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特斯拉自燃:电动汽车是未来还是“移动炸弹”

2019/4/30 15:19:18来源:硅谷洞察作者:Zhan Zhang责编:远洋评论:

IT之家注:本文来源于微信公众号硅谷洞察(ID:guigudiyixian),作者:Zhan Zhang,IT之家获授权转载,转载请联系原作者,原文链接。

“豪华轿车为何地下车库离奇自燃?维修中心为何冒起浓烟滚滚?消防官兵面对烈火又为何束手无策?这谜团的背后,到底是人性的扭曲还是...”

抱歉,这里不是走近科学,是新一期的走近特斯拉。

对当代钢铁侠——Elon Musk来说,近些日子可不太好过。

4月21日的上海,一辆Tesla Model S电动豪华轿车在地下车库里,在未启动、未碰撞、未充电的三“未”状态下无端自燃,甚至还殃及了停在一旁的雷克萨斯和奥迪。

(图片来自网络,版权属于原作者)

4月24日,这辆汽车被送去特斯拉上海体验中心进行检查,试图还原事故的前因后果。据澎湃新闻消息,国家质检总局汽车缺陷调查与鉴定召回专家陶巍对这一事故给出了电池短路的初步判断,然而因为车辆几乎燃烧殆尽,具体的记录近乎丧失,官方的最终鉴定仍迷雾重重。

无独有偶,在Tesla自燃事故的同一天,在西安蔚来授权服务中心,一辆正在维修的蔚来ES8电动汽车也发生了自燃,为这场电动汽车的信任危机来了个火上浇油,我们不禁发问,电动汽车到底安全吗?

今天,我们一起来探究,到底电动车自燃的原因是什么?未来的电动车如何保障电池安全?自燃下的特斯拉,又该何去何从呢?

电动汽车真的更容易自燃吗?尚无定论

电动车的自燃事故固然骇人听闻,但在新闻热点的聚焦下,我们其实很容易放大电动车自燃事件的严重程度,而传统汽油车的自燃事故却往往被大众所忽略,在这一情况下,抛开主观臆断,数据才是电动汽车安全性的真实写照。

硅谷洞察发现,仅2015年一年,美国便发生了174,000起传统汽车起火事件,按里程来平均计算,每十亿英里便有55起传统汽车起火事件发生。

相形之下,特斯拉的数据便显得安全了不少,在特斯拉累计的75亿里程里,只发生了40起起火事故,平均每十亿英里仅有5.3起事故。

这也是马斯克在自己连发的四条推特中强调的一点,“特斯拉,正如大多数电动汽车一般,比传统汽车的起火可能性要低500%以上。为何这一点从来无人提起呢?”

(截图自Elon Musk Twitter)

这么看来,是特斯拉更安全吗?

显然,我们亦不能就下此结论。

首先,40起起火事件的样本数量太少,远不够对安全性形成完全代表。统计学结论尚待进一步数据的披露。马斯克本人也在回复推特网友评论时透露,特斯拉会把这数十起安全事故的原因进行公布。

其次,虽然都是起火事件,其严重性却大大不同。

相比来说,传统汽车火灾相对温和,灭火流程也较为成熟,危害较小,而电池的燃烧则大为不同,一辆电动汽车从起火到完全燃烧,往往只需要短短一分多钟的时间,乘客难以作出及时的应对。(你没看错,一辆电动汽车,从起火到烧得精光,也就不过1分多钟……)

雪上加霜的是,电动汽车里常见的三元锂电池在高温下会分解产生氧气,让二氧化碳灭火器等隔绝氧气的灭火措施束手无策。

另外,电动汽车的电池本身一般都被厚厚的保护壳覆盖,平日里的保护壳在火灾时便会摇身一变,成为熊熊火舌的保护伞,灭火剂难以进入保护壳实现有效灭火,即使成功灭火之后,热量堆积在保护壳内,也更容易死灰复燃。也就是说,由于锂电池着火是内火,由内向外喷射。只有水的渗透性和冷却性能让电池冷却稳定,可以避免电池复燃。

