决定烧不烧车的，除了电池，还有它
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大家好，我是总裁
4月18日，广州杨涛公园南门东侧停车场内，一辆白色瑞麒Aion S突然起火，火势十分猛烈，甚至波及到旁边停放的奥迪车。
有媒体向广汽新能源总经理顾惠南询问，当时得到的回复是，广汽仍在进一步调查，初步判断可能与后备箱里的消毒水有关。
官方说法称，起火原因是由于运营车辆内部使用酒精进行消毒，导致车辆内酒精含量过高引起。
本以为这是一次意外的自燃，没想到类似的事情再次发生：
8月12日，深圳坪山大道某路口，一辆广汽Aion S在等待红绿灯时突然起火，现场浓烟滚滚，火光四起。
还没等人们反应过来，第三起意外就发生了：
8月23日上午8点左右，海口市叶博路与叶合一街路口一辆白色广汽Aion S突然起火。
虽然目前广汽官方还没有给出最终的结论，但是大家有没有注意到这三起自燃事件的共同点呢？
我的一位汽车工程师朋友 Neo 说过这样的话：
在他看来，这里最有趣的共同点是这些事件都发生在“南方”。
对于我们普通人来说，南与北可能只是地理上的差异，北京在北方，娄底在南方，仅此而已。
但对于工程师来说，南北之间的差异不仅在于衣食住行、面貌，还在于环境温度的不同。
冬季很冷，北方的冷是干燥透彻的，气温常常在零下十几二十摄氏度，南方的冷是湿冷，就是连空气都是湿冷的，穿再多的衣服也不一定能御寒。
夏季，当南方气温37、38度的时候，地面和室外的温度常常都在50摄氏度以上。
锂电池对高温极其敏感，5月和8月，广州、深圳、海口三地相继发生三辆汽车起火事件，尤其在夏季，沥青路面表面温度超过50℃。
这意味着汽车底盘将受到大量来自地面的热辐射，再加上电池本身产生的热量，导致电池温度上升到更高的温度。
（图为澳大利亚天气炎热导致沥青路面融化）
这对于电池来说是极其可怕的。
因为电池和人一样娇贵，据我一个做热管理工程师的朋友说，电池一般能适应20-45℃的温度，无论是热还是冷都会影响电池的性能。
至于广汽自燃一事，他认为可能是地面温度过高，导致散热导致电池温度难以下降，内部热量累积，从而引发事故。（虽然可能性很低，但还是有可能的）
——如果他的猜测属实，那么问题可能就出在电池的热管理上。
我们研究新能源汽车很多时候都会关注电池，因为对于纯电动汽车来说，它能跑多远，很大程度上取决于电池的电量有多大。
但其安全性如何一方面取决于电池本身的质量，另一方面很大程度上取决于电池的温度控制得如何。
控制电池温度的系统称为电池热管理系统（BTMS），它是决定电池性能、安全性、寿命和成本的关键因素。
其职能包括：
1）电池温度较高时有效散热，防止热失控事故；
2）在气温较低时对电池进行预热，提高电池温度，保证低温下的充放电性能和安全性；
3）降低电池组内部温差，抑制局部热区的形成，防止高温位置的电池衰减过快，降低电池组整体的寿命。
对于如今的新能源汽车来说，一辆车好不好，是否足够安全，除了电池固有的物理状况外，很大程度上还取决于电池热管理的水平。
今天我给大家简单介绍一下电池热管理。
电池热管理是随着电池的进步而产生的新需求。
——世界上第一辆电动汽车诞生于1834年，比燃油汽车（1886年）早了半个世纪，开创了电动汽车发展应用的历史。
后来直到1881年，法国工程师G.用铅酸电池组装了一辆电动汽车，这才成为世界上第一辆可充电的电动汽车。
当时铅酸电池的充放电范围比较宽，-20~60℃，基本可以满足日常使用，当时的电动汽车还缺乏实用性，也不存在热管理的问题。
19世纪初，美国德克萨斯州发现石油，内燃机技术迅速发展，电动汽车发展进入蛰伏期。直到二战结束，石油供应紧张，电动汽车才再次迎来机遇。
