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最安全的电池,为什么成了“自燃王”

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图片来源@视觉中国

文 | 20社,作者 | 王晓玲

今年,比亚迪绝对算得上车市顶流,销量与股价一路上涨,当然离不开刀片电池的加持。可惜,此起彼伏的自燃事件屡上热搜,也让刀片电池成了“迪王”的沉重王冠。

8 月 16 日,四川一位车主称自己刚刚上牌 3 天的比亚迪汉千山翠发生自燃。目前当地消防称具体原因还在调查中。这是比亚迪新能源轿车旗舰车型的限量版,目前售价 32.98 万元。而车主称车没有暴晒过,刚开出车库就冒烟。

今年 1 月,一辆比亚迪唐 DM-i 在拖车上发生自燃。3 月,上海一辆比亚迪唐 DM-i 在非充电状态自燃。8 月,深圳路边的一辆黑色比亚迪汉 EV,底盘以及前舱的位置不断有浓烟冒出,随即起火。

这不是我们能够搜索到的全部相关新闻。不过,上面这几个案例的共同点,除了这些车辆都搭载了刀片电池,还有就是,自燃原因看起来都与外界因素无关。由于今年的多起自燃事故,已经有人将刀片电池称为“自燃王”。

比亚迪并未对此起彼伏的自燃事故给出公开回应,但在今年 4 月和 7 月,分别发起了车辆召回。两次召回涉及超过六万辆电动车。

两年前横空出世的刀片电池,有很多优势,除了更换刀片电池后,比亚迪新能源的汽车电池组的平均成本将下降 30%,让外界印象最深的当然是安全性。

刀片电池刚上市时,主打的就是安全性。当时的针刺实验,给业界带来了不小的刺激和震撼。

“自燃王”一说,并没有什么象样的数据支撑。但是,磷酸铁锂原本就比三元锂电池更加稳定,结构上更加安全,通过了极端针刺试验的刀片电池,为什么刚刚上路,就爆发出这么多自燃事故?

一个小洞惹的祸?

目前唯一能够获得的官方资料,是比亚迪的召回备案。

在国家市场监督管理总局网站公布的备案公告中,比亚迪给出的召回理由是:动力电池包托盘由于制造存在缺陷,托盘透气阀的安装面不平整,存在进水风险,这可能会导致动力电池系统电气回路故障,极端情况下会引起动力电池热失控的风险,存在较大的安全隐患。

虽然只有短短几句话,但其中有一点关键信息,“动力电池包托盘安装不平整,带来较大安全隐患”。

那么,电池包托盘安装得不平整为什么会有进水风险,又为什么会引起是电池热失控呢?

有一个案例能很好地回答这个问题。

2021 年 10 月,海南的一家比亚迪 4S 店发生了一场奇异的火灾。一辆比亚迪纯电动车由于仪表盘故障,被运到 4S 店维修。一般故障车是由卡车运到 4S 店,然后在卡车上搭上木板卸下,但是,这辆电动车在卸车过程中,底盘,也就是电池部分突然起火。

一般常见的电动车起火事故,主要因撞车导致电池受损。但这辆车在起火前,显然没有来自外力的撞击。

所以消防部门把调查重点放在了电池上。首先,要确定自燃是由电池内部自身故障造成,还是外部作用引起电池起火。其实电动车事故原因认定没有想象的那么简单,特别刀片电池结构坚固紧密,且存在一定电量,在拆解时会有触电和燃烧爆炸危险。

但是,在这起事故中,由于 4S 迅速将火扑灭,车身其他部分没有烧及,比较完整的保存了下来。在检查车身后,电池护板上的一个一分钱硬币大小的孔洞,引起了调查人员的注意。

这个小洞会不会是被火烧出来的呢?为了排除这个可能,调查人员用喷枪试了试,结果发现,护板防火性能相当不错,喷枪无法烧透。

那么就只剩下一种可能,这个洞是由于行驶过程中爱撞击破损形成的。电池护板,在设计过程中,充分考虑了防火性能,但看来耐磨性能不足。

而海南当地那几天由于下雨导致路面积水,所以电池内部就被雨水浸泡了。而电池包内部,可不只有电池,还有各种用来传统信号的线。卸车时,车辆前倾,雨水也在电池包里向前集中,于是把电池和各种线都泡进了水中,于是发生短路造成电池热失控起火燃烧。

这个事故的调查经过,后来由海口市消防救援支队公开发表在《消防科学与技术》上。

脆弱的“包装盒”

具体来说,刀片电池结构简单分为以下四个部分:

•最底下的护板,主要起保护作用,其用铆钉铆在电池包底部,可应对日常的小剐小蹭,不至于对电池包本体造成冲击,有损伤可单独更换。

•蜂窝结构的电池包托盘,自身吸能和抗冲击性强,不易在磕碰中受损而更换电池。

•密封压板。

•电池芯。

而比亚迪公告中的电池包托盘和事故调查报告中的护板,并不是一个部件。

两者对部件问题的描述也不一样。

在事故调查报告中称,“同类型车底盘,都有不同程度的撞击痕迹,有部分车辆的车片电池包下护板被撞击已经受损,严重的已经出现孔洞等情况。”

