辆尽管整车在材料、结构、系统等层面已经采取了各种防护措施，但是起火的原因是比较复杂的，不同原因导致的起火速度也是有差异的。
　　如果说，油箱和电池直接同时起火的状态下，燃油车的油箱起火速度是非常快的。目前电动汽车的国标要求如下，国标的热失控标准是热失控实验在5分钟内不能起火，而将来电动汽车电池如果出现热失控，整个起火时间还会进一步加长。
　　和油箱一样，如果电池的保护结构被破坏并且电芯直接被引发热失控，一定概率会出现瞬间的热失控，这个时候就容易快速起火。当然目前电动汽车的设计也在延缓这种极端的情况发生，延缓起火的过程。
　　热失控传播实验变为全球通用的UN GTR20（图片来源于网络） Q3:新能源车起火的主要原因都有什么？电池是否是根本原因？为什么撞击更容易让新能源车起火？
　　新能源汽车起火的原因有很多的可能，主要起火事件中有两大原因占比比较大：一个是新能源汽车部分零件和传统汽车是复用的（是指除了电池、电驱动这些部件起火之外，和传统汽车共用零件引发的起火），也有一部分的原因都是这类车辆内部使用的锂离子电池发生了燃烧。
　　锂离子电池发生燃烧爆炸的根源在于电池热失控，诱发电池热失控的原因有两类：一种是电池内部原因，比如电池制造过程中引入的电芯内缺陷（细微金属碎屑导致内短路），或者电池在长期使用过程中由于充放电制度和环境因素使电池老化，电芯内部产生了枝晶锂，它的存在触发了电池内短路。
　　另一种是电池外部原因，电池外部的电、热冲击，作用到电池本体上都会使电池内部出现不可逆的放热反应。在传统汽车里面使用的12V电池，是低能量密度的铅酸电池，大概在30Ah-60Ah左右，约0.3-0.7kWh，而电动汽车往往从20kwh-100kWh，两者是有很大的差异的。
　　电动汽车在发生撞击以后，如果撞击之后对电池的结构进行破坏，就比较容易发生起火的事故，这个和撞击以后把油箱撞漏是同样的道理。 Q4：除了撞击外，新能源车在哪些状态下容易起火（行驶/充电/停车等状态）？原因是什么？有些车没有遭受任何撞击都会起火，这是由什么因素导致的？
　　我们可以从一些数据来看：根据不完全统计，2020年1-12月全年被媒体报道的烧车事故共124起。对车辆在充电中、静置、起火三个状态分析统计来看，充电过程中起火占事故总数的23%，大部分车辆起火发生在行驶中和静置状态。当然统计的样本是按照媒体已曝光的事故进行收集统计的，所以有可能是其中道路行驶过程的事故曝光率较高。
　　根据规律来看，充电过程中和充满以后，是电池非常容易起火的状态。有些车是并未遭受撞击，诱发电池热失控的主要原因属于电池内部原因，比如电池制造过程中引入的电芯内缺陷（细微金属碎屑导致内短路），或者电池在长期使用过程中由于充放电制度和环境因素使电池老化，电芯内部产生了枝晶锂，它的存在触发了电池内短路，在高电量状态下就有一定的概率引发起火。
　　需要注意的是，快速充电对锂电池是存在一定的压力的，长期使用快充会降低电池的安全性，一定程度上提高了电动汽车自燃的风险，建议把快充作为补充的补能手段。
　　电动汽车起火事故的统计（图片来源于网络） Q5：从目前的新能源汽车的电池分类来看，哪些电池的安全性更高？为什么？相比之下，三元锂电池是否更容易起火？
　　电池的安全性其实和很多的材料都有关系。不过总体来看，正极材料的特性在目前对于电池比较重要。从大的维度来看，磷酸铁锂电池因为其稳定的内部结构，使其在更高的温度下也不容易分解，而且这种电池不仅有着更强的耐高温和过充的能力，也能更好地面对碰撞、短路等情况，自燃着火的概率也相对比较低。这也是当前电动汽车开始重新采用大量磷酸铁锂电池的主要缘由。
　　三元锂电分为不同的种类，能量密度的高的三元电池活跃度更好，相对而言有更高的概率起火。
　　锂电池组成及分类（图片来源于网络） Q6：在电池方面还有哪些改善空间来保证新能源汽车的安全？除了电池，新能源汽车是否可以设计自动灭火功能，把危险降到最低？目前新能源车已经应用的灭火功能有哪些？
