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特斯拉电池如此廉价?能否保证电池安全?

贾新光·2014-07-28 17:25
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贾新光

文章作者:贾新光

电动汽车的核心技术是电池,相对于燃油车,最大的问题在于电池和控制电路的安全性。

特斯拉充电

目前电动汽车大多使用锂离子电池,锂电池有很多种,但是没有一种是绝对安全的。比较奇怪的是特斯拉选用的是18650锂离子电池,据说这是SONY公司当年为了节省成本而定下的一种标准锂离子电池型号,其中18表示直径为18mm,65表示长度为65mm,0表示为圆柱形电池。常见的18650电池分为钴酸锂、磷酸铁锂。特斯拉选用的是钴酸锂电池。18650属于第一代锂电池,并不是先进技术。而且18650电池单体容量很小,和常用的5号电池差不多,特斯拉不得不使用了7000个单体来满足驱动汽车的需要

特斯阿电池

为什么要选18650电池?

这是因为18650相比于其它电动车使用的其他类型电池在技术上更为成熟,比能量几乎是磷酸铁锂电池的两倍。国际上主要的几种电动汽车中,通用沃兰达续航里程为60公里,日产聆风为160公里,比亚迪E6为300公里,特斯拉为426公里。而且业内普遍认为,磷酸铁锂电池安全性相对较好,但是比能量较低,提高的也不大,可以说潜力挖尽了。钴酸锂、锰酸锂电池比能量较高,安全性较差,容易起火爆炸。

但是18650也并不是十全十美,它在高温状态下稳定性相比镍钴锰酸锂(NCM)和磷酸铁锂电池还要差,因此,需要在安全性方面有强力的技术支撑。几年前,索尼公司就因笔记本电池发生爆炸采取了多次召回行动,现在的18650电池已经可以在技术上避免自燃或无故爆炸的情况出现。不过,在发生强烈的撞击后,这种电池还是存在着爆炸燃烧的可能。另外,18650低温环境的适应性也不是很稳定,容易出现因过度放电导致过热的情况。

特斯拉电池

为了安全,特斯拉对电池实行分级管理,通过监控装置监控电池状态,一直落实到每一节18650电池。在电池两端均设有保险丝,当电池出现过热或电流过大时,保险丝会切断,以此避免因某个电池出现异常情况(过热或电流过大)时影响到整个电池包。每个电池单元和每个电池包也有相应的安全装置。一旦发现某一单位内部出现问题,保险装置都会将其切断与其它电池单元的联系,从而避免殃及池鱼的情况出现。另外,每个电池片之间都有相对独立的空间并由防火墙相隔,即便是单个电池片内部出现了起火的情况,火势也可得到一定控制,不至于迅速蔓延至整个电池包。

特斯拉采用底盘和电池合一的方案,把电池做到底盘上。这样的优点是车内空间大,汽车重点低,操控性好。正面碰撞也不怕,前后都有保护。但是如果遇到对底盘自下往上的冲击,会很脆弱。

特斯拉在NHTSA(美国高速公路安全协会)进行了数次碰撞测试,包括100%正面碰撞、27°角侧面碰撞、75°角侧面柱碰和翻滚碰撞、车顶强度等碰撞测试。在100%正面碰撞测试中,由于特斯拉汽车“发动机舱”内不需要安装动力总成,有足够的空间来安排提高车身强度的结构,可以更好地保护乘员舱及车身下方的电池组。由于电池分布在车底,电机位于后车桥,前部没有动力总成,整车的重量基本都集中在车辆底部和尾部并且重心较低,所以在正面碰撞测试中,车尾并没有出现大幅度抬起的情况。

碰撞

相比之下,侧面碰撞时电池组会受到过度挤压,对电池的安全性的威胁很大,为此特斯拉在下边梁部分采用了一种铝制的多层结构,可以更好地吸收碰撞能量,据说这种结构理念源自阿波罗飞船在登陆月球时所使用的着陆器。

在柱碰测试中,对于乘员舱的保护,特斯拉驾驶舱保留了63.5%,比沃尔沃V60的情况还要好。在车尾装配有两根防撞梁,以减小追尾时后部的变形。但是尽管这样,特斯拉在使用中还是发生了几次火灾。今年7月4日,特斯拉ModelS车型在洛杉矶发生罕见事故,高速行驶的ModelS撞上灯柱后,完全解体成两半,随后电池起火烧毁车体。有的分析认为:“从零部件供应体系上看,为了降低成本,特斯拉直接采用了已经规模化生产的其他品牌的零部件进行集成。这种模式对产品在使用过程中的可靠性和安全性影响是巨大的。”

电池着火.jpg

在另一起事故后,马斯克发表声明说,车辆起火是因车辆底部的电池保护罩被硬物刺穿,强烈的撞击使得刺穿的峰值力超过25吨,把6.35毫米的车底护板打了一个直径76.2毫米的洞。随后,电池总成前部的通风孔开始向外释放热量并起火,当消防员赶来时,采取了传统的灭火方式,进而导致起火面积变大,后来使用干粉灭火器才将火势控制。由于电池总成内部为每个电池模块都建立了单独的防火墙,因此,火势没有蔓延至其他部分。报警系统也及时通过各种声音和图示警告驾驶员尽快离开车辆。在这起事故中,驾驶员没有受伤。看来,我们也要学学如何扑灭电动汽车火灾。

电池起火不是特斯拉特有的问题,然而不管怎么说,电动汽车的安全还是需要进一步解决的问题,包括材料选择、结构加固、软件管理等。

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