4 月 22 日凌晨,微博上突然流傳出一段地下車庫監控錄像,在錄像中,一輛停放在車位內的特斯拉突然猛烈自燃,引起了沖天火光。
據了解,網傳該錄像地址位于上海,監控錄像顯示的記錄時間為 4 月21日20:15 分,視頻中所有車輛都已熄火落鎖,沒有人員進出。停放在畫面最左側的一輛白色特斯拉車底突然冒出白色煙霧,緊接著冒出大火將監控畫面完全閃白,大火圍繞特斯拉周身狂燃不止。
根據隨后流傳出的現場視頻來看,現場起火已經被撲滅,不過除了身邊的奧迪之外,特斯拉接連引燃了身邊數輛汽車,損失慘重。據悉,這輛特斯拉是一輛老款 Model S,并非最新的 Model 3。
特斯拉官方微博回應此事:在得知這起發生在上海的事故后,昨晚我們第一時間派出團隊趕往現場。我們正在積極聯絡相關部門并配合核實情況。根據目前的信息顯示,沒有人員傷亡。
事后,車主表示,起火前一小時,他將車輛停泊到車庫內,并未充電。實際上,這輛車在起火前幾小時才進行完超級充電,將續航里程提升至了350多公里。車主說,這輛特斯拉是一輛試駕車,購買當時打了七折,車價約72萬元,目前車輛還沒過保修期,三年半共計行駛約6萬公里。
事實上,特斯拉Model S已經不是第一次出現自燃現象了。
2019年3月26日,特斯拉在中國廣州某小區地下停車場,又發生燃燒事故。事故發生后停車場消防噴淋設施自行啟動,隨后自燃的特斯拉S電動車滅火。與此同時,停放在燃燒的特斯拉S電動車駕駛員一側,和對象位置也有3臺汽車停放,并受到不同程度的損傷。
在全球范圍特斯拉S/X系列電動車已經發生接近或超過50宗,行駛、碰撞和充電導致的燃燒、自燃及爆炸事故。
然而,每次發生燃燒事故后,特斯拉官方從來不公布涉事車輛原因。希望這次事件后,特斯拉能夠給出一個明確的原因吧!
經過對特斯拉以往電動車自燃及爆炸事故,有業者發現,這些事故均存在如下共性:
1、均搭載由日本松下提供的18650型NCA(鎳鈷鋁酸鋰)電芯;
2、燃燒、自燃及爆炸的特斯拉S/X電動車,搭載的18650型電芯數量從7000-9000不等;
3、發生燃燒事故后,多數車輛火勢難以控制,甚至出現在滅火后反復燃燒現象。
這些共性,似乎均指向于該型號的電芯有問題,但具體如何,官方并未給出回應。
也在今年初,Model S曾出現大量召回的狀況。
2019年1月18日,國家市場監管總局發布公告稱,日前特斯拉汽車(北京)有限公司根據《缺陷汽車產品召回管理條例》和《缺陷汽車產品召回管理條例實施辦法》的要求,向國家市場監督管理總局備案了召回計劃,決定自2019年4月10日起,召回2014年2月4日至2016年12月9日期間生產的部分進口Model S汽車,共計14123輛。
據國家質檢總局缺陷產品管理中心介紹,本次召回范圍內車輛的副駕駛安全氣囊裝配了高田公司生產的未帶干燥劑的硝酸銨氣體發生器。在副駕駛安全氣囊展開時,氣體發生器可能發生異常破損,導致碎片飛出,傷及車內人員,存在安全隱患。
然而,這已經不是Model系列車型的首次召回。早在2017年10月份,特斯拉就曾在美國宣布,自愿召回1.1萬輛Model X汽車;一周后,在國內又召回部分進口2016和2017年款Model X系列汽車,共計2277輛。兩次召回原因同為上述車輛第二排座位上存在隱患。
2017年4月份,特斯拉也發生過Model S和Model X的召回,當時是因為供應商提供的電子泊車裝置存在潛在的制造問題,泊車制動可能因此無法釋放,特斯拉宣布召回在53000輛Model X和Model S。而更早之前,特斯拉還曾因第三排座椅不牢固,宣布召回2700輛Model X。
此外,在去年1月15日,特斯拉召回了2013年9月24日至2013年12月21日期間生產的特斯拉部分進口2013年款Model S汽車。
有業內專家認為,對于上述車型頻繁的燃爆原因,特斯拉官方從未積極正視,不對電池總成及控制策略進行根本修改,這意味著燃燒或爆炸事故或將持續發生。
電動汽車自燃,這件事從長遠來看,影響非常大。目前,電動汽車發展正處于一個風口,消費者也非常關注電動汽車技術進展,及安全問題。當然,無論是傳統燃油汽車還是電動汽車,其安全性都非常重要。據數據統計,近年來電動汽車起火事故的發生,自燃和零部件故障的原因超過50%,其中31%是自燃。
數據來源:前瞻產業研究院
那么電動車為何會發生自燃呢?其主要原因又是什么?
