鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:648次 | 2019年04月30日
走近特斯拉:電動(dòng)汽車是未來(lái)還是“移動(dòng)炸彈”
“豪華轎車為何地下車庫(kù)離奇自燃?維修中心為何冒起濃煙滾滾?消防官兵面對(duì)烈火又為何束手無(wú)策?這謎團(tuán)的背后,到底是人性的扭曲還是...”
抱歉,這里不是走近科學(xué),是新一期的走近特斯拉。
對(duì)當(dāng)代鋼鐵俠——Elon Musk來(lái)說(shuō),近些日子可不太好過(guò)。
4月21日的上海,一輛Tesla Model S電動(dòng)豪華轎車在地下車庫(kù)里,在未啟動(dòng)、未碰撞、未充電的三“未”狀態(tài)下無(wú)端自燃,甚至還殃及了停在一旁的雷克薩斯和奧迪。
4月24日,這輛汽車被送去特斯拉上海體驗(yàn)中心進(jìn)行檢查,試圖還原事故的前因后果。據(jù)澎湃新聞消息,國(guó)家質(zhì)檢總局汽車缺陷調(diào)查與鑒定召回專家陶巍對(duì)這一事故給出了電池短路的初步判斷,然而因?yàn)檐囕v幾乎燃燒殆盡,具體的記錄近乎喪失,官方的最終鑒定仍迷霧重重。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
無(wú)獨(dú)有偶,在Tesla自燃事故的同一天,在西安蔚來(lái)授權(quán)服務(wù)中心,一輛正在維修的蔚來(lái)ES8電動(dòng)汽車也發(fā)生了自燃,為這場(chǎng)電動(dòng)汽車的信任危機(jī)來(lái)了個(gè)火上澆油,我們不禁發(fā)問(wèn),電動(dòng)汽車到底安全嗎?
今天,我們一起來(lái)探究,到底電動(dòng)車自燃的原因是什么?未來(lái)的電動(dòng)車如何保障電池安全?自燃下的特斯拉,又該何去何從呢?
電動(dòng)汽車真的更容易自燃嗎?尚無(wú)定論
電動(dòng)車的自燃事故固然駭人聽(tīng)聞,但在新聞熱點(diǎn)的聚焦下,我們其實(shí)很容易放大電動(dòng)車自燃事件的嚴(yán)重程度,而傳統(tǒng)汽油車的自燃事故卻往往被大眾所忽略,在這一情況下,拋開(kāi)主觀臆斷,數(shù)據(jù)才是電動(dòng)汽車安全性的真實(shí)寫照。
硅谷洞察發(fā)現(xiàn),僅2015年一年,美國(guó)便發(fā)生了174,000起傳統(tǒng)汽車起火事件,按里程來(lái)平均計(jì)算,每十億英里便有55起傳統(tǒng)汽車起火事件發(fā)生。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
相形之下,特斯拉的數(shù)據(jù)便顯得安全了不少,在特斯拉累計(jì)的75億里程里,只發(fā)生了40起起火事故,平均每十億英里僅有5.3起事故。
這也是馬斯克在自己連發(fā)的四條推特中強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn),“特斯拉,正如大多數(shù)電動(dòng)汽車一般,比傳統(tǒng)汽車的起火可能性要低500%以上。為何這一點(diǎn)從來(lái)無(wú)人提起呢?”
這么看來(lái),是特斯拉更安全嗎?
