特斯拉Model S、蔚来ES8电动车先后自燃

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  • 来源:网上投资理财

4 月 22 日凌晨,微博上突然流传出一段地下车库监控录像,在录像中,一辆停放在车位内的特斯拉突然猛烈自燃,引起了冲天火光。

据了解,网传该录像地址位于上海,监控录像显示的记录时间为 4 月21日20:15 分,视频中所有车辆都已熄火落,没有人员进出。停放在画面最左侧的一辆白色特斯拉车底突然冒出白色烟雾,紧接着冒出大火将监控画面完全闪白,大火围绕特斯拉周身狂燃不止。

根据随后流传出的现场视频来看,现场起火已经被扑灭,不过除了身边的奥迪之外,特斯拉接连引燃了身边数辆汽车,损失惨重。据悉,这辆特斯拉是一辆老款 Model S,并非最新的 Model 3。

特斯拉官方微博回应此事:在得知这起发生在上海的事故后,昨晚我们第一时间派出团队赶往现场。我们正在积极联络相关部门并配合核实情况。根据目前的信息显示,没有人员伤亡。

事后,车主表示,起火前一小时,他将车辆停泊到车库内,并未充电。实际上,这辆车在起火前几小时才进行完超级充电,将续航里程提升至了350多公里。车主说,这辆特斯拉是一辆试驾车,购买当时打了七折,车价约72万元,目前车辆还没过保修期,三年半共计行驶约6万公里。

事实上,特斯拉Model S已经不是第一次出现自燃现象了。

2019年3月26日,特斯拉在中国广州某小区地下停车场,又发生燃烧事故。事故发生后停车场消防喷淋设施自行启动,随后自燃的特斯拉S电动车灭火。与此同时,停放在燃烧的特斯拉S电动车驾驶员一侧,和对象位置也有3台汽车停放,并受到不同程度的损伤。

在全球范围特斯拉S/X系列电动车已经发生接近或超过50宗,行驶、碰撞和充电导致的燃烧、自燃及爆炸事故。

然而,每次发生燃烧事故后,特斯拉官方从来不公布涉事车辆原因。希望这次事件后,特斯拉能够给出一个明确的原因吧!

经过对特斯拉以往电动车自燃及爆炸事故,有业者发现,这些事故均存在如下共性:

1、均搭载由日本松下提供的18650型NCA(镍钴铝酸锂)电芯;

2、燃烧、自燃及爆炸的特斯拉S/X电动车,搭载的18650型电芯数量从7000-9000不等;

3、发生燃烧事故后,多数车辆火势难以控制,甚至出现在灭火后反复燃烧现象。

这些共性,似乎均指向于该型号的电芯有问题,但具体如何,官方并未给出回应。

也在今年初,Model S曾出现大量召回的状况。

2019年1月18日,国家市场监管总局发布公告称,日前特斯拉汽车(北京)有限公司根据《缺陷汽车产品召回管理条例》和《缺陷汽车产品召回管理条例实施办法》的要求,向国家市场监督管理总局备案了召回计划,决定自2019年4月10日起,召回2014年2月4日至2016年12月9日期间生产的部分进口Model S汽车,共计14123辆。

据国家质检总局缺陷产品管理中心介绍,本次召回范围内车辆的副驾驶安全气囊装配了高田公司生产的未带干燥剂的硝酸铵气体发生器。在副驾驶安全气囊展开时,气体发生器可能发生异常破损,导致碎片飞出,伤及车内人员,存在安全隐患。

然而,这已经不是Model系列车型的首次召回。早在2017年10月份,特斯拉就曾在美国宣布,自愿召回1.1万辆Model X汽车;一周后,在国内又召回部分进口2016和2017年款Model X系列汽车,共计2277辆。两次召回原因同为上述车辆第二排座位上存在隐患。

2017年4月份,特斯拉也发生过Model S和Model X的召回,当时是因为供应商提供的电子泊车装置存在潜在的制造问题,泊车制动可能因此无法释放,特斯拉宣布召回在53000辆Model X和Model S。而更早之前,特斯拉还曾因第三排座椅不牢固,宣布召回2700辆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日期间生产的特斯拉部分进口2013年款Model S汽车。

有业内专家认为,对于上述车型频繁的燃爆原因,特斯拉官方从未积极正视,不对电池总成及控制策略进行根本修改,这意味着燃烧或爆炸事故或将持续发生。

电动汽车自燃,这件事从长远来看,影响非常大。目前,电动汽车发展正处于一个风口,消费者也非常关注电动汽车技术进展,及安全问题。当然,无论是传统燃油汽车还是电动汽车,其安全性都非常重要。据数据统计,近年来电动汽车起火事故的发生,自燃和零部件故障的原因超过50%,其中31%是自燃。

数据来源:前瞻产业研究院

那么电动车为何会发生自燃呢?其主要原因又是什么?

