最可怕和最常见的电动汽车事故是自燃。从不缺新闻的特斯拉,早年最容易对自燃事故说三道四,但近一两年,自燃新闻材料失宠,取而代之的是自动驾驶事故。
这种变化有两个原因。一是整个电动汽车行业在进步,自燃事故在逐渐减少。二是消费者对自燃事故的认识更加理性,不再谈论找不到电动车的充电口,话题淡薄。
上周最新的特斯拉火灾@加利福尼亚州西好莱坞
不过,近期野马新能源充电自燃事故却引起了很多关注。为什么月销量只有10多台,年销量可以忽略不计的车型自燃,会被带上节奏呢?原来野马所用的谷神电池也是大名鼎鼎的威马Ex5的供应商,所以交了定金的客户担心,威马Ex5也会自燃吗?
野马新能源EC30边充电边自燃,周围没有充电桩。
碰巧,我的研究课题之一是电池系统安全。那就借此机会对电池安全做一次科普,回答一个问题:电动汽车充电时自燃,我们该追究谁的责任?
一、电池热失控的三大诱因
热失控,俗称火灾、爆炸。起火肯定是有原因的,主要有以下三种:
动力电池热失控的三种主要诱因[1]
最经典的过度充电案例是深圳五洲龙公交车事故:过度充电引发火灾!深圳五洲龙电动公交车火灾调查结果公布 - 锂电
2、五级电池热失控
一般来说,当电池着火时,它无法摆脱机械、电气和热三个诱因。但是,从正负极材料到在行驶的汽车上安装电池,电池都经过了电池厂、pack厂(有时电池厂或主机厂也作为pack),主机厂等。如果发生自燃事故,那是什么?谁的水平不好,谁的粗心,我们应该追究谁的责任?
这要从电池热失控的五个层次来分析:
5个环节从正负极材料组成动力电池系统
在下图中的各种材料中,越靠近左上角越危险。与大家普遍的认知相反,特斯拉的NCA镍钴铝三元材料比国内常见的NCM镍钴锰三元材料更危险,而磷酸铁锂材料相对安全。
锂电池材料热失控安全性比较[1]
可见Pack级别的工作比较多,那么是不是最容易出问题呢?其实也不一定,主要是行业关注比较早找不到电动车的充电口,法规比较完善。GB/T 31485《电动汽车动力电池安全要求及试验方法》、GB/T 31467《电动汽车锂离子动力电池组及系统》、GB/《电动汽车碰撞后安全要求》等国家标准于2015年颁布。
电池组相关测试规定,国内外比较[1]
如图所示,国标的相关要求并不弱于相关的国际测试标准。温度冲击、加热、挤压、针灸、海水浸泡等这些酷刑,基本上都是国内电池企业完成的。
换一种说法,正是因为标准制定的早、严,那些真正不靠谱的电池企业早就被大浪冲走了。剩下的和宁德时代可能还有差距,但大部分也是做事好的公司。
除了上述功能外,电池组还集成了温度、电压、电流传感器等电子设备,并将信号传输至外部电池管理系统(BMS)。如果这些信号是错误的,并且 BMS 的诊断能力不好,那么也可能做出错误的决定。
功能安全也是我的研究领域。很难用科普的形式来解释。我不会在这里讨论它。简单地说:功能安全是解决充电自燃问题最重要的方面。
另外,功能安全国家标准是去年底才出台的,比Pack相关标准晚了3年,国内行业现状相对滞后:
所以我们可以明确几个常见的电池起火问题的原因:
泡水后着火:包装问题。碰撞后起火:Pack问题(但只要符合国家标准,你不必承担责任,因为Pack再好,也经不起各种碰撞)。充电时开火:BMS 的功能安全问题。莫名(无碰撞、无浸水、无充电)起火:单体问题或包装问题。手机电池起火:单节问题(因为大部分手机只用1节)
做个总结,其实很清楚:
你可能会有疑问,为什么大部分起火都归咎于Pack,只有充电的自燃才这么特殊,却是BMS的原因?
