动力电池，怎样才能化解安全之忧？| 中国车市"十问"⑨ 新能源车“三电”系统哪家强？
记者 刘朝晖
据乘联会数据，2023年2月新能源厂商批发市场和零售市场渗透率双双突破30%，电动化趋势已不可逆转。而动力电池安全被誉为新能源汽车的“生命线”，也是消费者购买电动车考虑的极其重要因素。
在电池、电机和电控这新能源汽车的“三大件”中，电池的安全技术尤其重要。如果说补能效率、续航里程等问题只是影响使用体验，动力电池一旦出现安全事故，则是性命攸关。
在新能源车发展的这些年中，我们时常能看到和听到一些新能源车发生电池起火燃烧的新闻，几乎没有一个品牌敢拍着胸脯说：我的车辆从没发生过起火燃烧。其中，既有车辆发生碰撞事故后导致，也有车辆在静止状态下的“无名火起”。
2019年4月22日午后，西安蔚来授权服务中心一辆正在维修中的ES8发生燃烧。蔚来后来发出事故说明，称车辆底盘曾遭受严重撞击，电池包外壳与冷却板变形，电池包内部结构被挤压一段时间后短路着火。
西安蔚来授权服务中心的一辆ES8发生燃烧
此前一天的4月21日晚间，上海徐汇区某小区内一辆特斯拉Model S也出现了自燃情况，并引燃了身边的奥迪、雷克萨斯两台车。三台车烧得惨不忍睹，全部报废，幸好没有人员伤亡。
上海徐汇区某小区内一辆特斯拉Model S出现自燃
2021年7月30日凌晨，一辆蔚来EC6在上海市浦东新区临港大道由于高速撞击隔离石墩而起火燃烧，车主遇难。
蔚来EC6在上海碰撞起火，车主身亡
2022年3月28日晚，深圳市龙华区某小区一辆小鹏汽车发生火灾。根据现场的图片和视频来看，当时这台小鹏汽车发生了剧烈燃烧并伴随大量白烟，火势很快将整车吞没。
深圳的小鹏汽车起火视频截图
今年1月，江苏某地，疑似一辆零跑C11新能源汽车，在路边停车状态下发生起火。网友上传的视频中，车辆的起火部位在车辆尾部，其间还疯狂往外喷出明火，火势愈演愈烈。
消防人员到场后最终成功控制火势，不过车辆也已被烧得面目全非。
近日，国内多家媒体报道，在包茂高速岑溪大隆段，一辆比亚迪汉因碰撞护栏发生起火，司机被困车内无法救出不幸身亡。
网上流出的比亚迪汉因碰撞护栏发生起火画面
即便是上百万元的豪华新能源车，也没逃脱起火这个“魔咒”。去年9月5日，苏州一辆保时捷Taycan电动车在碰撞护栏后引发大火。据现场目击者称，当时火势很大，路人想营救却没办法从外部打开车门，车内人员无法脱困导致被活活烧死。
苏州一辆保时捷Taycan碰撞后燃起熊熊大火
上述只是媒体及网络上公开报道的近两年众多新能源车起火事件中的几起案例，其中既有碰撞后起火，也有停放中自燃。从某种程度上，这些起火事件也让部分消费者“谈新能源车色变”。
在前不久举行的2023中国电动汽车百人会论坛上，中国科学院院士孙世刚介绍，2021年我国新能源汽车起火约3000起，起火事故率为0.9万-1.2/万辆。
面对新能源汽车的加速普及以及保有量的攀升，市场对动力电池安全性也提出了更高标准。动力电池，怎样才能化解消费者对其安全性能的担忧？
动力电池的安全，涉及的因素很多。拿当前应用广泛的锂电池来说，影响锂电池安全性的因素有很多，既有电池正负极材料的选择、电池的制造工艺等，也包括了电池能量密度的高低，以及电池管理系统（BMS）等。
其中，能量密度的问题曾被不少业内人士提及。在理论上，能量密度与安全性是一对成反比的矛盾。然而，在电池技术高速迭代发展的过程中，电池能量密度不断提高是一种趋势，锂电池已经达到了400Wh/kg以上的能量密度，在这种情况下，对安全防控的技术要求会越来越高。部分车企和电池厂家对于能量密度盲目追求，但其实本身安全保障的能力未能及时跟上技术进步的步伐。
中国科学院院士、中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高曾表示，安全事故是新能源汽车发展的致命隐患，而新能源车安全事故的本质，是电池热失控。
导致热失控的诱因主要有两种，一是机械电气诱因（针刺、碰撞等事故导致），二是电化学诱因（过充、快充、自发性短路等），电池单体热失控之后传递给相邻单体，随后大面积蔓延，最终导致安全事故的发生。
新能源汽车大多使用锂电池，主要为三元锂电池和磷酸铁锂电池，两者都属于液态锂离子电池。锂电池中的锂化学特性十分活泼，锂金属一旦暴露在空气中，就会和氧气产生强烈的氧化反应，继而发生燃烧。