首先我们需要了解一点,电动汽车大部分都用的是锂电池,而之所以锂电池能烧起来、烧起来这么危险,原因是在于它本身就是一个可以自行进行反应的封闭小系统,换言之,它是一个封闭“能量球”。不同于发动机燃料电池的开放系统需要输入空气和燃油。在这个小小的电池里,既有还原剂,又有氧化剂,那么当然既可以“缓慢”充放电,也可以激烈地燃烧起来。

所以一旦电池的管理不当,后果会是灾难性的——即使是把电池放到太空里去,这个难题也是一样存在。而当锂电池一旦发生热失控,整个电池组能够释放出的能量是惊人的。由100节带电量100Ah的电芯组成的电池组,失控能量达到240000000J,约合57公斤TNT炸药。

所以,电动汽车自燃的直接原因——就是锂电池的热失控,我将它称为电动汽车安全的“幕后黑手”。

那么什么是电池的热失控呢?

“所谓热失控,是由各种诱因引发的链式反应,发热量可使电池温度升高上千度,造成自燃。”

从电池电芯内的隔膜分解熔化,进而导致负极与电解液发生反应,随之正极和电解质都会发生分解,从而引发大规模的内短路,造成了电解液燃烧,进而蔓延到其他电芯,造成了严重的热失控,让整个电池组产生自燃。

这样一堆专业名词如果看起来不好懂的话,那容我做一个类比,请看下图:

上图是氢弹和原子弹的反应原理,这一过程大概可以描述为:

氢弹是通过原子弹爆发产生的辐射引燃的;

原子弹是通过钚和铀原子核不断受到中子撞击的连锁反应,产生裂变所爆发的;

第一颗引发连锁的中子是由炸药点燃压缩核心而引发反应的;

炸药是点燃的。

这就好比,整个电池包的燃烧是从一个模组蔓延开的;

而一个模组的燃烧是其中一颗电芯热失控导致的;

电芯的热失控又源于电解液和正负极的燃烧;

而电解液和正负极的激烈反应又要追溯到隔膜的反应,而引发热失控最本源的诱因,则有三种。

热失控的诱因有三类,分别是机械电气诱因、电化学诱因和热诱因。

接下来,我们就以几桩案例,来看一看三种原因都是怎样导致了电池热失控的发生,进而酿成自燃大祸。

机械电气诱因,最著名的案例就是文章开头提到的“特斯拉第一烧”。2013年,一辆特斯拉电动车高速行驶中触碰的异物,直接导致了电池内隔膜崩溃,进而造成了电池内短路,短时间内引发了自燃。

按驾驶员回忆,20分钟前车辆发出预警,车主逃生后火势迅速扩大将整个车辆烧毁。

电化学诱因,电化学诱因包括了过充放电、内短路等电滥用情况。部分自燃案例中,电池浸水也属于电化学诱因,这里案例也比较多。

当电池包密封性不满足要求,在泡水后会发生电解水反应,进而产生大量气体,气体在电池包内部会使得电路频繁通断进而产生电弧。电弧会导致电池壳体的熔化并引燃电解液,从而造成热失控酿发自燃事故。

2012年飓风桑迪引起的Fisker Karma泡水自燃,以及最近发生的力帆650EV暴雨后自燃,是这类诱因导致的类似案例。

电化学诱因中,过充放电也是电化学诱因,并且是危害极为严重的一个诱因。而它也是和电动车车主使用习惯最为相关的一个诱因,极为常见、危险。

特斯拉、荣威、众泰等等电动车都曾在充电时发生起火。当电池过充电时,正极过渡金属溶解,负极析锂,电解液氧化分解,从而导致温度加速上升,电池膨胀直至破裂,内阻随之快速增大,进而发生热失控。

