文|韓永昌
編輯|李勤
電動車自燃是車企和電池廠心中共同的一根刺。
質量聲譽受損,可能直接拖垮市場銷量。2019 年 6 月,由于接連發生起火事件,蔚來召回 4803 輛 ES8 車型。當時距蔚來第一輛車交付用戶還不到一年時間,召回車型已經超過了總交付量的五分之一。蔚來一度剛出世便走入至暗時刻。
汽車大量召回,車企也會背負巨額賠償。2021 年,通用汽車因電池起火問題召回了超過 14 萬輛雪佛蘭 Bolt,召回成本超過了 20 億美元(約合人民币 146 億元)。同年,現代汽車也因電池包問題召回了 8 萬輛電動汽車,成本達到 1.4 萬億韓元(約合人民币 76 億元)。
車企面對起火如臨大敵,但起火的原因追溯又極其複雜。" 電池燃燒會産生氧氣,邊燒邊助燃,普通滅火器根本沒用,一瞬間就燒沒了,很難留下數據。" 有電池行業人士說。
這也是一個嚴肅的商業問題," 燒車之後電池廠和車企如何定責,就像無人駕駛事故中的責任劃分一樣難做。"
如今,新能源車價格戰已經進入深水區,在車企高強度的降本要求下,整車開發周期正在不斷被壓縮,驗證測試環節也難以堅守。" 拼價格一定會卷到質量,很難保證在質量穩定的前提下降本。" 一位車企工程師說。
與此同時,據乘聯會數據,今年上半年,我國新能源車滲透率已經超過 28%。新能源車保有量也達到了 1620 萬輛,急速增長的保有量也讓起火事件的發生頻次不斷增加,越來越多的起火事件暴露在聚光燈之下。
據國家應急管理部官方數據,2022 年一季度新能源汽車火災共計 640 起,高于交通工具火災平均增幅(8.8%),平均每日超 7 例火災。
在一個高速增長、角逐激烈的市場中,如何在赢得競争的同時,保證電池安全,成爲每一家車企難以逃避的拷問。
畢竟,電池組零星的火苗,都有可能成爲燒光幾十億資産的引線。
不遺餘力的防火
談及電池安全,就不得不提及針刺實驗。這是一個在 300 多項電池安全檢測試驗中,被公認爲最嚴苛、最難達成的測試項目。
針刺實驗的過程并不複雜,先把電芯充滿電,再用一根耐高溫的鋼針将其垂直刺穿,鋼針停留在電芯中觀察 1 小時,如果能做到不起火、不爆炸就算合格。
針刺實驗
2020 年,比亞迪刀片電池橫空出世,順利通過針刺實驗。王傳福放出豪言,刀片電池要把 " 自燃 " 這個詞從新能源汽車的字典裏抹掉。
消費者也第一次用肉眼直觀的感受到了新能源車的安全性,搭載刀片電池的比亞迪車型一上市便成爲特斯拉的強勁對手。
但一位車企電池工程師對此評價道,針刺試驗模拟的情形跟實際差别很遠,最初我們都在搞針刺,沒有注意到熱擴散其實更危險,阻止起火其實是個系統性工程。" 過了針刺實驗也不能說絕對安全 "。
2022 年比亞迪宣布先後召回了 52928 輛唐 DM 車型,原因是部分車輛的動力電池包托盤由于制造原因,托盤透氣閥安裝面不平整,有進水風險。這可能造成動力電池系統電氣回路故障,極端情況下有引起動力電池熱失控的風險,存在安全隐患。
因此,保證新能源車的安全,僅靠電芯層面的防護并不足夠,還需要在電池系統上有更高的要求。
2020 年 5 月 12 日,國家強制性标準《電動汽車用動力蓄電池安全要求》正式頒布,最明顯的是取消了針刺實驗和增加電池系統熱擴散試驗,即要求電芯發生熱失控後,電池系統在 5 分鍾内不起火不爆炸,爲乘員預留安全逃生時間。
新标準出台後,業内也更加傾向于系統層的安全,對電池包的設計也有所變化。以雲母材料的使用爲例,前述工程師告訴 36 氪,由于雲母成本不低,在 2020 年之前,有些鐵锂電池包裏面并沒有用雲母,直到新規出台後,雲母才成爲必需品被使用。" 因爲不用雲母過不了測試。"
除了在防火上做出不懈努力外,車企與電池企業也在起火事件中摸索到了一些規律。
起火在業内被稱之爲熱失控,這是一種由電池溫度急劇上升而導緻電池出現不可逆的失效現象。造成熱失控的原因有很多,但大體可以概括爲内因和外因兩種。
内因隻有一個——短路。短路更多指向電池企業。電芯制造過程中混入粉塵雜質、極片邊緣毛刺,枝晶、析锂等都是可能引起短路的原因。
此前通用汽車就在公告中表示,LG 提供的電池可能同時存在電池陽極撕裂和隔膜皺褶兩種生産缺陷,增加了起火的風險。
因此改進制造工藝與提升電芯的良率和一緻性是每一家電池企業都在努力的目标。
