電動汽車起火事故調查分析

孫明宇，王立民，王青貴

（中國汽車技術研究中心有限公司，天津300300）

1 引言

為了應對日益突出的石油能源短缺和環境污染問題，電動汽車因其使用清潔能源和零排放的優勢得到各國政府的大力支持。發展新能源汽車已成為中國的重要國策之一。2014—2019年中國新能源汽車銷量如圖1 所示，自2015年來，新能源汽車銷量快速增長，其中純電動汽車更是迅猛發展。目前，中國電動汽車已經占到世界市場份額的50%以上。與此同時，電動車高速發展所帶來的一系列問題也日益凸顯，特別是以起火事故為代表的電動汽車安全性問題。電動汽車起火事故已經引起了社會各界的重視，了解其原因，并分析解決相關問題是目前新能換汽車發展過程中亟待攻克的難關之一[1]。

圖1 2014—2019年中國新能源汽車銷量

2 電動汽車起火風險性概述

電動汽車區別于傳統汽車的部件在于動力電池、電驅動和電控系統。其中，動力電池作為核心儲能部件，因常規體積較大，易受到外部環境和制造缺陷的影響。當電池包在一些極端工況下運作，比如受到外部沖擊等，可能會出現結構破損、火花飛濺、易燃和有毒煙氣溢出等情況?？扇細怏w被引燃后出現明火。電池單體和動力系統起火是導致電動車起火的主要原因。SUN 等人的研究指出，對于大部分電動車起火事故，特別是自燃，明火基本上源于動力電池系統[2]。

電池包的體積、容量和能量密度對電動車起火的風險性和嚴重性有重要影響。單體電池的數量越多，能量密度越高，電池包儲存的能量越多，起火的風險也越高。鋰離子電池具有高能量密度、高充電效率、長使用壽命等優點。為了降低電動車車重、提高續航里程、縮短充電時間，越來越多的汽車廠商選擇鋰離子電池包作為動力來源。目前，鋰離子電池包是電動車主流裝機電池類型，一般布置在車身底部。隨著技術的進步其能量密度還在不斷提高，這在提高電池性能的同時，也增大了起火的風險性[3]。

3 事故統計和事故分類

通過對國內新能源汽車著火事故進行統計分析發現，事故原因大致包括自燃（行駛中自燃、停置時自燃）、浸水、碰撞、零部件老化、人為改裝、外部因素引燃等因素[4]。電動汽車2016—2019-08 事故統計如圖2 所示。

圖2 電動汽車2016—2019-08 事故統計

綜合2016—2019-08 所發生的新能源汽車安全事故，按照事故原因分類，由圖2 可知，高壓電池包的自燃仍然是電動汽車安全事故的最大根源，相比其他類型安全事故總占比38.1%。通過調查分析可知，大部分電動車起火事故都源于電池包的熱失控[2]。

引發熱失控的原因有很多，內部短路是其中重要的一種。而造成內部短路的原因則較為復雜，比如高壓電池包在加工制備時，模組之間混入的金屬雜質或產生的極片毛刺等、電濫用、電解液浸潤不均等引發的局部析鋰，都有可能在劃破電池隔膜，引發微小的內部短路，這種微小的內部短路并不容易被察覺[6-7]。但是微小的內部短路會在電池內部持續產熱。當內部短路產生的熱量堆積到一定程度后，就會引發電池的熱失控，致使動力電池起火。

排在第二位的是充電過程起火事故，占20.0%。正常充電過程中引發的電池起火事故的比例在逐年上升，已經引起了人們的重視。充電過程中對電動車的濫用或使用不當，比如充電期間啟動車輛，容易引發車輛自燃。隨著電動汽車保有量上升和充電樁的鋪設速度加快，如何對充電方法和充電設施進行更加規范化的管理，對充電電池組進行可行、有效的安全狀態監測是非常重要的。

排在第三位的是汽車碰撞引發電池起火的事故，占14.3%。車輛碰撞時一方面會給電池帶來猛烈的沖擊，箱體內部結構在被擠壓的狀態下引發了電池的外部短路；另一方面，汽車碰撞如果導致電池被擠壓變形，過量的變形可能使隔膜受損破裂或被刺穿、引起內部短路。

內部短路與外部短路可能只發生一種，也可能同時發生，這些短路故障會引起電池高溫并伴隨漏液，泄漏出大量可燃氣體，導致事故發生。電動汽車電池包的設計要具備防撞、吸能等功能，同時還要滿足通風散熱、絕緣防水等復雜功能還設計和制備難度很大，目前可以很好應對撞擊的電池箱體結構尚未有效普及[8]。因此，需要在電池安全研究中給予更多的重視。

4 碰撞導致電動車起火案例分析

傳統燃油汽車碰撞考察的是碰撞對整個車身以及變形量的影響，例如汽車前后部吸能機構變形、損傷等。而新能源汽車除了上述考察，還需對高壓系統進行檢測。原因是新能源汽車發生碰撞后容易出現漏電、起火等安全隱患，一旦發生事故，勢必造成嚴重影響。因此，對新能源汽車碰撞安全的研究非常重要。

碰撞形式多種多樣，如果電動汽車在道路上出現類似常規標準中定義的正碰、側碰、柱碰等高速碰撞，車身變形嚴重，車輛一般不能繼續行駛，用戶主觀上也不會繼續使用該事故車輛。但是因實際道路情況復雜多樣，電動車在使用過程中往往存在一種底部碰撞形式，比如車輛底部剮蹭路緣石、鐵軌等路面障礙，路面尖銳的飛石撞擊電池包等情況。這些底部碰撞事故傷害輕、噪聲小、變形小，客觀上不易察覺，用戶主觀上也常常忽視，埋下安全隱患。即使發生底部碰撞事故時沒有起火，但實際電池包已經受損，在之后的某一使用過程中出現起火。下面就常規電動汽車底部碰撞事故進行舉例和事故分析。