首先我們需要了解一點,電動汽車大部分都用的是鋰電池,而之所以鋰電池能燒起來、燒起來這么危險,原因是在于它本身就是一個可以自行進行反應的封閉小系統,換言之,它是一個封閉“能量球”。不同于發動機或燃料電池的開放系統需要輸入空氣和燃油。在這個小小的電池里,既有還原劑,又有氧化劑,那么當然既可以“緩慢”充放電,也可以激烈地燃燒起來。
所以一旦電池的管理不當,后果會是災難性的——即使是把電池放到太空里去,這個難題也是一樣存在。而當鋰電池一旦發生熱失控,整個電池組能夠釋放出的能量是驚人的。由100節帶電量100Ah的電芯組成的電池組,失控能量達到240000000J,約合57公斤TNT炸藥。
所以,電動汽車自燃的直接原因——就是鋰電池的熱失控,我將它稱為電動汽車安全的“幕后黑手”。
那么什么是電池的熱失控呢?
“所謂熱失控,是由各種誘因引發的鏈式反應,發熱量可使電池溫度升高上千度,造成自燃。”
從電池電芯內的隔膜分解熔化,進而導致負極與電解液發生反應,隨之正極和電解質都會發生分解,從而引發大規模的內短路,造成了電解液燃燒,進而蔓延到其他電芯,造成了嚴重的熱失控,讓整個電池組產生自燃。
這樣一堆專業名詞如果看起來不好懂的話,那容我做一個類比,請看下圖:
上圖是氫彈和原子彈的反應原理,這一過程大概可以描述為:
氫彈是通過原子彈爆發產生的輻射引燃的;
原子彈是通過钚和鈾原子核不斷受到中子撞擊的連鎖反應,產生裂變所爆發的;
第一顆引發連鎖的中子是由炸藥點燃壓縮核心而引發反應的;
炸藥是點燃的。
這就好比,整個電池包的燃燒是從一個模組蔓延開的;
而一個模組的燃燒是其中一顆電芯熱失控導致的;
電芯的熱失控又源于電解液和正負極的燃燒;
而電解液和正負極的激烈反應又要追溯到隔膜的反應,而引發熱失控最本源的誘因,則有三種。
熱失控的誘因有三類,分別是機械電氣誘因、電化學誘因和熱誘因。
接下來,我們就以幾樁案例,來看一看三種原因都是怎樣導致了電池熱失控的發生,進而釀成自燃大禍。
機械電氣誘因,最著名的案例就是文章開頭提到的“特斯拉第一燒”。2013年,一輛特斯拉電動車高速行駛中觸碰的異物,直接導致了電池內隔膜崩潰,進而造成了電池內短路,短時間內引發了自燃。
按駕駛員回憶,20分鐘前車輛發出預警,車主逃生后火勢迅速擴大將整個車輛燒毀。
電化學誘因,電化學誘因包括了過充放電、內短路等電濫用情況。部分自燃案例中,電池浸水也屬于電化學誘因,這里案例也比較多。
當電池包密封性不滿足要求,在泡水后會發生電解水反應,進而產生大量氣體,氣體在電池包內部會使得電路頻繁通斷進而產生電弧。電弧會導致電池殼體的熔化并引燃電解液,從而造成熱失控釀發自燃事故。
2012年颶風桑迪引起的Fisker Karma泡水自燃,以及最近發生的力帆650EV暴雨后自燃,是這類誘因導致的類似案例。
電化學誘因中,過充放電也是電化學誘因,并且是危害極為嚴重的一個誘因。而它也是和電動車車主使用習慣最為相關的一個誘因,極為常見、危險。
特斯拉、榮威、眾泰等等電動車都曾在充電時發生起火。當電池過充電時,正極過渡金屬溶解,負極析鋰,電解液氧化分解,從而導致溫度加速上升,電池膨脹直至破裂,內阻隨之快速增大,進而發生熱失控。
以2016年特斯拉充電事故為例,當地過低的氣溫可能使得電池的狀態估計與實際狀態不吻合,進而發生了過充電的情況,導致自燃。過充電導致的事故案例在近年發生較多,例如,2018年3月在泰國曼谷的保時捷Panamera PHEV充電起火乃至燒毀住宅;,2018年年7月在深圳的陸地方舟電動物流車充電起火引燃了旁邊車輛。
2015年,挪威的一輛充電中特斯拉Model S自燃
2018年,泰國一輛夜間充電自燃的保時捷Panamera PHEV