以2016年特斯拉充电事故为例,当地过低的气温可能使得电池的状态估计与实际状态不吻合,进而发生了过充电的情况,导致自燃。过充电导致的事故案例在近年发生较多,例如,2018年3月在泰国曼谷的保时捷Panamera PHEV充电起火乃至烧毁住宅;,2018年年7月在深圳的陆地方舟电动物流车充电起火引燃了旁边车辆。

2015年,挪威的一辆充电中特斯拉Model S自燃

2018年,泰国一辆夜间充电自燃的保时捷Panamera PHEV

热诱因,热失控最直接的诱因就是热诱因。例如在2008年美国公司CEPCI购买了一辆丰田普锐斯,并自行改装加入了电池,由于该公司改装没有符合电芯制造商A123的使用规则,车辆运行中热控芯片未产生作用,导致电池温度过高,进而引发热失控,造成了车辆自燃。

2008年,改装普锐斯自燃

热失控的诱因是多元的,为此需要做出多重的预防措施,来避免热失控的发生。这就涉及到了电芯的设计和生产、电池管理BMS算法开发、电池包结构设计等多个方面的研究,全部展开讲过于庞杂,这里简单说一说在热管理软件层面怎么做,这是目前众多研究的重点,也是技术含量较高的一方面研究。

电池的状态和发动机是不一样的,有一些发动机易测量的变量,在电池这里并不容易估计。比如说燃油车剩余油量,很容易就可以通过油箱内的油的多少来读到,但电池的剩余电量( SOC),则通常要使用算法来进行估计。除了电量之外,电池的实际输出功率、电池寿命等等,都需要算法进行估计,这就使得电池管理策略(BMS)极为关键,而电池的热失控管理方法也属于BMS。

相关研究中,清华大学所开发的电池状态的联合估计算法,是在电池状态间相互耦合的关系基础上,同时估计电池的多个状态,包括SOC(State of Charge)、SOH(State of Health)、SOP(State of Power)和SOE(State of Energy)等状态的高精度联合估计。

电池状态联合估计算法拓扑图

电池状态的精确估计,有助于实时监测电池的充放电状态,避免过充放造成的热失控。

此外在另一项研究成果中,研究者通过状态估计与电池内短路模型的结合,可以有效识别是否发生了内短路,进而在热滥用发生之初,就对系统发出警告。从今年的众多过充造成自燃的事故来看,如何防止过充电,还有很多工作要做。

除此之外,如何隔离开发生热失控的电芯也是一个难题。当热失控发生,如果能够将发生问题的电芯或模组隔离开,就能够有效降低损失,避免自燃。

一名清华大学的研究者,对电池的热失控蔓延进行了研究,建立了一整套成熟的热扩散测试方法作为技术支持,并提出了电池包综合的热管理设计方案,包括了上表面连接汇流结构优化散热、下表面流道散热设计、电芯连接间隔面的隔热处理、以及电池包侧面布置半导体加热片的低温加热算法设计。这一系列设计保证了整个电池包有较为均匀的热状态,降低了热失控发生的风险。

围绕电池包综合热管理进行了全方位的立体设计

当然除了上述研究应用之外,电池包的设计制造自然是避免热失控的基本要求,相关措施包括改善电池包的框架设计,如降低电池包振动、防火层阻隔、加装钢板、防水防尘等等。

按业者猜测来看,电动汽车自燃的主要诱因是热失控,但也不排除其它的一些因素,如BMS电池管理系统设计不完善、追求过高的电池能量密度。此外,还有一种就是人为操作不当,引起的汽车自燃,在这里就不一一列举了。

电动汽车迎来发展风口是一件好事,但高安全性是基本的保障。没有哪辆车能100%保证你的人身安全,但是汽车出现自燃或者爆炸这种技术性问题,是消费者所不能接受的。还是希望有关企业,或者行业内专业人士,能够尽快找出诱因,针对该系列事件,给出相应的解决方案。最好能够针对电动汽车安全,推出更加精确及完善的标准。

补充一句:

截止发稿前,西安未来授权服务中心一辆正在维修的ES8发生燃烧。未来工作人员和当地消防部门一起,迅速赶到现场,现已扑灭明火。蔚来官方已开启对燃烧原因的调查,会在后续及时对外公布调查结果。

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