新能源汽车的电池，普遍安装于底盘，很多车主在驾驶过程中，底盘难免会受到磕碰，严重碰撞的，电池组可能变形，从而导致电池隔膜撕裂短路，可燃电解液泄漏，从而引发火灾。有些轻微的碰撞，即使当时没有起火，也很容易为日后的汽车自燃埋下隐患。
同时，长时间快充、过度充电、炎热天气，都有可能造成电池热失控的发生。
新能源车的动力电池一般安装在底盘部位
工信部在2020年制定的《电动汽车用动力蓄电池安全要求》中提到过，要求电池单体在发生热失控后，电池系统需在5分钟内不起火不爆炸，以便为乘员预留安全逃生时间。
2022年4月，《关于进一步加强新能源汽车企业安全体系建设的指导意见》聚焦重点环节，为产业发展划出“底线”，其中明确指出，提高动力电池在碰撞、振动、挤压、浸水、充放电异常等状态下的安全防护能力。工信部有关负责人曾指出，动力电池是新能源汽车的核心部件，提高动力电池安全是核心要素。
为此，车企也在不断探索提升电池安全性的手段。例如比亚迪的“刀片电池”、广汽埃安的“弹匣电池”等，攻克在短路情况下，电池温度急剧升温的问题。在研发锂电池的同时，部分电池企业和车企也在布局安全性更高的固态电池。
《电动汽车用动力蓄电池安全要求》是国家强制标准
当下，在电池结构上进行创新，同时以更先进的电池管理系统来控制电池的温度状态，是众多车企化解动力电池安全之忧的最重要手段。
当前国标动力电池安全试验的标准包含针刺、跌落、燃烧、冲击等，其中针刺是最高的电池车规级安全标准，它要求电池在被8mm钢针穿刺后5分钟不起火，是一种测试电池内部短路耐受能力的安全测试，是业内公认的对电池电芯安全性最为严苛的检测手段。
一般来说，电池在使用过程中发生内部短路，是因为制造过程中混入了导电异物，或者是受到了外界的冲击或压力。针刺测试则是用钢针穿过电池模拟内部短路，以确认电池是否冒烟、着火或破裂。
2020年3月29日，比亚迪首次对外公布了磷酸铁锂“刀片电池”顺利通过“针刺试验”的完整测试视频。针刺试验的结果显示，三元锂电池在针刺瞬间表面温度超过500度，传统块状的磷酸铁锂电池被穿刺后表面温度达到200度-400度，而比亚迪的刀片电池表面温度只有30-60度。其后上市的新车比亚迪汉EV，成为首款搭载“刀片电池”的车型。
比亚迪刀片电池针刺测试
业界普遍认为，比亚迪刀片电池能通过针刺测试，一是因为刀片电池散热面积大，有利于散热；二是短路回路长，降低了产热。两方面因素综合作用，导致刀片电池的温升速率比较小，因此刀片电池的针刺表现比较好。
那么在更极端的条件下，电池又如何保证其安全性和稳定性？广汽埃安的弹匣电池，做了一个很牛的示范。
埃安两年前发布的弹匣电池已实现针刺场景下的不起火，如今更进一步，前不久进行了弹匣电池2.0 “枪击试验”，展现了更极端情况下的电池热失控防护难题的解决之道。
埃安此次弹匣电池2.0枪击试验，在15米处对预留射击开口的满电电池整包进行射击。当子弹穿透电芯时，速度可达针刺的97.5万倍，创口直径是针刺的7-8倍，可瞬间击穿多个电芯并造成热失控和爆裂性破坏。而弹匣电池2.0整包枪击后未发生起火和爆炸。
据悉，弹匣电池2.0枪击试验成功背后的原因是埃安的“系统级电池安全”的技术路线。弹匣电池2.0不是纯粹的结构优化，而是从电芯本征安全提升到被动安全强化，再到软件主动防控的整套软硬件一体化安全技术。在初代弹匣电池的基础上，弹匣电池2.0深度迭代引入了超稳电极界面、阻热相变材料、电芯灭火系统等一系列原创安全技术。
实际上，无论是刀片电池还是弹匣电池，都是通过结构优化提高电芯通量和体积利用率，通过物理阻隔、冷却和软件监控等方式实现热监控并阻止热扩散。
这也表明，搭载在目前量产车型上的磷酸铁锂和三元锂离子电池，通过电池包和电池管理系统的优化设计，是能够提升这种电池技术在使用层面上的安全性的。
当然，针刺试验垂直贯穿电池包，人为模拟电池内部短路，检测电池热失控承受能力，这对动力电池来说有较大挑战，但测试范围有一定局限性，因为除了内部结构外，电池包外部结构安全，以及对更大程度内部破坏力、升温背景的适应也很重要。
当前新能源车市场规模不断扩大，安全这一长期命题的重要性与日俱增，在新一轮全球汽车产业竞争中，有关动力电池安全的博弈才刚拉开序幕。我们也希望新能源车企在动力电池安全性上革新与探索永不止步，正如广汽埃安副总经理席忠民所说：“只要自燃数据不归零，安全变革就永无止境。”