威馬EX5交付前，因一臺經過多輪破壞性試驗的報廢早期試裝車發生自燃，再度引起多方關注。是什麼原因導致的自燃？對於即將接受EX5的準車主，量產交付的車輛是否還會存在自燃的隱患？
威馬發生自燃 穀神和寧德都宣佈電池不是自己的
清華大學車輛工程系博士在讀的姚昌盛，會從電池技術層面進行詳細分析，和我們聊聊：
“怎麼看待威馬自燃及官方回覆？”
文 | 姚昌晟
正如大家所知道的，隨著新能源汽車的推廣，不止是威馬這樁事故，類似的鋰離子電池自燃事件很多，報道也越來越常見，流傳於微博和微信的自燃照片更是令人悚然：
「某品牌維修區電動車自燃」
還有一些引起廣泛關注的鋰電池燃燒事故：
分別是發生於:
2013年的日本航空波音787電池組著火；
發生於2015年的五洲龍大巴車起火；
發生於2017年的眾泰電動車充電起火；
發生於2016年的江淮iEV起火。
回答開頭說了，自燃的原因是電池熱失控，那麼熱失控是什麼呢？
所謂熱失控是由各種誘因引發的鏈式反應，發熱量可使電池溫度升高上千度，造成自燃。
「鋰離子電池電芯示意圖」
那為什麼鋰電池發生熱失控這麼危險？
如上圖，電池本身是可以自行反應的封閉小系統，它是帶能量的，尤其是現在的高比能量電芯，在一個小小的電池中，既有還原劑，又有氧化劑，如果電池系統熱安全管理不當，熱失控發生劇烈反應，則後果不堪設想。
「鋰離子電池電池包示意圖」
而電動汽車的電池包是由大量電芯構成的，電芯本身的形狀有圓柱、方形和軟包三種。
而電池包的構造如上圖，結構層次通常是：電芯 （Cell）組成了標準化的模組 （Module），再由模組組成了電池包（Pack）。
一般來說，乘用車生產商的主流情況是：電芯廠商（如CATL）會向整車廠提供模組，由整車廠自行製造電池包。
這是因為電池包與整車的匹配要求很高，直接影響了車輛的性能表現。因此具有一定實力的整車廠都會自己來做電池包。
當然，也有一部分廠商（以商用車廠為主），會讓電芯廠直接提供整車的電池包，或使用第三方廠商（如博世）製造的電池包。
而我們通常所說的電池管理系統（BMS） ，是應用在電池包這一層的，但是它在軟件上的管理卻不僅是電池包，好的BMS會對模組、乃至單個電芯的狀態都進行監控和管理，以確保電池工作狀態的正常。
BMS就是在軟件層面做好熱管理，避免熱失控的關鍵。
BMS的開發需要電化學和算法方面人才，所以目前很多廠商的BMS由專精於BMS的第三方公司提供，還有一部分是由主流電芯廠做的BMS。
接著說回到熱失控。
鋰電池熱失控有三類誘因，分別是：機械電氣誘因、電化學誘因與熱誘因。
三類誘因都引發過一些事故——
- 機械電氣誘因就是碰撞、針刺事故引發的熱失控，比如特斯拉第一起自燃事故中尖銳物品刺穿了車輛底部電池包；
- 熱誘因是最為直接的原因由於溫度管理失效導致的熱失控，比如電池溫控芯片出現故障導致過熱，進而引發電芯熱失控；
- 電化學誘因包括過充電、過放電事故以及電池內短路，上文中波音787電池組自燃就是一起電池內短路事故，而充電中燃燒的電動汽車，則多是緣於電池過充。
這三大誘因引起的熱失控，導致了幾乎所有現在報道的電動汽車自燃事件。
而頻繁的事故，也讓電池熱失控成為了公眾關注的焦點。
我會在這兩天再更新一篇專欄文章，單獨來談熱失控的機理，並與大家分析若干汽車自燃事件的案例分別是什麼原因。
說回到威馬這起報廢汽車自燃事故，是哪一類誘因導致的呢？
威馬在公告中是這樣說的：
也就是說這輛車，先經過了碰撞，之後又進行了泡水。
我們復現這輛車的情況，可以設想的是：車輛在碰撞中，雖然未見可視變形，但我推測電池包的機械結構在猛烈碰撞後出現了縫隙，此種情況下絕緣值測量符合標準，且熱失控並非發生，電池仍可以正常工作。
但緊接著進行泡水測試，則有一定可能發生漏水。水通過碰撞出現的縫隙進入了電池包內部，導致了短路，進而引發了熱失控，部分電芯已無法正常工作。
所以當車輛報廢后仍強行上電啟動，就導致了熱失控擴散，從部分電芯到整個電池包著火，進而點著了車輛內其他易燃部件造成了車輛自燃。
因此如果將這起報廢車自燃歸類，可以算作電化學誘因導致的鋰電池熱失控。
那麼應該如何降低電池熱失控的風險，針對這三類誘因，可以分別採取的措施也是多元的：
- 機械方面：可以改善電池包的框架設計，並在電池包底部加裝鋼板，比如特斯拉由於電池包平鋪在底盤地板上，就在車輛底部裝了一塊防彈鋼板；
- 電化學方面：在BMS算法中設計精確的充放電算法管理，更加準確監控、預測電池充放電的狀態，此外可以加入內短路識別的算法，在熱失控發生之前就將內短路識別、檢測出來；
- 熱方面：在軟硬件方面設計隔熱方案，避免熱失控的擴散，即使熱失控發生，也可以將破壞限定在一定範圍內，在自燃發生之前隔離開故障電芯，降低事故風險。
最後總的來說，電動汽車的普及，也帶來了一些的問題，電池熱失控無疑是電池安全性的關鍵所在。作為研究者，令我感到樂觀的是，很多圍繞熱失控、熱管理的研究已經較為成熟，並應用在了實際車用鋰電池的電池開發和電池管理算法之中。畢竟安全是底線，對新能源抱有熱情的消費者，當然不希望坐著一個炸藥包出行。
參考文獻：
Feng, Xuning, M.Ouyang* et al. Thermal runaway mechanism of lithium ion battery for electric vehicles: A review. Energy Storage Materials, 2017.
X. Feng, M. Ouyang*.,et al. A 3D thermal runaway propagation model for a large format lithium ion battery module. Energy, 2015
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