而造成熱失控的外因則指向車企,車輛碰撞,過充過放,高溫都有可能是起火的元兇。車企爲了防止熱失控,通常考慮的要更多。
一位整車工程師說,我們做整車開發的實驗,一般都會做到消費者開一輩子車都用不到極限裏程,或者說長時間處于極限環境中,以此來保證安全性。
此外,在機械結構上,電池包會被車身緊緊包覆,層層加固,在電池包底部還要加上防護梁。在軟件算法上,電池管理系統也會對電池包實時監測。
吉利銀河神盾電池包結構圖
一位車企電池工程師對 36 氪說:" 每一家車企都會給溫度管控上設置一個阈值,當電池包超過一定的溫度範圍,冷卻系統就會自發工作。" 這也是爲什麽夏季時地下車庫中電動車會時常自啓的原因。
在車企與電池企業的合力之下,電車起火的概率逐漸降低。據中國新能源汽車大數據研究報告統計,2019-2021 年生産的新能源車着火事故率分别爲 0.037%,0.0303% 和 0.0084%。
但在新能源車保有量不斷增長的情況下,事故率降低不代表事故數量減少,而且起火之後的溯源是一件讓車企頭疼的事情。
割裂的電池數據
新能源車起火的原因有很多,每一起事故都各不相同。碰撞導緻電池包變形、進水以及高溫天氣、熱管理系統失效等等,都有可能造成電池自燃。
車企想要層層調查追溯到起火的原因,就必須要對電池的數據進行追查。
一顆電芯全生命周期的數據可以分爲兩段,一段是上車前在生産制造環節的檢測數據,另一段是上車後,BMS 系統實時監測到的運行數據。這兩段數據可能分别掌控在兩家企業手中。
電芯在運到車企之前,生産制造以及出廠檢測主要由電池企業負責完成。
以甯德時代爲例,甯德時代每條生産線 1 分鍾可生産 150 個電芯,每天有超過 140 萬個電芯誕生。這些電芯在電池廠要經曆外觀、電壓、容量、内阻等多項測試。這些數據自然留存到了電池企業手中。
當電芯組裝成模組或者電池包運往車企裝車後,電池包在新能源車上的運行數據則歸電池包生産企業所有。
爲了保證已裝車售出的電池包的安全,電池包 BMS 系統會将電池運行數據會實時回傳給車企總部。
數據檢測系統都可以實時監測到電池包的溫度、水泵的工作狀态等,回傳的監測數據可以精确到毫秒級别。據 36 氪 PowerOn 了解,不管外界溫度多高,電池包的工作溫度要求是在 45 度以内。
一家新勢力高管透露:" 去年我們确實發現了一起電池包數據異常的情況,當時售後馬上打電話叫回來排查,果然發現有一顆電芯失效了。"
但電池包的運行數據并非全部歸車企所有。
遲峰(化名)的工作經曆橫跨多家電池企業與車企,他對 PowerOn 說,運行數據基本上是誰做電池包誰監測,像特斯拉買圓柱電芯自己做電池包,那麽監測數據自然是留在特斯拉手裏。但像甯德時代給有些客戶直接發貨電池包,那這部分數據就是由甯德監測。
甯德時代電池包
當然車企不會允許電池企業掌握自己旗下車輛的命運。就算電池廠直接發整包給車企,也會給車企開放一些監測數據,這是車企所要求的。" 但電池企業自己的數據肯定會更全面,一些算法和内部信息是不會對車企開放的。" 遲峰說。
這也意味着,電池企業掌握着更多的電芯及電池包層面的數據。雙方的數據很難打通。
電池企業的數據不僅有電芯的良率等表面指标,還涉及了一定的生産核心技術。此前通用汽車要求 LG 新能源交出與穩定性直接相關的電池輸出實驗數據,已經被行業認爲是竊取電池制造的 " 核心秘密 "。任何一家電池企業都不會對此拱手相讓。
如果車企自制電池包,顯然也不會對電池企業共享電池包的運行數據。從動力電池的 pack 入手,切入電芯層,進而掌握動力電池的相關技術,加強對電池企業的話語權,是每一家車企都在有意或無意正在做的事。
數據的割裂也讓電池起火的溯源成爲了難題。" 如果數據打通,起火事件可能會降低很多,但這本身就不是一件可能的事情,這是個立場問題。" 有車企人士說道。
除此之外,電池廠與車企對電芯、電池包的測試也沒有面面俱到。
有電池企業人士對 PowerOn 說,電池廠有些項目是全檢,比如自放電,電芯内部很大的異物一下子就能測出來,但小的粉塵、毛刺,這些問題隻有等長期充放電,或者碰撞後發生變形才會暴露出來。
" 這些問題隻有抽檢掃 CT 時才能測出來,但幾分鍾才能掃一個,效率太低,不可能進行大規模檢測。"