因此,在中国消防协会的《电动汽车火灾事故救援规程(报批稿)》中指出,“大量、持续”的流水是成功灭火的关键。事实上,特斯拉车主手册中也有提及:锂电池着火需要用水灭。若是用水量不够,反而可能造成危险的有毒气体的外泄。如果现场水源不足的话,选择让车辆自行燃烧殆尽亦是个相对较好的选择。

稍微翻译一下这话就是,除非车主反应真的足够快,在起火那一瞬间就用大量的水灭火,否则车主就只好坐等这台电动汽车烧到只剩框架了……

燃烧快,灭火难,即使电动汽车的起火概率低过传统汽车,综合风险却未必如此。电动汽车的安全之路,仍是密布阴霾。

内生缺陷,锂电池的短路风险

电动汽车到底为什么会自燃呢?一大原因是电池短路。

除去进水、设计缺陷等容易避免的短路因素,锂电池的内在缺陷也不容忽视。

图片版权属于:SLAC NATIONAL ACCELERATOR LABORATORY

树枝状结晶便是这一风险的罪魁祸首。

在锂电池正极进行放电反应时,金属锂会变成锂离子游离于电池的电解液之中。在充电的时候,锂离子又会从外界接收电子变回金属锂的形态。在这一循环过程中,若是锂离子的浓度不均匀,便会在电极上形成不均匀的树状结构。

这一现象不仅会带来电池的容量下降,寿命受限,更暗藏短路起火的危机。树枝不断生长,便有可能穿过电解液,接触到电池负极,形成短路,最终由大电流的热效应导致起火自燃。

不过,在这内生风险之下,诸多科研学者也展开了积极探索,通过电解质溶液的调整、玻璃纤维的支撑等等手段试图解决这一问题,最小化锂电池的安全风险。未来,这一领域相信会迎来新的突破。

不过除去这一点之外,车主外在也需要对电动汽车的风险有所认识,否则同样容易引发风险。比如最常见的案例就是因为发生碰撞而着火,以及私拉电源充电带来的自燃现象。这主要是因为官方充电系统带有保护装置,私拉电线的话无法拥有保护系统。一旦更大的电流,就容易导致电池过热现象。

其实这和手机用万能充充电引发问题,官方一般不负责任是一个道理。只有使用经过官方验证的符合相关规格标准的充电器,才能保证充电安全无虞。

也就是说,即使你是一位拥有私家车库的电动车车主,也需要购买官配的充电桩进行搭配充电。当然,从2017年起,特斯拉也已经支持国家电网的国标充电桩了。

系统设计是保障电动车安全最重要环节

除去科学家的前沿研究,还有什么办法能让电动车更安全呢?系统设计当居首位。

特斯拉的一大核心竞争力就是其自研的电池管理系统(Battery Management System:BMS)。这也是特斯拉从一开始,就比其他电动车品牌明显电池容量高出一截的核心技术所在。

这一电池管理系统会对电池进行分层分组,在不同层级下进行精细管理。

借助这一系统,特斯拉能让车上的数千节电池保持同一温度,误差仅在两度左右,严防系统过热。亦是在这一系统的帮助下,特斯拉能够在行驶十万英里之后仍保持初始电池容量的80%-85%,成为行业中的佼佼者。

除此之外,特斯拉去年申请的一项新专利,再次为电池安全加上新防线。

这项名为能量储存系统的新专利,添加了新的受损电池隔离模块,能够将存在安全风险的电池从电池组中隔离而开,不再参与工作。亦避免了对正常电池的影响,有效地提升了电池组的安全性能。

特斯拉换了新电池,会更安全吗?