当时电动车的续航里程只有50-60km，到了70年代末，奔驰生产了LE306，使用铅酸电池，续航里程可达120km。
（同样是换电车型，奔驰比蔚来更早做换电，没想到吧？）
20世纪90年代，菲亚特有一款使用镍镉电池的汽车，续航里程为180公里。
60年来，电池技术不断发展，但并没有实现质的飞跃。
镍镉电池的优点是内阻小，可反复充放电次数多，是理想的直流电源电池。但是，镍镉对环境有污染，很快就被镍氢电池所取代。
目前，美国、日本等发达国家的混合动力汽车多采用镍氢（Ni MH）电池组。
例如丰田的双引擎车型：
这一时期电动汽车续航里程的提升主要依赖于电池能量密度的提升。
至于镍氢电池，其电解液为不易燃的水溶液，且比热容较大，吸收较多热量时温升相对较低，另外当发生短路等异常情况时，电池也不易燃烧。
因此镍氢电池即使用在汽车上也是足够安全的，不需要过多考虑如何控制温度。
但到了锂电池上就不一样了，有数据也显示，动力电池容量每增加10%，循环寿命就会减少20%，充放电速率会下降30-40%，电芯温度也会上升20%。
随着电池能量密度从523不断提升到811，电池单体的发热速度也越来越快。
动力电池组中充满了许多个电池，当热量加在一起时，局部温度暴涨可能造成电池的热失效。
这时，工程师就必须认真考虑如何控制电池的温度，并采取一些主动措施来给电池降温。
一开始因为成本的限制，以及磷酸铁锂和低镍含量三元电池热稳定性相对较好，所以当时的轿车普遍采用风冷，比如长安逸动、北汽EV系列、欧拉iQ、欧拉R1、奇瑞QQ蚂蚁等，都是采用风冷系统。
所谓风冷，就是自然冷却，所以它的特点是电池容易布置（毕竟没有冷却管道、对位置没有要求，外面也不用加风扇/水泵等额外部件）、成本低（什么都不需要）、重量轻（还是因为什么都不需要），深受工程师们的喜爱（毕竟省事）。
但缺点也很明显，由于电池与环境存在自然热交换，电池的热交换能力较小，而且各电池单体性能不一致导致温度均匀性较差。
--还记得我们之前说过的动力电池组，里面密密麻麻都是电池吗？当所有这些热量加在一起时，局部温度的激增可能会导致电池的热故障？
当时有很多汽车充电后起火，就是因此引起的。
自然冷却并不可靠，那么如何才能快速、高效、经济地让电池冷却呢？
于是工程师们就把目光转向了车内已有的空调，也就是空气冷却。
简单来说，夏天的时候空调本来是服务坐在车里的人的，现在空调也能往电池那边吹冷风，降温效果自然比风冷好很多。
此类车一般将电池放置于后座下方或后备箱内，但内外需增加风道及风扇，略微增加成本及重量。但由于风侧传热系数小，冷却效果一般，但风温较自然冷却低，电池温度均匀性提高。
——如果注意到“电池在后座下面或者后备箱里”这句话的话，应该就能判断出这种利用空调来冷却电池的形式是在混合动力汽车上采用的，比如本田、丰田的混动车型。
然而纯电动汽车的整个大电池无法通过空调进行冷却，而锂电池的温升更快、热稳定性不如磷酸铁锂电池，因此车公司工程师被迫寻找更好的方法来降低电池的温度。
于是大家就想到了水冷，也称液冷。
这个东西其实在各个行业早就有使用了，比如有些高端电脑就是水冷的：
此种方式一般将电池布置在车辆外部地板下（纯电动汽车刚好合适），具体形式上是在电池内部增加水冷板或者冷却管，外部需加水泵、管路与空调系统连接，并增加热交换器进行冷却液与制冷剂的热交换。
代价就是重量增加很多，但是水冷换热系数高，不但能稳定运行，还能很好的保证电池的温度均匀性。
这无疑会增加成本，比如2019年售价10万元的比亚迪元和长城欧拉，续航里程分别是300km和400km，我觉得其中一个原因是比亚迪认为增加100km的钱最好花在水冷上，而长城认为如果续航里程更长，风冷就没问题。
