自燃频发 以科学和敬畏的态度防止“惹火上身”

作为正准备购买新能源车辆的消费者,且是一名新能源汽车的从业者,在面对近期不约而至自燃联盟事件后(特斯拉快充后自燃、蔚来碰撞后4S维修时自燃和比亚迪后备箱附近自燃),不得不陷入了思考。

作为一名潜在消费者,毫无疑问,在铺天盖地的负面信息报道面前,有些不知所措,万幸的是,这几起事件中没有人员伤亡。在燃油车无法取代的驾驶体验、绿牌的诱惑、无需频繁保养的便捷和面临潜在电气安全风险之间一时难以抉择,是冰与火之歌融为一体的快乐体验?还是鱼和熊掌难以兼得的矛盾?从吃瓜群众的角度,首先得出结论和教训是:新能源车辆停车后不可久留,严禁车内打游戏和休息,煲电话粥也不行!

回归正经,作为一名新能源的从业者,解决问题的理性需求超越了“隔岸观火”的吃瓜观望。从这三起一连串的事件中,的确暴露了几个技术细节问题。

特斯拉的快充和蔚来的碰撞导致的自燃,初步分析最大可能的直接原因是电池内部短路,如何预防电池短路涉及很多方面考虑,电池包机械结构、电池材料、热管理、碰撞安全等等,可以说是一个系统的工程和概念,同时需要权衡能量密度、成本、驾驶体验等维度的平衡;而比亚迪后备箱附件自燃,直接原因很大程度上和电气短路有关。

通常我们在解决质量问题时,需要考虑:

1)尽可能减少故障发生可能;

2)降低故障发生后的危害程度;

3)故障一旦发生能够被及时检测和监控。

在没有更多第一手资料以及厂家给出真正的失效原因解释之前,不能针对上述三起事件从1)和2)的角度给予过多分析。笔者想结合第3)点,从检测和监控的角度深入讨论,抛砖引玉。为什么车辆没有能够及时将电池短路、车辆电气短路报警给到车主、4S店维修人员?

电池短路以及车身电气短路,属于车辆绝缘检测和监控的领域,目前的整车以及电池模块,对绝缘检测的手段主要是根据国家标准要求,采用被动测量为主。“被动”测量,在电池回路、车身电气回路没有接通工作时,检测手段是无法“主动”进行的。

被动测量也细分为两种,一种发展早期使用的平衡电桥法,一种后期改进过的非平衡电桥法。

前者起源于上个世纪30年代左右,其方法简便易行、成本最优,但不能测量对称故障,比如电池包同时进水、车身电气对称老化等,所有对称的绝缘故障此检测方法会失效,所以在上个世纪50年代左右,根据实际需求,发明了非平衡电桥法,以弥补此不足,成本上略有上升,但后者在电压快速波动时,容易导致测量滞后和精度严重下降,而且两者都需要高压回路闭合工作时才可以工作,这也是被称之为“被动”的主要原因。由于我国电动车市场的发展迅速以及成本压力,国内主流车厂、电池厂商基本采用被动电桥测量方式。

在面对停车(冷车未启动)、维修保养时的电池失效和DC/AC逆变之后的电气回路绝缘检测需求时,多数厂家认为属于小概率事件,综合成本考虑后,予以忽视。但随着整体产业的上升,市场保有量的增加,正如同墨菲定律预言,前段时间波音737Max-8飞机失事一样,如果有两种或两种以上的方式去做某件事情,而其中一种方式将导致灾难,则灾难必定会发生,面对生命周期可以达到百万级数量的汽车产业,侥幸心理必然会带来安全隐患。

如何防止检测和监控的盲区并确保监控手段有效,成为目前大家关注的焦点。从市场中寻找可替代的成熟解决方案,是当务之急。对标一些注重安全的传统老牌车厂,在转型生产新能源汽车的时候,也能保持较高的安全意识和风险控制,应该成为国内企业的参考。通常绝缘监控模块都集成在BMS(电池管理系统)里面,采用主动绝缘监控的BMS厂家主要有博世、大陆、海拉以及部分美资日资企业,对应的整机厂也集中于欧系整车厂。国内也存在一些仿制的跟随企业,规模大小不一,也有包装成海归的舶来品,但根据整机厂使用反馈看来,可靠性和稳定性是最大的挑战,甚至不如被动式可靠,所以接纳程度很低。而全球BMS供应商的成本又实在无法让本土企业承受,和多名资深新能源从业人员了解后得知,主动绝缘测量的鼻祖并不是BMS厂家,而是从事电气安全,八十多年前成立的德国家族企业本德尔(Bender)公司,绝缘检测是其核心的产品之一。这个功能模块在汽车产业链中属于二级配套环节,不是很显眼但重要程度很高,往往被忽视,采用双通道的检测方案可以满足全方位和全工况的测量要求。

目前摆在供应链和新技术方案面前最大的挑战是,如何用可以打动本土市场的成本来实现新技术的推广和方案升级?一旦引入这种主动绝缘检测技术方案,整车厂以及BMS厂家可以在车辆充电、意外碰撞、高温、电池老化等极端工况后,启动定制化、周期规律性的停车/冷车电气回路自检程序,一旦发现电池或驱动侧短路风险,立刻联网报警到消费者以及厂家,并将信息公开给第三方质检机构,给后续公正调查留下记录。

只有直面这些风险,才能防患于未燃,但这不仅限于整车厂、一级、二级配套厂商的努力,每一位消费者和行业的参与者都有义务防止“惹火上身”!