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电动车更容易起火?暴力拆解特斯拉 Model S 电池组一探究竟!

2019-04-24
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近日特斯拉Model S车型在上海一处停车场发生自燃的事故引发广泛关注,关于电池安全的讨论再度被热议。事实上,特斯拉电动车在上海发生的自燃事故并不是第一起,特斯拉多款车型在其最大的市场美国同样发生过多起自燃事故。



就在特斯拉上海自燃事故发生前一周,一辆位于美国匹兹堡市的特斯拉Model X发生自燃,根据当地火警透露的消息称,该车辆早在今年2月份便因为一场发生在教堂的火灾而引燃,在4月份运送到事故中心等待评估,在到达后3小时,车身再度起火。


根据美国火灾保护协会的一份数据显示,在2015年,美国共发生了17.4万起车辆燃烧事故,几乎所有的涉事车辆均为传统能源车。特斯拉方面曾表示,以传统能源作为动力的车辆容易起火的概率是特斯拉车辆的11倍。特斯拉给出的是每10亿英里行驶里程发生事故的情况,根据当时的统计,在路面上行驶的30万辆特斯拉车累计行驶里程为75亿英里,其中只发生了40起起火事故。平均下来约为每10亿英里发生5起起火事故,而传统能源车每10亿英里发生55起起火事故。


尽管从现有数据上并不支持电动车比传统能源车更容易起火自燃的结论,但需要指出的是,目前路面上行驶的电动车数量还非常有限,样本数据并不足够多。


电动车电池着火的原因多种多样,对于锂电池组来说,通常发生自燃的原因是由于发生短路,引发过热,过高的温度引燃了电池内部。


传统能源车的起火通常是瞬时发生,即汽油一接触火源即引发火焰甚至爆炸,而电动车的电池所引发的起火通常有一个过程,当温度逐步上升,达到着火点后再发生燃烧。


目前特斯拉方面已经开始着手调查特斯拉上海自燃事故发生的原因。


尽管从现有数据来看,电动车起火的概率并不比传统能源车高,起火的过程也没有传统能源车那么迅猛,但依然不能掉以轻心,因为电动车起火引发的后续影响往往比传统能源车更大,电动车所采取的电池组方案,使得电池内部容易引发连锁反应,一旦发生起火,火情往往难以控制,电动车为了追求更高的续航里程,锂电池组能量密度较高,发生起火后,将会释放更多的热量、烟雾和气体。


对于起火后的扑灭工作,电动车的起火通常比传统能源车要棘手地多。去年3月份发生在美国硅谷地区的一起特斯拉Model X在高速上失控撞击防护栏引发爆炸起火的事故,当地的消防员由于缺乏相关应对电动车起火的经验,未能在第一时间将火势扑灭,最终在特斯拉工程师的协助下,才将火势控制,而车辆自身也已损毁大半。


有相关的安全专家表示,扑灭电动车内部锂电池着火的办法,是用上千加仑的水冲灌,这比扑灭传统能源车引擎起火的水量要大得多,而另一个无奈的办法,则是让电池自身燃烧殆尽。


另一个处理电动车起火的难点在于,电池着火更容易发生二次燃烧,导致事故的重复发生。例如去年在美国佛罗里达州发生的特斯拉起火事故,消防员以为已经扑灭了火焰,但在将车辆运送至事故处理中心途中,又发生了两次再度起火燃烧。


像Model S这种在驾驶舱正下方的底盘当中放置了总重高达900公斤的电池板,一旦引燃,后果可想而知。我们找到一篇国外牛人拆解Model S的电池板的文章分享给大家,让我们看看特斯拉到底在电动车最核心技术之一,电池组研发方面有何独特建树,又有哪些安全保障措施。


电池外观

Model S电池组安放前后轴之间的底盘位置,重达900公斤。因此造成底盘重心较低,非常利于车辆的高速稳定性。电池组几乎占据车辆底盘的全部,但电池组并没有作为承受力的主体,电池组有加强筋和受力框架保护,大大减低碰撞时的爆炸危险。

   


电池组整体有标明其身份的铭牌,其中标明了其容量为85kWh,400V直流电,简单来说电池可以装85度电,可供一个普通家庭使用一个月。



拆解电池板及连接细节

电池组表面不仅有塑料膜保护着,而且塑料膜下面还有防火材料的护板。护板下面才是电池组。护板通过螺栓与电池组框架连接,并且连接处充满了密封粘合剂。外观来看电池组保护的不错。