产品本身没有对错之分，但也能说明水冷的成本有多高。（当年很多人纠结百公里续航还是水冷）
除了水冷，有工程师还萌生了一个创意，说：既然空调的工作原理是利用冷媒制冷，那我可不可以把空调上的电路直接接到电池组上呢？
- 被允许。
宝马工程师就是这么做的，i3车的电池冷却解决方案是将空调冷却管路与电池组连接起来，跳过了“冷却液”这个中介。
这样做的好处是成本和重量增加较少（毕竟不需要几十公斤的冷却液，水泵等额外部件）；但是因为空调冷媒的温度很低，虽然可以快速给电池降温，但是如果与电池的温差较大，就可能出现整个电池组的一端温度很低，而另一端温度很高的情况，无法保证电池的温度均匀性。
所以这种方法最终并没有流行起来。
一位工程师朋友还制作了一个表格供大家参考：
我在这里唯一没有提到的是特斯拉。
特斯拉确实采用了水冷，但即便是在热管理方面，马斯克所做的也比我们想象的要疯狂得多。
回想一下：特斯拉的第一辆汽车于 2008 年推出。
当时，没有多少人知道混合动力汽车的概念，更不用说纯电动汽车了。
当时的电池技术还没有现在先进，但在这种情况下，仍然给出了393公里的最大续航里程，这在当时几乎是不可能的，因为当时市场上几乎没有纯电动汽车。
特斯拉在尝试了市面上300多种电池，包括板式、方形电池后，最终选择了松下的18650电池。
但很多人不知道的是，18650只是一种规格，特斯拉并没有选择我们现在熟悉的NCA（镍钴铝）电池，而是用了大多数人都不熟悉的钴酸锂（LCO）：
什么是钴酸锂？在当时的技术下，钴酸锂的能量密度相当高，但是它的缺点就是热稳定性非常差，180℃就会分解。我们熟悉的三元NCM、三元NCA电池的热稳定性在200-300℃，磷酸铁锂电池的热稳定性在500-600℃。
——在当时的条件下，使用钴酸锂，虽然可以让电动汽车行驶非常远，但也意味着极其危险。
（工程师向我们展示了另一张表格）
为了弥补钴酸锂的不足，特斯拉研发了当时号称全球最强大的电池管理系统，以保证电池的稳定性，在电池之间以锯齿状排列冷却管道，采用双向流场设计，将电池产生的热量带走。
但由于其循环寿命和安全性较低，后来被证明并不适合作为动力电池。但正是因为马斯克的疯狂想法和他的实现，才有了今天的特斯拉。
如今，电动汽车上的热管理系统已经变得复杂到我们难以想象，其重要性也日益凸显：
以目前主流的水冷方式为例，硬件主要由温度传感器、阀门、泵、冷却板、管道、冷却液、PTC、热管理模块（单元）、电池管理模块（单元）等组成。
机械连接出现任何问题都会导致热管理故障。热管理故障对于电池来说是一个概率事件。如果你运气不好，电池可能会出现电量损失，甚至汽车烧毁的情况。
热管理系统软件也需要根据电动汽车各环节的实时参数进行调整。
如果车辆报告温度过高，热管理系统就会启动冷却系统，把温度带到合适的工作温度；如果温度过低，热管理系统也会把电池组加热到合适的温度。当然，这一整套软件也是非常复杂的。
比如现在大家都知道的811电池，如果按照以前523电池的经验，等到温度过高了才开始降温，那一切都晚了。
因此对于811电池来说，冷却系统必须更早地开始工作，而提前多少才能够避免能源的浪费，是热管理工程师需要认真研究的问题……
温度太高了，不行；温度太低了，也不行；温度刚刚好呢？电池芯不得不说，这对我来说太难了。
在和朋友聊天的最后，我问了他一个问题：“您觉得热管理难吗？”
“搞电池的那帮混蛋今年才出811，说一会儿要搞9-0.5-0.5，这电池更不稳定，又要收拾残局，明年估计要加班加点了……”他半开玩笑的回答。