新能源时代,最令人关注的就是车下那块巨大的动力电池组的安全问题。前一段时间小米SU7在德上高速上导致3人死亡的惨烈事故仍然历历在目。悲剧的原因极大可能指向车辆的电池组在发生碰撞之后产生了严重的热失控,所以火焰从车底燃起的那一刻起,车内乘员生存可能呈现断崖式下降。那为什么新能源车在发生撞击事故后容易起火?有没有谁做得更好一些?
第一就是电池内部结构破坏,隔膜和外壳破裂导致起火燃烧。锂电池由正极、负极、隔膜和电解液组成。在碰撞事故中,电池的内部结构会受到严重破坏,隔膜可能因机械冲击而破裂,导致正负极直接接触短路。另外电池外壳在撞击中可能破裂或变形,使电池内部结构暴露,电解液泄漏与空气接触,增加起火风险。
(隔膜损坏的电池组)
第二就是化学反应失控,电池的放电过程实际是氧化还原反应,锂电池的电解液通常含有有机溶剂,在高温或短路条件下易挥发和燃烧。短路时内部温度迅速升高,电解液分解并释放可燃气体(如甲烷、氢气),形成爆燃条件。作为负极材料的石墨在高温下与空气接触后可能发生剧烈氧化反应,甚至引发燃烧爆炸。
(锂电池热失控后随时间发生的反应历程)
最后就是局部高温以及多米诺效应:短路或外部冲击导致局部温度急剧升高,加速电池内部化学反应,释放更多热量,形成恶性循环。多米诺效应指的是单电芯起火后,热量通过金属连接件传导至相邻电芯,触发二次短路,火势在数秒内蔓延至整个电池组。
(单点热失控后引起“火烧连营”的效应)
首先剧烈的化学反应会释放大量的热以及伴随大量明火,有机电解液的燃烧会释放大量一氧化碳、粉末状碳单质等会引起窒息的有毒物质。另外,不可控的明火也有可能会烧坏BMS、车身控制器等重要的电子元器件,导致车上靠电控的部件失效,给救援增加很大的难度。
对于电动汽车起火后的营救和逃生时间,国家标准是有着强制性的要求的(此国标开头为GB,而非GB/T国标推)。国家标准对电动汽车电池起火后的营救时间要求经历了从“黄金5分钟”到“2小时不起火、不爆炸”的显著提升。2020年发布的《电动汽车用动力蓄电池安全要求》(GB 38031-2020)规定,电池单体发生热失控后,电池系统需在5分钟内不起火、不爆炸,为乘员提供安全逃生时间,即“黄金5分钟”。这一标准旨在保障乘员在电池热失控初期的生命安全。
随着这几年的电动汽车发展以及多起事故的发生,之前的5分钟黄金救援时间的规定也需要与时俱进,因为5分钟对于营救一个热失控体系下的人员来讲只能说聊胜于无。那在最近,2025年4月,工信部发布新版强制性国家标准《电动汽车用动力蓄电池安全要求》(GB 38031-2025),将电池热失控后的安全要求升级为2小时内不起火、不爆炸,并要求所有监测点温度不高于60℃。该标准将于2026年7月1日正式实施,被称为“史上最严电池安全令”。
(最严电池安全令测试要求节选)
我们先以硬派越野车这种应用工况多、使用环境恶劣的产品中的一个比较优秀的案例——坦克推出的Hi4-Z的动力电池组来举个例子,这个电池组很有代表性,首先安装在底盘中央、其次能量密度高、而且还是三元锂电池。新能源硬派越野车的电池包受到扭转、磕碰、水浸的风险远远高于轿车,所以对电池的要求更加苛刻。
Hi4-Z架构的动力电池是越野级专用电池包,在防护结构上纵向和侧向两个维度都有充足的防护措施,纵向方向在电池包底部具备8层安全防护,即使出现托底电池包也能应对冲击。侧向安全保护则是电芯侧向4层安全防护设置,减轻最容易导致电池挤压变形的侧向碰撞伤害。这就是充分考虑到底置动力电池在越野的情况下可能会受到各种来自地形的伤害。或者一言以蔽之,电池包正前方是车架的第4根横梁,水平高度比电池包要低,在泛越野场景下,一旦出现下方托底会先碰撞到横梁和安装在横梁上的电池包护板,从而更好地保护电池包安全;"
除了外面的钢筋铁骨防护,电池包这层护甲的用料和设计也非常重要,这是动力电池的第二层防护上壳体选用高温复合材料,配合多层隔热防火材料,电池包不漏液、不起火、不爆炸、密封正常。抗形变能力就相当于肌肉的强度,电池包采用结构强化的铝型材壳体,电池包零件级的扭转刚度超过30,000Nm/deg,对整个底盘的扭转刚度提升约40%,进一步保证电池安全。考虑到越野/泛越野会经常会出现涉水工况,电池包采用超IP68 的防水防尘等级,这比某些手机的防水等级都要高,能够保证,1m 以下水深静置48 小时电池内部无水进入,各项功能正常,超0.5h 行业标准96倍。
那我们再来看看轿车,咱们就以特斯拉为例,毕竟人家早就开始做纯电车,特斯拉产品的电池包内部配备温度和电压监控系统,实时监测电池工作状态,异常时立即启动保护机制(如切断电源或启动冷却系统)。动力电池总成底部加设多个泄压阀,极端热失控情况下迅速释放热量,控制热扩散,降低起火风险。
(特斯拉的一组电池组,底部明显垫高的部分就是泄压阀结构)
在热管理方面,液体循环温度管理系统确保电池温度均衡,提升性能和寿命。同时侧边冷却技术增加冷却液与单体电芯接触面积,温差控制在±2℃以内,延长电池寿命。4680圆柱电芯无极耳设计显著降低内阻和热失控风险。
(特斯拉Model S的贯通式敷设水冷管路)
外层防护方面,电池包外壳采用高强度材料,内部电池单体间设置防火隔板,防止外部冲击和故障单体引发火势蔓延。底部横梁使用屈服强度1700兆帕的马氏体钢,搭配聚酯纤维护板,提供额外保护。
(未拆封的特斯拉电池组,电芯与电芯之间有隔板,通过缝隙能看到粗壮横梁)
总结:动力电池安全无小事,对于新能源车而言,电池安全就是整车被动安全的一个关键环节。想要做好电池安全,首先就得有对于电、对于短路失效、对于各种应用情况的敬畏之心,同时这次的最严电池安全令也进一步对新能源车在极端条件下的营救时间提出了更高的要求。对于动力电池安全,您还有什么看法,欢迎评论区留言。