电动汽车零火灾能实现吗

撰文 / 戈 弋

设计 / 赵昊然

技术的进步正在解决电动汽车的一个关键难题：具有固有火灾风险的电池。

研发实体电池组件和软件的公司都在致力于安全性的提升。去年12月，Qnovo公司公布了一款软件，称其能够以98.7%的准确率预测危险，让驾驶员有时间做出反应并防止火灾。其他公司则通过设置实体防护措施，或开发不同的电池材料来应对火灾。

在德国法兰克福的一处停车场里，燃烧导致报废的特斯拉Model Y停在那里。（图片来源：彭博社）

这些努力源于人们对电动汽车起火事故的担忧。去年，在韩国仁川发生了一起电动汽车起火事件，导致约140辆汽车受损，并且灭火工作耗时约8小时。虽然起火事故相对少见，但这种可能性还是引起了制造商和监管机构的关注。

根据保险公司AutoInsuranceEZ对美国国家运输安全委员会（NTSB）数据的分析，电动汽车起火的频率约为每10万辆售出车辆中有25起，而燃油汽车则为1530起。

虽然电动汽车发生火灾的可能性低于燃油汽车，但由于电池自身的化学性质，对于汽车动力电池起火，目前没有有效的灭火手段，所以损失可能会更加惨重。

Qnovo公司推出的电池健康和安全软件解决方案——“SentinelX”，旨在通过实时监测电池性能来降低火灾风险。其主要优势在于其灵活性，它既可以被直接集成到车辆的电池管理系统（BMS）中，也可以根据客户和/或行业需求部署为云解决方案。

Qnovo公司的联合创始人兼首席执行官纳迪姆·马卢夫（Nadim Maluf）表示：“随着时间的推移，电池会自然老化并丧失容量，但在某些情况下，这种老化过程可能会加速，导致电池无法达到其保修规格。”

通过识别异常情况的迹象，电池管理系统可以在为时已晚之前标记需要维修的电池单元。SentinelX还能在快速充电周期中调整电池管理系统，以避免特定电池单元过载。

据劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory）的一项研究显示，快速充电可能会引发热失控，从而导致火灾。优化充电周期中的能量流动，能够使软件识别此类危险情况。

Qnovo公司表示，其软件能够为制造商提供有关现有电池的信息，以及这些电池的性能历史记录。马卢夫表示：“我们在实验室以及车辆行驶于道路上进行的电池测试中，收集了大量数据。”这些见解有助于验证电池性能、安全性以及必要的管理措施。该公司希望今年能在市面上销售的电动汽车中搭载该软件。

其他公司也在采取各种方法来监测电动汽车电池的安全状况。

LG能源解决方案（LG Energy Solution）公司的电池管理系统和诊断软件能够在火灾发生之前检测出异常情况。

该公司表示，其安全诊断检测率超过90%。其系统会监测诸如阳极与阴极之间连接出现间歇性短路、电压的短暂波动以及在30至70天期间发生的长期问题等异常情况。

此外，还有一些公司基于AI提供的洞察力，通过分析电动汽车电池的数据和使用模式来支持预测性维护。这种预测性方法使制造商能够在初始电池形成期间监测性能，跟踪诸如健康状态（SOH）等关键指标，检测可能影响电池安全性和效率的过程变化，并满足可持续性标准。

另外一些公司则侧重于采用物理手段来保障电动汽车电池的安全性。胶粘剂生产商汉高（Henkel）研发出了具有阻燃性能的锂离子电池涂层以及耐高温的电池涂层，以尽量减少因过热而造成的损害。耐高温的电池外壳密封技术旨在防止高温侵入，从而避免电池发生热失控现象。

欧瑞康（Oerlikon）是一家瑞士技术集团，已开发出多种防火产品。其中一种是复合热屏蔽材料，能够将温度从1000摄氏度降至低于400摄氏度，从而阻止热失控现象的发生。该公司其他解决方案还包括将电池中的热气导向散热，或分离电池单元，同时考虑到充电过程中的膨胀情况。

此类防护部件在其他设备中也很常见。消费类电子产品使用锂离子电池，但其规模远小于电动汽车所需的1000磅（约454公斤）重电池组。这些较小的电池也出现过起火的情况，因此许多制造商都在使用阻燃涂层和隔热罩。电动汽车若能在更大范围内采用类似技术，将会受益匪浅。

替代材料作为提升电动汽车电池性能的一种方式，也已逐渐受到关注。通用汽车已开始转向合成石墨，其碳足迹比传统替代材料小90%，并且减少了对美国之外供应链的依赖。

一些电池研究工作已着手探索摆脱锂离子化学体系，转向其他能提升能量密度和安全性的新配方。钠离子电池、锂硫电池、镁电池和锌碳电池等选项都引起了研究人员的兴趣，不过目前还没有哪一种能大规模地成为可行的替代品。

镁电池技术提供了比锂离子电池更优越的安全特性，因为它们被归类为非易燃产品，而且价格也更为实惠，但一直未找到合适的电解质，导致稳定性及性能方面的问题。

最近，滑铁卢大学（University of Waterloo）的科学家Linda Nazar与Chang Li领导的团队开发了一种新的无腐蚀性电解质材料，实现了更高的电压标准，提高了镁电池的使用寿命和可靠性水平。

据中国科学院的研究表明，固态电池能够显著提升电动汽车的安全性，因为固态电解质不易出现热不稳定性和剧烈的化学反应等问题。丰田、奔驰、本田等公司都在研发固态电池的化学配方。

丰田汽车公司最近宣布，开发出了一种用于全固态氟离子电池（FIB）的新型阴极材料，能够使电池能量密度翻倍，并且使用寿命可能更长。由于氟离子电池使用的是固态电解质，从而降低了热失控的风险，提升了安全性。

在电池设计阶段，一些公司会利用AI协助开发出针对耐用性、性能和可持续性进行优化的材料。这样一来，AI就起到了触发器和加速器的作用，从而推动整个汽车行业朝着更安全、更经济且更环保的电动汽车解决方案迈进。

更稳定的电动汽车电池可能会对整个电动汽车市场产生积极影响。据技术情报公司ABI Research的一项研究显示，到2030年，先进的电池管理系统技术每年可为汽车制造商节省180亿美元。这些节省源于电池使用寿命更长以及损坏更少，从而降低了生产成本。

先进的电池管理以及对长期性能的深入了解，还能为降低供应链成本开辟道路。马卢夫表示：“智能电池软件支持同一应用从多个供应商处采购，这能让制造商获得更大的竞争优势。”

还有人认为，电池安全方面的改进措施要经过一段时间才会逐渐惠及大多数消费者。

“这些电动汽车的安全系统设备价格极其昂贵，”EV Safety公司的创始人兼管理合伙人布鲁诺·卢卡尔雷利（Bruno Lucarelli）说道：“除非出现一些具有开创性的材料方面的突破，否则价格更高的电动汽车会更安全。”

类似的问题也会对消费者的决策产生影响。更换或维修电池的成本是电动汽车普及的主要障碍之一，在美国汽车协会（AAA）的一项调查中，55%的潜在购买者将其列为担忧因素。更安全的电池意味着维护和更换的频率会降低。

火灾风险是电动汽车行业试图克服的几个阻碍因素之一，漫长的充电时间和较短的续航里程，高昂的成本也是突出的问题，而改进的电池技术则会对这些问题的解决提供帮助。