　　在电池方面，目前大部分汽车公司都在致力于研究如何实现让单个电池热失控以后，阻断电芯之间失控的链式反应，让整包不会起火，这是一个主要的设计手段。在这里面有多种办法，主要分为电芯层级和系统层级两个方向。
　　电芯设计流程方面，首先我们可采用正极材料的纳米级包覆及掺杂技术，它能有效提升热稳定性，防止热失控；其次可以用电解液新型添加剂来实现SEI膜的自修复，从而改善电芯寿命，降低电芯短路风险；或者我们也可以通过特殊电解液添加剂，在将其加热至120 以上时，活性材料表面自发聚合形成高阻抗特性聚合物膜，以此大幅降低热失控反应产热。
　　其次是在电池模组和电池系统的隔热设计方面，可以使用网状纳米孔隔热材料和耐高温上壳体（耐温1400 以上），并且在电池间隔内采用隔热材料，保证电池传播温度受控。
　　设计自动灭火装置是很多人的想法，但需要注意的是，锂离子电池是一种化学燃烧，如果不连续冷却，其内部会持续发生化学反应，导致燃烧。目前来看，想要对电池系统灭火需要大量的水，一般的灭火装置达不到效果，所以这方面只有在特殊的储能系统中才能采用。
　　目前车上主要设计的功能，是进行单个电芯的热量隔离和冷却，让单个电池热失控以后冷下来。 Q7：如果在车里突然遇到新能源车起火，且无法开门的情况下，如何保护自己？如果新能源车起火是否意味着车内所有操作都会失灵？
　　目前国家最新的《电动汽车用动力蓄电池安全要求》中明确要求＂当电池发生热失控后，电池系统在5分钟内不起火、不爆炸，以确保乘客拥有充足的逃离时间＂。所以如果电动汽车出现该情况时，应该第一时间把车停到紧急车道，然后开门让乘客下车。由于此时的12V电池还是有电的，所以千万不要慌张，出现热失控报警时，需要第一时间处理并停车。
　　同时，新能源汽车的失火和车内操作的失灵并无直接关系。汽车起火之后，正常来说虽然高压电池存在一些问题，但12V电池在短时间内不会受影响，所以基本的功能在短时间内依旧能够用。但是如果火烧出了电池仓，低压线束和车身其他部分的功能可能会受到一些影响。 Q8：有哪些信号表明新能源车起火的风险很高？车主需要如何注意？
　　（图片来源于网络）
　　如上述的问题，最新的电动汽车都会有电池热失控预警的信号，如果车主看到上图这个标志时，首先不要着急，请立即处理车辆把车停在路边，然后让乘车人员尽快下车，然后联系厂家和消防部门进行应对。 Q9：如果长期处于高温环境下，新能源车起火的概率是否会提高？
　　根据对2020年事故按地域划分的数据分析，通过对比各个省份、直辖市的行业内烧车事故数量可以明显看出，南方省份的事故数量明显多于其他省份，其中一个很重要的原因是南方城市夏季温度更高。从事故月度统计图和区域统计图中可以看出，除了车辆保有量外，高温是导致车辆发生自燃的一个重要诱因。事故月份统计分布图中，夏季明显比冬季事故要多，而夏季和冬季的唯一明显区别就是气温。在高温的情况下，电池的热失控反应会更迅速，所以从整体概率来看高温下新能源汽车的起火概率会增高。 Q10：续航能力越长的新能源汽车，起火概率是否会越高？
　　客观来说这两者存在一定的联系，续航能力越长的电动汽车，意味着在同样的车上要装能量密度更高的电池，而能量密度高意味着电芯的安全边际和热稳定性要低一些。能量密度高的电池，和之前所说的高比能的三元电池是相似的，材料体系更活跃意味着电芯在更低的温度下会触发热失控（大致在45度左右）所以从统计学上起火的概率会高一些。
　　我们能看到从2017年开始国家开始补贴高续航的车辆，这使得电动汽车起火事故率也高了很多，当然技术的不成熟还是主要原因。随着电池安全技术的不断进步，续航越长和起火概率在未来是没有直接关系的。
　　来源：腾讯新闻知识官 汽车三电工程师 《汽车电子硬件设计》作者 朱玉龙
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