這種 " 開盲盒 " 式的裝機以及在數據端割裂,成爲了電池起火難以溯源的重要原因。而難以溯源也就意味着責任的劃分成爲了一個人人可踢的皮球。
定責博弈
想要對起火定責,就必須追溯起火原因。這是一件所有工程師都不願面對的難題。
一位有十年開發經驗的車企工程師告訴 PowerOn,除了很低端、很明顯的錯誤,比如說碰撞太嚴重,劣質的充電樁等,如果是靜燃,其實很難找到明确的熱失控證據。
" 我們會做很多工作來還原事故現場,分析機理,各種技術手段都會上,但最終結果都隻是推測。電池燒之前基本是毫無征兆。"
遲峰對此深表同意,他同樣對 PowerOn 說,起火的調查隻能憑借一些蛛絲馬迹推斷,因爲電車着火的溫度會達到八九百度,銅箔燒完還在,鋁箔肯定燒沒了,石墨負極隻能留下一堆灰,有些車架都會燒沒,這種溯源純靠運氣。" 大家就使勁猜呀猜,我猜哪裏可能有問題。"
當然,電芯起火一瞬間的數據變化是可以追查的,在 BMS 系統中,電芯都是以編号的形式存在,如果某一顆(組)電芯的電壓瞬間很高或者很低,這樣可以對起火原因進行大概的推斷。
" 但如果要想要深究,追溯起火電池同一批次的電芯,就得去供應商那找各種記錄和檢測數據,但是這種事情沒人會承認。" 遲峰說。
一位車企高級工程師在處理早年間的自燃事件時曾到電池廠索要生産數據,他告訴 PowerOn,我們在電池廠拿到的數據沒有任何問題,但去産線上抽檢電芯馬上就發現一個小毛病。但這無法直接給電池廠 " 定罪 ",最後隻能不了了之。
電池廠同樣有自己的難處。一位二線電池廠銷售人員告訴 PowerOn,現在大家看到的乘用車質保 8 年或 15 萬公裏,其實電池廠給車企的質保也是這個範圍,隻要在這個區間裏邊,出了事故基本上都是電池廠去搞定。可能這個事跟我們沒關系,但爲了維系客戶,你不得不做。
" 我們也會去派工程師去查原因,再發個新的電池包過去,然後整車賠償責任劃分一下,看誰來賠車的錢,但基本都說不清。" 上述銷售人員說。
賠償單個車輛的損失,發一款新的電池包尚未觸及太多的利益。但如果涉及到召回以及大範圍更換電池,這種巨額成本将是一筆車企與電池企業都不願承擔的費用。
2021 年,現代汽車與通用汽車發生的兩次大規模召回事件中,由于确定是電芯制造端出現問題,二者共同的電池供應商 LG 分别承擔了 70% 與 95% 的召回成本,合計約人民币 178 億元,比甯德時代同年的淨利潤(159 億元)還要高出不少。
國内僅有的例子同樣發生在 2021 年。北汽因電池問題拟召回 31963 輛電動車,其電池供應商孚能科技宣布将配合對召回車輛進行相關檢測及維修等工作,同時承擔了部分召回費用,共 3000-5000 萬元。
除了上述兩例事件以外,更多的起火原因則是車企與電池企業将皮球踢得你來我往。
其實不難理解,上遊的材料質量,電芯的一緻性、電池包安裝合規性、電池管理系統的有效性等都影響着電池安全。這不是一個憑借單一因素就可以定責的問題。
由于責任界定的不清晰,如果發生大規模召回,成本隻能由車企承擔,因此車企也難以下定決心發起召回。
這在汽車行業早有先例可循,上世紀美國福特 Pinto 車事件中,由于召回成本遠高于事故賠償成本,福特便沒有對該缺陷進行處理。
新能源車雖然尚不至此,但目前對電池起火的事故處理手段已有端倪。
市場上流傳的一種說法是,如果所購新能源車發生起火事件,消費者會得到一輛新車以及數萬塊人民币作爲賠償。在大規模出貨,極少概率起火的情況中,這顯然要遠低于車輛召回的成本。
不僅如此,電池起火如何處理同樣是車企内部必須保持低調的一件事,PowerOn 接觸的多位車企電池工程師均表示 " 很敏感,不方便談。"
PowerOn 也聯系過多位經曆過起火事故的車主,對方同樣三緘其口。甚至有聲音認爲:" 反正我這是磷酸鐵锂電池,也不爆炸,燒了我就當免費換新車了呗。"
但中國新能源車行業的發展不應該對這種緻命問題出現如此漠視,想要在全球汽車市場中立住口碑,就不該對電池安全有所容忍和退讓。
縱觀全球汽車工業史中,爲了快速發展而走捷徑的例子不勝枚舉。如今中國車企也走到了這個是要質量還是要速度的分岔路口,尤其是在無休止的價格戰中,如何保證降本的同時兼顧電池安全,将成爲中國車企在全球汽車産業鏈立足,必須要跨過的關隘。