比亚迪的公告中则称,托盘透气阀的安装面不平整,存在进水风险。


不过,最终结果都是进水带来自燃风险,而两者的联系似乎可以解读为,护板被撞击是由于电池包托盘安装面不平整造成的。

另外,事故调查报告还指出了另一个风险,那就是电池密封盖材质,耐火性能不足,受热时短时间内就会着火变形。

按说这个问题也很严重。试想一下,在这个盖板之上,就是座舱,如果火势蔓延到车身,很容易危及车内乘客。

总结一下,下面的护板有防火性能,但不够坚固,而上盖不能防火,可以说对于电池的防护都不是特别有力,而对比下来,整个动力系统最坚固的部分,反而是电池本体。

实际上,电池本体特别坚固,本身就是刀片电池的一个优势。刀片电池上市后,除了针刺测试不起火,永不起火自燃,官方也展示了其优异的坚固防撞性能。

由于比亚迪刀片电池内部上盖采用“蜂窝”结构,在材料重量相等的情况下,蜂窝结构可以实现更高的刚度和强度。

而刀片电池层层叠加,又运用了“筷子”原理,使得整个电池模组,具有极高的防撞击和碾压性能。在这个性能的展示中,比亚迪曾安排了极其暴力的使用,用 50 吨的重卡碾压刀片电池模组,外观也没有任何变形,成功抵过重卡的碾压。

但在一个系统中,其中一个部分十分坚固,整个系统留下安全漏洞的例子并不少见。

一个最容易想到的例子,就是二战中,法国人之所以那么快速地被德国人击败,其中一个主要原因就是:德国人迅速的突破了法国人精心打造的、号称世界上最坚固的马奇诺防线。而且正是这道坚固的防线,让法国人疏忽了背面的防御。

越来越薄皮大馅

不过,并不能说比亚迪是由于对于电池本体坚固性的自信,而采用了比较薄的“外壳”。而且目前也无法确认其他自燃事件的具体原因。
但是,为了能在有限的空间装进更多的电芯,整个动力系统变得越来越薄皮大馅,一直是这几年的行业趋势。

从 2020 年开始,电芯能量密度的提升速度相比之前有所放缓,电池厂主要通过做大电芯或者减少结构件的方式来提高系统能量密度。刀片电池,正是其中的典型代表。

怎么说呢,想象一下,一个柜子,能装的书是有限的,为了装更多的书,可以把一部分隔板拆掉。隔板拆掉后,还是放不下,那就把外面的柜板打薄。

在汽车有限的电池安装空间里,装进更多的电池,体现在设计上,就是近几年 CTP、CTC 等电池集成新技术不断推出,方向都是让汽车给电池让出更大的空间。

刀片电池采用的是 CTP 技术。CTP 最早由宁德时代于 2019 年提出,后来比亚迪汽车、蜂巢能源等陆续发布了各自的 CTP 方案。这个技术主要的特点是取消了电池的模组条,直接把电芯集成为电池包。

但是,直接把电芯安装到电池包内,让电池容量大幅提升的同时,也少了一层模组带来的支架防护。

可以这样理解,在取消模组前,电池是几个带独立包装的月饼,外面是一个大的包装盒;改成 CTP 技术后,月饼就从礼盒装,变成了一整块大月饼,而且还是简装。

今年 5 月,比亚迪发布 CTB 电池车身一体化技术,则是直接把车身的一部分做成了月饼盒。

而特斯拉 CTC 技术,原理与此类似,是将电池集成在底盘上,取消了车身底板的横梁,将其集成在电池上盖,电池的外框直接充当底盘的骨架结构,与底盘形成了集成化设计。

每扔掉一个盒子,带来的能效提升都十分明显。刀片电池则首次将比亚迪电池系统体积利用率提高至 50% 以上。“比亚迪 CTB 技术和传统 CTP 技术相比,从电池‘三明治’结构变成了整车‘三明治’结构,将车身底板与电池上盖板合二为一。”比亚迪汽车工程研究院院长廉玉波介绍称,比亚迪 CTB 电池系统体积利用率可提升至 66%。

整个行业在这个方向上的努力,仍然没有停止。今年 6 月,宁德时代发布了第三代 CTP 技术,将麒麟电池系统集成度推向新高,体积利用率突破 72%。

虽然我们经常都吐槽月饼的过度包装,但是,礼盒装月饼,可以直接拎着外出,不用担心盒子会散开。简装大月饼呢,你得小心翼翼捧着吧。

参考资料:

  • 黄文晓,一起刀片电池因撞击受潮起火事故的调查
  • 新能源汽车之眼,刀片电池包结构和参数详解

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