熱誘因,熱失控最直接的誘因就是熱誘因。例如在2008年美國公司CEPCI購買了一輛豐田普銳斯,并自行改裝加入了電池,由于該公司改裝沒有符合電芯制造商A123的使用規則,車輛運行中熱控芯片未產生作用,導致電池溫度過高,進而引發熱失控,造成了車輛自燃。
2008年,改裝普銳斯自燃
熱失控的誘因是多元的,為此需要做出多重的預防措施,來避免熱失控的發生。這就涉及到了電芯的設計和生產、電池管理BMS算法開發、電池包結構設計等多個方面的研究,全部展開講過于龐雜,這里簡單說一說在熱管理軟件層面怎么做,這是目前眾多研究的重點,也是技術含量較高的一方面研究。
電池的狀態和發動機是不一樣的,有一些發動機易測量的變量,在電池這里并不容易估計。比如說燃油車剩余油量,很容易就可以通過油箱內的油的多少來讀到,但電池的剩余電量( SOC),則通常要使用算法來進行估計。除了電量之外,電池的實際輸出功率、電池壽命等等,都需要算法進行估計,這就使得電池管理策略(BMS)極為關鍵,而電池的熱失控管理方法也屬于BMS。
相關研究中,清華大學所開發的電池狀態的聯合估計算法,是在電池狀態間相互耦合的關系基礎上,同時估計電池的多個狀態,包括SOC(State of Charge)、SOH(State of Health)、SOP(State of Power)和SOE(State of Energy)等狀態的高精度聯合估計。
電池狀態聯合估計算法拓撲圖
電池狀態的精確估計,有助于實時監測電池的充放電狀態,避免過充放造成的熱失控。
此外在另一項研究成果中,研究者通過狀態估計與電池內短路模型的結合,可以有效識別是否發生了內短路,進而在熱濫用發生之初,就對系統發出警告。從今年的眾多過充造成自燃的事故來看,如何防止過充電,還有很多工作要做。
除此之外,如何隔離開發生熱失控的電芯也是一個難題。當熱失控發生,如果能夠將發生問題的電芯或模組隔離開,就能夠有效降低損失,避免自燃。
一名清華大學的研究者,對電池的熱失控蔓延進行了研究,建立了一整套成熟的熱擴散測試方法作為技術支持,并提出了電池包綜合的熱管理設計方案,包括了上表面連接匯流結構優化散熱、下表面流道散熱設計、電芯連接間隔面的隔熱處理、以及電池包側面布置半導體加熱片的低溫加熱算法設計。這一系列設計保證了整個電池包有較為均勻的熱狀態,降低了熱失控發生的風險。
圍繞電池包綜合熱管理進行了全方位的立體設計
當然除了上述研究應用之外,電池包的設計制造自然是避免熱失控的基本要求,相關措施包括改善電池包的框架設計,如降低電池包振動、防火層阻隔、加裝鋼板、防水防塵等等。
按業者猜測來看,電動汽車自燃的主要誘因是熱失控,但也不排除其它的一些因素,如BMS電池管理系統設計不完善、追求過高的電池能量密度。此外,還有一種就是人為操作不當,引起的汽車自燃,在這里就不一一列舉了。
電動汽車迎來發展風口是一件好事,但高安全性是基本的保障。沒有哪輛車能100%保證你的人身安全,但是汽車出現自燃或者爆炸這種技術性問題,是消費者所不能接受的。還是希望有關企業,或者行業內專業人士,能夠盡快找出誘因,針對該系列事件,給出相應的解決方案。最好能夠針對電動汽車安全,推出更加精確及完善的標準。
補充一句:
截止發稿前,西安未來授權服務中心一輛正在維修的ES8發生燃燒。未來工作人員和當地消防部門一起,迅速趕到現場,現已撲滅明火。蔚來官方已開啟對燃燒原因的調查,會在后續及時對外公布調查結果。
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原文標題:特斯拉Model S、蔚來ES8先后自燃,電動車成”定時炸彈“?
文章出處:【微信號:CINNO_CreateMore,微信公眾號:CINNO】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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