顯然,我們亦不能就下此結(jié)論。
首先,40起起火事件的樣本數(shù)量太少,遠(yuǎn)不夠?qū)Π踩孕纬赏耆怼=y(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)論尚待進(jìn)一步數(shù)據(jù)的披露。馬斯克本人也在回復(fù)推特網(wǎng)友評(píng)論時(shí)透露,特斯拉會(huì)把這數(shù)十起安全事故的原因進(jìn)行公布。
其次,雖然都是起火事件,其嚴(yán)重性卻大大不同。
相比來(lái)說(shuō),傳統(tǒng)汽車火災(zāi)相對(duì)溫和,滅火流程也較為成熟,危害較小,而電池的燃燒則大為不同,一輛電動(dòng)汽車從起火到完全燃燒,往往只需要短短一分多鐘的時(shí)間,乘客難以作出及時(shí)的應(yīng)對(duì)。(你沒(méi)看錯(cuò),一輛電動(dòng)汽車,從起火到燒得精光,也就不過(guò)1分多鐘……)
雪上加霜的是,電動(dòng)汽車?yán)锍R?jiàn)的三元鋰電池在高溫下會(huì)分解產(chǎn)生氧氣,讓二氧化碳滅火器等隔絕氧氣的滅火措施束手無(wú)策。
另外,電動(dòng)汽車的電池本身一般都被厚厚的保護(hù)殼覆蓋,平日里的保護(hù)殼在火災(zāi)時(shí)便會(huì)搖身一變,成為熊熊火舌的保護(hù)傘,滅火劑難以進(jìn)入保護(hù)殼實(shí)現(xiàn)有效滅火,即使成功滅火之后,熱量堆積在保護(hù)殼內(nèi),也更容易死灰復(fù)燃。也就是說(shuō),由于鋰電池著火是內(nèi)火,由內(nèi)向外噴射。只有水的滲透性和冷卻性能讓電池冷卻穩(wěn)定,可以避免電池復(fù)燃。
因此,在中國(guó)消防協(xié)會(huì)的《電動(dòng)汽車火災(zāi)事故救援規(guī)程(報(bào)批稿)》中指出,“大量、持續(xù)”的流水是成功滅火的關(guān)鍵。事實(shí)上,特斯拉車主手冊(cè)中也有提及:鋰電池著火需要用水滅。若是用水量不夠,反而可能造成危險(xiǎn)的有毒氣體的外泄。如果現(xiàn)場(chǎng)水源不足的話,選擇讓車輛自行燃燒殆盡亦是個(gè)相對(duì)較好的選擇。
稍微翻譯一下這話就是,除非車主反應(yīng)真的足夠快,在起火那一瞬間就用大量的水滅火,否則車主就只好坐等這臺(tái)電動(dòng)汽車燒到只??蚣芰恕?/p>
燃燒快,滅火難,即使電動(dòng)汽車的起火概率低過(guò)傳統(tǒng)汽車,綜合風(fēng)險(xiǎn)卻未必如此。電動(dòng)汽車的安全之路,仍是密布陰霾。
內(nèi)生缺陷,鋰電池的短路風(fēng)險(xiǎn)
電動(dòng)汽車到底為什么會(huì)自燃呢?一大原因是電池短路。
除去進(jìn)水、設(shè)計(jì)缺陷等容易避免的短路因素,鋰電池的內(nèi)在缺陷也不容忽視。
樹(shù)枝狀結(jié)晶便是這一風(fēng)險(xiǎn)的罪魁禍?zhǔn)住?/p>
在鋰電池正極進(jìn)行放電反應(yīng)時(shí),金屬鋰會(huì)變成鋰離子游離于電池的電解液之中。在充電的時(shí)候,鋰離子又會(huì)從外界接收電子變回金屬鋰的形態(tài)。在這一循環(huán)過(guò)程中,若是鋰離子的濃度不均勻,便會(huì)在電極上形成不均勻的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。
這一現(xiàn)象不僅會(huì)帶來(lái)電池的容量下降,壽命受限,更暗藏短路起火的危機(jī)。樹(shù)枝不斷生長(zhǎng),便有可能穿過(guò)電解液,接觸到電池負(fù)極,形成短路,最終由大電流的熱效應(yīng)導(dǎo)致起火自燃。
不過(guò),在這內(nèi)生風(fēng)險(xiǎn)之下,諸多科研學(xué)者也展開(kāi)了積極探索,通過(guò)電解質(zhì)溶液的調(diào)整、玻璃纖維的支撐等等手段試圖解決這一問(wèn)題,最小化鋰電池的安全風(fēng)險(xiǎn)。未來(lái),這一領(lǐng)域相信會(huì)迎來(lái)新的突破。
不過(guò)除去這一點(diǎn)之外,車主外在也需要對(duì)電動(dòng)汽車的風(fēng)險(xiǎn)有所認(rèn)識(shí),否則同樣容易引發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。比如最常見(jiàn)的案例就是因?yàn)榘l(fā)生碰撞而著火,以及私拉電源充電帶來(lái)的自燃現(xiàn)象。這主要是因?yàn)楣俜匠潆娤到y(tǒng)帶有保護(hù)裝置,私拉電線的話無(wú)法擁有保護(hù)系統(tǒng)。一旦更大的電流,就容易導(dǎo)致電池過(guò)熱現(xiàn)象。