原因在于“充电”是相对于浸水、跌落、挤压等的“电子/电气功能”,而充电自燃的特殊之处在于“它是由电子/电气系统故障引起的( )”,所以这主要是 BMS 的“功能安全”问题,而不是 Pack 组问题。
3、回头看野马新能源的火灾问题
如果特斯拉在充电时着火,谁来负责?很明显,特斯拉当家作主,只能推卸责任。这是因为他们的电池系统开发部门是这样的:LG/松下负责电芯,特斯拉负责Pack和BMS。未来,特斯拉甚至可能不得不自己制造电池。
特斯拉电池系统的分工模式
而野马新能源呢?我们可以确认的是,单体和pack都是谷神电池生产的;而BMS谁来制造尚无定论——BMS的功能安全性好坏是自燃事故的根本原因。
在野马新能源的BMS中,我们可以肯定的是,无论是自己做的还是供应商做的,它的功能安全性都做不好,因为这个车型的销量太小了。现在,2018年第一季度仅售出141辆(这辆是四川野马,非福特野马:2018年3月市场销售分析- Cars),可能没有蔚来的试车多……
这么小批量,不可能投入太多资源去做BMS,更不用说BMS的功能安全,所以可以说野马新能源发生充电自燃事故,可以说是意料之中。
野马新能源事故车电池系统划分模式
回到在这场漩涡中受到影响的威马Ex5,在工信部第308批公告中,威马公布了两个版本。
威马Ex5(谷神版)电池系统的分工模式;宁德版和特斯拉一样。
回顾威马Ex5“放炮”的原因,消费者认为:
而实际情况是:
野马新能源充电自燃→野马BMS功能安全不合格→否 那么野马BMS是谁造的?如果是古神造的,那威玛就趴在枪上了。如果不是古深,那么古深就是趴在枪上,魏玛也趴在了枪上。4、魏玛Ex5风波中的各种乱象
在一个工程师看来,主线逻辑上面已经详述了,很清晰也很简单。结论是野马新能源充电自燃与威马Ex5基本无关。在威马Ex5版汽车之家上,争论的话题相当离谱,严重偏离了正常分析问题的主线逻辑,甚至还有一些很奇怪的言论,有兴趣的可以自己去看看。
甚至有网友表示,威马Ex5一定要用宁德时代,他绝对不会买其他电池。这种押注于某个汽车零部件品牌的行为,在整个汽车史上都是罕见的……为什么会这样?由于多种意外因素,我倾向于将此视为公关事件:
说到公关问题,我们可以回忆起一个极好的案例:特斯拉的 18650 电池。
最初,18650 电池只用于旧笔记本电脑,当它被特斯拉用于汽车时,人们持怀疑态度——就像他们现在质疑 Ceres 一样。特斯拉的技术总监 JB 是这样说的:
“相信我,在不久的将来我们会看到 18650 电池最有说服力。我真的不知道为什么 18650 电池会引起如此大的争议,没人在乎你油箱的形状和大小,但在电动汽车中有关于电化学能量的形状和大小存在很大争议。”
吴斌:特斯拉的电池管理系统(BMS)相比其他电动汽车有哪些优势?
大概意思很简单:作为一个主机厂,我向你保证整车的质量、安全、性能和价格,你为什么这么在意我用的品牌?我有信心将劣质的电池融入优秀的性能,这是我技术水平的体现!当时正是因为只有特斯拉敢用松下的电池,才获得了巨大的成本优势:特斯拉在Model S的成本大多数情况下都“不到A”车
后来,特斯拉终于承认,使用 18650 电池其实是一个艰难的妥协,主要是因为当时找不到合适的大电池。现在它有了实力,准备自己造更大的电池。所以马斯克说:
“它真的是基于物理和经济因素的计算。这就是我们分析一切的方式。假设世界上没有单体电池,我们将如何设计它?设计应该符合我们对最终产品的要求特性。18650(用于特斯拉)不是最佳设计。
吴斌:如何评价特斯拉量产的Model 3 21-70锂电池?
它还使用了当时未被识别的电池。特斯拉如此自信,威马Ex5陷入了漩涡。. . 此外,在工信部第309批公告中,公布了两款使用宁德电池的威马汽车Ex5。与第308批的125kW电机相比,显示出第309批的160kW电机更符合发布会上公布的to C版,这让之前的传闻不攻自破。
工信部第309批公告中的威马Ex5
而且,威马副总裁陆斌也正式澄清:toC版威马Ex5不会使用固神电池。漩涡中的魏玛,鲁滨回答八个问题
五、下结论
至于固神电池,实在是不为人知。如果不是这次事件,我也不知道它是浙江省十大重点科技企业之一。当然,如果我是消费者,国标是完美的,关键技术公司也说服不了我。如果我选择威马汽车,能够说服我的是,我可以相信威马汽车的整车集成水平和供应商管理能力。以沉辉数十年的供应商管理经验,相信他不可能选择那种不顾一切、混补贴的电池厂。
参考文献[1]:冯旭宁.车用锂离子动力电池热失控诱导膨胀机理、建模与预防[D]. 清华大学,2016.