若你对特斯拉的发家史有所了解的话,便一定不会不知道特斯拉与松下的电池联盟,以及铸成这一联盟的基石——18650锂电池。

1994年,松下便发明了第一块因直径18毫米,高65毫米而得名的18650电池,迄今已有25年历史。18650电池以其优异的性能迅速成为了市场的宠儿,并数以亿计地应用于一辆辆的特斯拉轿车上。

然而,时过境迁,25年前的弄潮儿不可避免地迎来了新技术的变革,直径21毫米,高70毫米的21700电池应运而生,成为新一代特斯拉的电池配置。

(18650电池和21700电池对比)

21700在体积上比18650电池大上不少,摆脱了体积的局限性,它能够在不引入特殊材料的情况下进一步提升电池的能量密度,增加整体的容量。

其次,单体体积的提升也带来了容量的上涨,在能量密度提升20%的情况下,单体容量提升了35%,这也意味着在同样的系统容量之下,只需更少的电池颗数便能完成需求,让系统更加简单,降低了制造成本和管理系统的复杂度,也降低了控制的难度,起火风险相对下降。

第三,21700电池的内部电阻相比18650更小,能够避免电流在电池内部做无用功,一方面提高了电能利用的效率,也同时避免了电流热效应在电池内部堆积所带来的安全隐患。

与此同时,单颗电池的容量提升,也让电池能够更多地保持在有利于电池寿命的区域,能够延缓电池的衰退,实现更长的实用寿命。

不过,较高的能量密度其实也相对提升了潜在的安全隐患。较大的21700电池更容易出现电池内部温度不均匀的现象,也对电池管理系统的精确度提出了新挑战。

不过,也正是电池管理系统的革新才让21700电池的应用成为现实,成为特斯拉心目中效率与安全的新平衡点。

据推测,此次自燃里的特斯拉Model S仍是配备了旧款的18650电池。随着新款21700电池的全面铺开,特斯拉又将交出怎样的安全答卷?我们拭目以待。

自燃之下,特斯拉何去何从?

无论如何,自燃事件已经发生,媒体的聚焦、舆论的压力,叠加上季度大幅扩大的亏损,特斯拉正面临空前危机。

仰仗互联网思维的激进技术,特斯拉披荆斩棘,让电动汽车真正走入普罗大众的生活,也在电动汽车行业创下了全球霸主的赫赫威名。

而时到如今,快速发展的弊端开始显现,特斯拉的电池安全债终究成为其发展道路上的一大绊脚石。

再叠加上特斯拉本身万众瞩目的吸睛属性(自带流量的马斯克……),终究无法万无一失的安全事故理所当然地会被无限放大,让品牌信任度大打折扣,连特斯拉紧锣密鼓筹备的入华计划,上海超级工厂的筹备都会受到相应的负面影响。

其实,激进的技术路线与安全并不绝对冲突,在合理的设计,充足的冗余,可靠的测试之下,所谓“激进”的技术很多时候反而是“艺高人胆大”的信心体现。

特斯拉也正是如此凭借高超的电池管理系统,才敢为天下先,拿出第一台真正实用化的电动豪华汽车,让电动技术真正走向道路。

不过,在安全面前,电动汽车、自动驾驶等一众新兴行业仍需要提高警惕,审慎而行,不能满足于比旧有技术更安全,而是真的要千方百计确保万无一失,这样才能赢得挑剔的舆论,成为时代最终的变革者。

最后,对各位电动车车主来说,如何更大可能性保障自己的车的安全呢?硅谷洞察给大家提几点小建议:

  • 第一,安全充电,切莫私拉电源;

  • 第二,汽车受损应及时维修。比如出现一些小碰撞后,要及时去修。不能因为当下没有起火,就意味着没有安全隐患;

  • 第三,定期维护。尽管此前电动汽车宣称的一大亮点是不需要维护,但跟电池相关的部分,车主还是应该定期拿回厂家进行检修、维护。

最后的最后,到底电动车放在太阳下长期暴晒会不会有问题呢?可以很负责地说,暂时没有出现因为暴晒而起火的案例,因为电池短路起火的话是在一瞬间释放出大量的热,但太阳暴晒引发的高温,是缓慢的过程。因此,大家可以放心,不需要担心自己的车停放在烈日下的特斯拉旁边了会不会受牵连了……

大家会因为特斯拉这起自燃事件而怀疑电动车的安全性吗?欢迎留言讨论。

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