其實(shí)這和手機(jī)用萬(wàn)能充充電引發(fā)問(wèn)題,官方一般不負(fù)責(zé)任是一個(gè)道理。只有使用經(jīng)過(guò)官方驗(yàn)證的符合相關(guān)規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)的充電器,才能保證充電安全無(wú)虞。
也就是說(shuō),即使你是一位擁有私家車庫(kù)的電動(dòng)車車主,也需要購(gòu)買官配的充電樁進(jìn)行搭配充電。當(dāng)然 ,從2017年起,特斯拉也已經(jīng)支持國(guó)家電網(wǎng)的國(guó)標(biāo)充電樁了。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)是保障電動(dòng)車安全最重要環(huán)節(jié)
除去科學(xué)家的前沿研究,還有什么辦法能讓電動(dòng)車更安全呢?系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)居首位。
特斯拉的一大核心競(jìng)爭(zhēng)力就是其自研的電池管理系統(tǒng)(Battery Management System:BMS)。這也是特斯拉從一開(kāi)始,就比其他電動(dòng)車品牌明顯電池容量高出一截的核心技術(shù)所在。
這一電池管理系統(tǒng)會(huì)對(duì)電池進(jìn)行分層分組,在不同層級(jí)下進(jìn)行精細(xì)管理。
借助這一系統(tǒng),特斯拉能讓車上的數(shù)千節(jié)電池保持同一溫度,誤差僅在兩度左右,嚴(yán)防系統(tǒng)過(guò)熱。亦是在這一系統(tǒng)的幫助下,特斯拉能夠在行駛十萬(wàn)英里之后仍保持初始電池容量的80%-85%,成為行業(yè)中的佼佼者。
除此之外,特斯拉去年申請(qǐng)的一項(xiàng)新專利,再次為電池安全加上新防線。
這項(xiàng)名為能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的新專利,添加了新的受損電池隔離模塊,能夠?qū)⒋嬖诎踩L(fēng)險(xiǎn)的電池從電池組中隔離而開(kāi),不再參與工作。亦避免了對(duì)正常電池的影響,有效地提升了電池組的安全性能。
特斯拉換了新電池,會(huì)更安全嗎?
若你對(duì)特斯拉的發(fā)家史有所了解的話,便一定不會(huì)不知道特斯拉與松下的電池聯(lián)盟,以及鑄成這一聯(lián)盟的基石——18650鋰電池。
1994年,松下便發(fā)明了第一塊因直徑18毫米,高65毫米而得名的18650電池,迄今已有25年歷史。18650電池以其優(yōu)異的性能迅速成為了市場(chǎng)的寵兒,并數(shù)以億計(jì)地應(yīng)用于一輛輛的特斯拉轎車上。
然而,時(shí)過(guò)境遷,25年前的弄潮兒不可避免地迎來(lái)了新技術(shù)的變革,直徑21毫米,高70毫米的21700電池應(yīng)運(yùn)而生,成為新一代特斯拉的電池配置。
21700在體積上比18650電池大上不少,擺脫了體積的局限性,它能夠在不引入特殊材料的情況下進(jìn)一步提升電池的能量密度,增加整體的容量。
其次,單體體積的提升也帶來(lái)了容量的上漲,在能量密度提升20%的情況下,單體容量提升了35%,這也意味著在同樣的系統(tǒng)容量之下,只需更少的電池顆數(shù)便能完成需求,讓系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單,降低了制造成本和管理系統(tǒng)的復(fù)雜度,也降低了控制的難度,起火風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)下降。
第三,21700電池的內(nèi)部電阻相比18650更小,能夠避免電流在電池內(nèi)部做無(wú)用功,一方面提高了電能利用的效率,也同時(shí)避免了電流熱效應(yīng)在電池內(nèi)部堆積所帶來(lái)的安全隱患。
與此同時(shí),單顆電池的容量提升,也讓電池能夠更多地保持在有利于電池壽命的區(qū)域,能夠延緩電池的衰退,實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的實(shí)用壽命。
不過(guò),較高的能量密度其實(shí)也相對(duì)提升了潛在的安全隱患。較大的21700電池更容易出現(xiàn)電池內(nèi)部溫度不均勻的現(xiàn)象,也對(duì)電池管理系統(tǒng)的精確度提出了新挑戰(zhàn)。
不過(guò),也正是電池管理系統(tǒng)的革新才讓21700電池的應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí),成為特斯拉心目中效率與安全的新平衡點(diǎn)。
據(jù)推測(cè),此次自燃里的特斯拉Model S仍是配備了舊款的18650電池。隨著新款21700電池的全面鋪開(kāi),特斯拉又將交出怎樣的安全答卷?我們拭目以待。
自燃之下,特斯拉何去何從?