4.1 底部碰撞導致電池包破壞變形

2018年某款車在廣州發生碰撞后起火，原因是道路異物與電池包發生沖擊，導致電池包發生變形，在底板的電池組相互擠壓變形易位，導致單體電池外部短路，最終起火。

2019年，某款車在高速收費口剎車時，由于速度過快，剎車后發生了橫向位移，與收費口處的路緣石發生了碰撞瞬間起火。事故原因是車輛之前曾受撞擊導致電池包變形，箱體內部結構在被擠壓的狀態下引發了電池的外部短路；另一方面，汽車碰撞如果導致電池被擠壓變形，過量的變形可能使隔膜受損破裂或被刺穿、引起內部短路。

4.2 底部碰撞導致密封性變差

2018年某款車發生底部碰撞后底部電池包發生形變，密封性變差，在使用過程中浸水，導致電池內部絕緣降低，電池發生短路失火。

4.3 底部碰撞導致絕緣性能下降

2019年西安市某款車在寄修到4S 店發生發生起火。調查后發現該車輛在在寄修前底盤遭到過比較嚴重碰撞，造成動力鋰電池包左后側機殼與制冷板大規模形變。充電電池包內部構造在被擠壓成型的情況下歷經一段時間后產生短路故障，最后引起火災。

5 碰撞導致電動車起火事故分析

從事故誘因方面可將事故分類分為間接事故和直接事故。間接事故是指機械變形后未直接引發著火事故，但是經后期事故鑒定，推斷為機械變形引發，或者無法排除機械變形導致事故的可能性。直接事故是指極端的機械變形導致電池系統受到嚴重破壞，直接導致電池熱失控，并引發車輛著火事故。

5.1 間接事故

5.1.1 連接件松動

在部分底部碰撞事故中，電池包受到外部沖擊載荷，雖未造成殼體破損或較大變形，但其內部連接件或緊固件發生松動，導致局部電阻變大，隨著使用時間的增長，發熱量持續增大，最終導致局部熱失控。

5.1.2 密封破壞

磕碰情況下，容易導致密封件脆裂，發生密封失效的情形。密封失效通常會導致系統內部結露或有冷凝水積聚，進而導致絕緣電阻下降。極端情況下，可能會導致短路發生，引發系統熱擴散。當電動汽車用動力電池系統密封性能變差后，內部絕緣電阻降低，正負極發生短路，并引發系統熱擴散。

5.1.3 電池結構變形

電池系統的外部機械變形量比較小的情況下，不會直接引發電芯發生熱失控，但是可能會對電池模塊或者電池單體造成輕微變形。變形的電池在持續使用過程中，會因為應力的變化導致內部反應不當，最終引發電池發生熱失控。通常情況下，租賃用電動汽車在運營過程中，由于司機的不當操輛發生著火事故。

5.1.4 液冷失效

對于裝配液冷電池系統的電動車輛，輕微的托底和底部磕碰可能會導致液冷板有變形，或者內部液冷管道有變形。一旦出現液冷系統結構變形，可能會導致冷卻管道裂紋、接口開裂或者接口斷開，引起冷卻液泄漏，引發系統絕緣故障，觸發系統熱失控，并引發車輛著火事故。

5.2 直接事故

5.2.1 異物侵入

異物直接侵入容易導致電池系統當場失效，引發電池系統熱失控，導致新能源汽車出現著火事故。極端情況下，電動汽車的電池系統會被道路中的金屬異物直接侵入，鐵地板造成內部電池單體切割，車輛瞬間發生著火事故。

5.2.2 嚴重變形

嚴重的變形可能會直接引發著火事故。在車輛行駛過程中，電池系統位于底部無保護狀態，極易發生底部或者側面嚴重變形。電動汽車由于底部裝配電池系統，因此其離地間隙通常較小，在行駛過程中容易與路緣石或者馬路上的凸起發生磕碰。如果發生嚴重變形，引發著火事故的可能性極高。某新能源汽車在行駛過程中，為躲避對向來車，不小心磕碰到路緣石上，直接引發系統嚴重變形，發生著火事故。

6 總結

鋰離子電池的技術創新和產品普及滿足了用戶對純電動汽車續航里程和充電效率不斷增長的需求，但也增大了相關車輛起火的風險性和嚴重性。新能源車輛在服役期間起火已成為日益突出的社會問題，極大地阻礙了產業健康發展。本文統計了近年來電動車起火事故類型并進行了分類，深入探討了相關事故的原因。其中，車用動力電池包受到局部擠壓導致短路失效是電動汽車碰撞事故中危險性比較高的典型工況，尤其動力電池包常布置在車身地板底部，這種設計縮小了車輛離地間隙，低離地間隙會引發更嚴重的安全問題，比如汽車在道路上高速行駛，道路上的金屬塊和石塊會撞擊并刺穿電池組，就像子彈擊中電動汽車的“心臟”一樣，不僅會破壞電池包結構，而且還會引發嚴重的火災事故。與碰撞安全性能測試所要求的正面和側面碰撞工況相比，電動汽車底部碰撞異物的情況尚未得到充分研究，也未制訂汽車底部碰撞安全設計標準，因此，在電動汽車的開發與推廣應用過程中，開展車用動力電池包底部碰撞安全性研究，對于提高動力電池包底部防護安全和電動汽車的整車安全性具有重要意義和實用價值。