电动汽车事故深度分析与预防

通过对电动汽车不同状态下的事故进行深度分析，可以将电动汽车事故的失效模式归纳为电芯失效、电池管理系统失效、绝缘失效、机械及密封失效、连接失效等。按照发生事故时车辆所处的状态可以归纳为碰撞、泡水、充电、静置自燃、行驶中自燃等。

车辆发生碰撞引起车辆局部发生类似针刺或者挤压效应，进而引起车辆动力系统发生电芯失效、绝缘失效或者机械失效等。车辆泡水会引起动力系统中电池发生内短路或者外短路，进而引发电芯失效或者绝缘失效。车辆充电时出现的过充或者飞线充电导致的连接失效都会导致电芯失效。车辆静置时出现的内部损耗和过放电会引起电芯失效和机械及密封失效。非法改装或者电气故障会导致车辆正常行驶过程中出现BMS失效及连接失效，进而引发事故。

以上故障都可以在电动汽车数据系统中找到蛛丝马迹，一般由于电池热失控引发的电动汽车火灾在发生火灾时，后台监控数据会监控到故障模组发生电压下降、温度上升等现象，在单体热失控前的一段时间内往往出现电压差增大的情况，小的为十几毫伏，最高可达500毫伏以上。在电池包内有对地短路故障时，绝缘电阻值在短时间内会急剧下降。其他数据可以综合具体的工况来辅助判断车辆、电池包的状态以及与火灾的相关性。下面就常见故障具体举例说明：

（一）外部大电流冲击

某车辆在充电时，由于充电桩电流控制失效，导致14时07分04秒电池包遭受大电流冲击时刻的后台数据，见图2-8-3。

图2-8-3　外部大电流冲击数据

通常情况下，大电流冲击有两点基本数据特征：

1.直接的方法是查看瞬时充电电流记录值。如果其超过电池包允许的最大充电电流，即可判定为大电流冲击，但由于数据采样间隙的原因，电流的瞬时峰值未必会被记录。此外，当电流值超过霍尔电流计的量程时，也可能记录0A或无效值，故电流记录数值不超阈值未必代表实际未遭受大电流冲击。

2.间接的方法就是查看系统总压和单体电压值。如果系统单体电压超过上限〔当前主流LFP（磷酸铁锂电池）体系满充电压一般在3.65V，NCM（三元锂电池）体系一般在4.5V〕，或系统总压已经超过单体上限×串联数，则可判定由于瞬时大电流导致电芯存在较大的瞬时极化电压。单体最低电压为4.559V，超过4.5V，系统总压442.4V，也超过4.5V×95串=427.5V，见图2-8-3。

发生上述情况时，系统或电芯可能因无法承载大电流而发生局部熔断、拉弧，极端情况下引起电芯或电池包热失控。

（二）过充电

某车辆在充电时，由于截止电压控制失效，导致16时23分电池包开始遭受过充的后台数据，见图2-8-4。

图2-8-4　过充电数据

通常情况下，主流LFP体系电芯满充电压一般在3.65V，NCM体系电芯一般小于4.5V，当系统内单体电芯的最高电压达到该阈值，BMS会发送指令给充电桩，并切断桩端和电池包端的继电器，防止电池过充，但在BMS系统或充电桩系统发生故障时，可能出现电压达到该阈值时并未切断继电器的情况，导致电芯继续充电。如图2-8-4所示，LFP电池系统中71#单体电压首先达到3.676V时，本应断电，但由于发生故障，导致电芯继续充电，最终在持续过充后引起热失控。(www.xing528.com)

（三）外部热源

以下是某车辆在静置时，由于车内其他火源导致整车起火，电池包遭受高温烘烤但未发生热失控的后台数据。车辆在静置过程中（车速为0，总电流为0），短时间内多个温度探针温度快速升高（远远超出自然环境温度带来的温度变化），可能伴随电池包绝缘电阻降低现象，见图2-8-5。

图2-8-5　外部热源引起火灾数据

通常情况下，电池包内部异常往往先发生电芯压降或绝缘问题。事故中，后台数据显示温度缓慢上升，同时绝缘缓慢下降，但电芯电压保持正常，可判断电芯并未失效。后续对失效件的排查发现，当车辆起火时，电池包受热烘烤，温度上升，包内高压线束受热变形，同时其橡胶包裹层受热熔化，导致高压线束对地短路，引起数据中显示的绝缘异常。

（四）内部绝缘失效

放电时，在高压继电器闭合状态，理论上母线电压与电池包电压相差很小（比如5V以内），若出现母线电压相对电池包电压低10V以上现象，可判断为存在高压铜巴虚接现象。见图2-8-6，在高压继电器闭合状态，电流较小时，母线电压与电池包电压相差很小；当电流较大时，母线电压低于电池包电压近20V，且伴随绝缘电阻下降现象；当高压继电器断开后，绝缘电阻有所恢复，接着出现单个电芯（46#）电压异常下降现象，首先发热失控。

图2-8-6　内部绝缘失效数据

（五）电芯内部失效

直流充电时，电芯电压U48陡降，随后T17温度快速升高、母线电压降低、绝缘电阻陡降，可判断电芯U48首先发热失控，见图2-8-7。

图2-8-7　电芯内部失效数据

锂离子电池失效的原因主要为性能失效和安全性失效。性能失效指的是锂离子电池的性能达不到使用要求和相关指标，主要有容量衰减或跳水、循环寿命短、倍率性能差、一致性差、易自放电、高低温性能衰减等；安全性失效指的是锂离子电池由于使用不当或者滥用，出现的具有一定安全风险的失效，主要有热失控、胀气、漏液、析锂、短路、膨胀形变等。

锂离子电池失效的原因可以分为内因和外因。内因主要指的是失效的物理、化学变化本质，研究尺度可以追溯到原子、分子尺度，研究失效过程的热力学、动力学变化。外因包括撞击、针刺、腐蚀、高温燃烧、人为破坏等外部因素。电池内部失效通常发生在充满电或满电后的静置期内，电芯内短路的演变有一定规律和表现，首先主要是电压下降，其次才会有温升，绝缘下降，最后形成热失控。