無(wú)論如何,自燃事件已經(jīng)發(fā)生,媒體的聚焦、輿論的壓力,疊加上季度大幅擴(kuò)大的虧損,特斯拉正面臨空前危機(jī)。
仰仗互聯(lián)網(wǎng)思維的激進(jìn)技術(shù),特斯拉披荊斬棘,讓電動(dòng)汽車真正走入普羅大眾的生活,也在電動(dòng)汽車行業(yè)創(chuàng)下了全球霸主的赫赫威名。
而時(shí)到如今,快速發(fā)展的弊端開(kāi)始顯現(xiàn),特斯拉的電池安全債終究成為其發(fā)展道路上的一大絆腳石。
再疊加上特斯拉本身萬(wàn)眾矚目的吸睛屬性(自帶流量的馬斯克……),終究無(wú)法萬(wàn)無(wú)一失的安全事故理所當(dāng)然地會(huì)被無(wú)限放大,讓品牌信任度大打折扣,連特斯拉緊鑼密鼓籌備的入華計(jì)劃,上海超級(jí)工廠的籌備都會(huì)受到相應(yīng)的負(fù)面影響。
其實(shí),激進(jìn)的技術(shù)路線與安全并不絕對(duì)沖突,在合理的設(shè)計(jì),充足的冗余,可靠的測(cè)試之下,所謂“激進(jìn)”的技術(shù)很多時(shí)候反而是“藝高人膽大”的信心體現(xiàn)。
特斯拉也正是如此憑借高超的電池管理系統(tǒng),才敢為天下先,拿出第一臺(tái)真正實(shí)用化的電動(dòng)豪華汽車,讓電動(dòng)技術(shù)真正走向道路。
不過(guò),在安全面前,電動(dòng)汽車、自動(dòng)駕駛等一眾新興行業(yè)仍需要提高警惕,審慎而行,不能滿足于比舊有技術(shù)更安全,而是真的要千方百計(jì)確保萬(wàn)無(wú)一失,這樣才能贏得挑剔的輿論,成為時(shí)代最終的變革者。
最后,對(duì)各位電動(dòng)車車主來(lái)說(shuō),如何更大可能性保障自己的車的安全呢?硅谷洞察給大家提幾點(diǎn)小建議:
第一,安全充電,切莫私拉電源;
第二,汽車受損應(yīng)及時(shí)維修。比如出現(xiàn)一些小碰撞后,要及時(shí)去修。不能因?yàn)楫?dāng)下沒(méi)有起火,就意味著沒(méi)有安全隱患;
第三,定期維護(hù)。盡管此前電動(dòng)汽車宣稱的一大亮點(diǎn)是不需要維護(hù),但跟電池相關(guān)的部分,車主還是應(yīng)該定期拿回廠家進(jìn)行檢修、維護(hù)。
最后的最后,到底電動(dòng)車放在太陽(yáng)下長(zhǎng)期暴曬會(huì)不會(huì)有問(wèn)題呢?可以很負(fù)責(zé)地說(shuō),暫時(shí)沒(méi)有出現(xiàn)因?yàn)楸穸鸹鸬陌咐驗(yàn)殡姵囟搪菲鸹鸬脑捠窃谝凰查g釋放出大量的熱,但太陽(yáng)暴曬引發(fā)的高溫,是緩慢的過(guò)程。因此,大家可以放心,不需要擔(dān)心自己的車停放在烈日下的特斯拉旁邊了會(huì)不會(huì)受牽連了……