特斯拉Model S电池组板看似非常高大上。其电池组板由16组电池组串联而成,并且每组电池组由444节锂电池,每74节并联形成。因此特斯拉Model S电池组板由7104节18650锂电池组成。



总保险丝位于电池版的前端,并且有外壳保护以防受到撞击。其采用德国Bussmann巴斯曼,额定工作电流为630A,额定电压为690V,分断电流700-200kA,在全球化趋势下该保险丝在印度制造。市场价格在600元左右。



电池板中的16块电池组均衡平铺在壳体上,整体结构紧凑,平铺有利于散热。每一组电池组由六组单体电池包串联而成,但单体电池包的布置并没有采用均衡布置,而是采用不规则的结果,猜测是为了方便电池组内的散热管路布置。



测量了整个电池板的电压为313.8V,单体电池组电压为196.3V。显然这块电池并没有达到额定的输出电压,可能电池电量并不充足所导致。



电池组内每一节电池都有保险丝链接着,以防单节电池过热危及整体电池过热,并且每节电池保险丝焊接非常精美。电池组中央有线连接到电池控制模块,这些线用来检测电池组的电压,从而保证电池组正常工作。



电池组整体由透明塑料壳包裹住,两侧有金属散热护板包围。电池厚度比脚掌稍稍厚些,属于扁长型电池组,从而导致车辆重心可大大降低。总体电池组保护的相当不错。



18650锂电池即普通笔记本电脑的锂电池,众多18650锂电池组成单体电池包,再由电池包组成电池组,并由16组电池组构成电池板。看似简单,但实际需要解决很多连接和散热的问题。



每一组电池组都由一条2/0主线串联起来,主线位于电池板中央,并且有护板覆盖着,较为隐蔽。2/0主线汇集电流后将连接到输出端的接触器。接触器采用泰科电子专门为特斯拉生产的部件。



电池板中央有一条2/0主线,每组电池组都通过该主线串联输出电流,因此2/0主线尤其重要。特斯拉采用美国Champlain的专门为电动车生产的线缆,其最高可承受600V电压,并且可在-70°-150°之间工作。2/0主线保护的相当不错,不仅有护板保护,而且还有防火材料包裹。这一点可猜测其工作时有可能产生高温。


电池热管理系统拆解

电池板内除了电池组外,最多都是“冷却液”管路。每组电池都需要通入一定量的“冷却液”。虽然“冷却液”并没有泵驱动主动流动,但整个电池板所有管路都是相通的,“冷却液”可热胀冷缩进行一定范围流动。


“冷却液”呈绿色,由50%的水和50%的乙二醇混合而成。“冷却液”配合着铝管使用主要是为了保持电池温度的均衡,防止电池局部温度过高导致电池性能下降。特斯拉的电池热管理系统可将电池组之间的温度控制在±2℃。控制好电池板的温度可延长电池的使用寿命。


电池管理系统

电池管理系统(Battery Management System 简称BMS)是对电池组进行安全监控及有效管理、提高蓄电池使用效率的装置。对电动车而言,通过该系统对电池组充放电的有效控制,可达到增加续航里程、延长使用寿命、降低运行成本的目的,并保证电池组应用的安全和可靠性。


电池管理系统主要功能包括数据采集、电池状态计算、能量管理、热管理、安全管理、均衡控制和通信功能等。从电路图上可看到,电池管理系统为特斯拉自行研发,拥有高度的知识产权的核心技术。该系统能自行处理充放电以及发热问题。



总结

总的来说,Model S电池保护的相当不错,内部结构设计得恰当好,18650的数量决定于电池板的总容量;铝管与“冷却液”配合使得电池发热更加均衡;还有电池管理系统BMS复杂的处理使得电池完美充放电。电池管理系统也相当细致。但接二连三的特斯拉车自燃事件不禁让人产生这样的疑问:与传统能源车相比,电动车起火自燃的概率是否更高?


至少从目前的情况来看,对于上述问题,难以得出肯定的结论。事实上,从现有数据来看,电动车起火自燃的概率要远低于传统能源车。


对于特斯拉车辆起火后的应对措施,特斯拉方面专门发布了一份紧急情况应对指南,其中指出,“当电池发生起火,暴露在高温或产生高温和气体时,需使用大量的水对电池降温,需要耗费大约3000加仑(约11000升水)(直接喷洒于电池上)。

起火自燃是小概率事件,但这样的小概率事件落到个体上,就是百分之百的惨剧。希望特斯拉能够尽快查明原因,杜绝侥幸心理,尽快更新防护措施甚至进行必要的召回检查,跑得快还要开得稳才能赢得市场。


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