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特斯拉又自燃了?是时候跟你聊聊电动汽车的电池安全性了

| 2020-09-26

频频占据汽车头条的特斯拉最近又摊上事了,6月15日,曾在著名美国政治剧《白宫风云》中扮演国家安全顾问的好莱坞女星Mary McCormack发布推特称,其丈夫的特斯拉Model S停放在洛杉矶街头时发生自燃,所幸没有发生人员伤亡,据悉,美国国家运输安全委员会(NTSB)已经介入调查。

从现场图片来看,这辆特斯拉Model S起火比较严重的部位是底部,也就是电池组的位置,此事一出再次将电动汽车电池安全问题推到风口浪尖,那么,电动汽车的电池在什么情况下会发生自燃呢?

散热不足 保护失效

如今三元锂电池已凭借高能量密度的特性成为电动汽车的首选,在说明电池自燃原因之前,《电动大咖》先给大家简单解释下三元锂电池的工作原理,三元锂电池在工作中是利用锂离子得失电子和迁移聚集来实现电能的储存和释放。

三元锂电池在放电的同时还会产生一定的热量,偏偏它又非常“娇贵”,工作温度需要在-20~60℃之间,如果产生的热量无法及时扩散并不断积聚,导致电池组内部过热,就会产生自燃的隐患。

如果你还没有忘记高中所学的化学知识,应该对元素周期表最左侧一列那几个极为活泼的金属还有一定印象,而锂金属就是其中之一。电池内反应产生的锂金属如果暴露在空气中,会与氧气产生激烈的氧化反应,从而发生燃烧。

为了防止空气进入电池内部,汽车厂家通常会在电池组里里外外设计多层外壳或塑膜等封闭保护措施,使得锂金属不会与氧气接触而发生燃烧。如果防护措施老化或受撞击遭到破坏导致防护失效,金属锂与空气接触后就容易失控起火。

电池热管理系统是如何工作的?

既然三元锂电池对工作环境要求如此苛刻,电动汽车厂家自然会想方设法给它一个理想的工作环境,动力电池热管理系统(BTMS,Battery Thermal Management System)应运而生。


在动力电池热管理系统中,按照冷却源的不同分为被动式冷却和主动式冷却,只利用周围环境冷却的方式为被动式冷却,组装在系统内部的,主动元件包括蒸发器、冷却液水道等的方式为主动式冷却。

空气冷却成本低

在被动式冷却中空气冷却应用最为广泛,所谓空气冷却,顾名思义就是将空气作为传热介质,直接让空气穿过电池模块以达到冷却的目的。此外,空气自然冷却效率较低,因此电动汽车大多使用强制空气冷却,电池的热量经过排风风扇强制带走。


风冷方式的主要优点有:结构简单、成本低、散热模组重量相对较小,缺点在于其与电池壁面之间换热系数低、冷却速度慢。

液体冷却效率更高

在一般工况下,采用空气冷却即可满足要求,但在高温天气或高负荷工况下,液体冷却等主动式冷却方式才能够达到电池组的散热要求。要知道,在相同的流速下,空气的传热速率远低于直接接触式流体。

液体冷却就是采用液体与空气进行热交换把电池组产生的热量送出,主要方式为在电池模块间布置管线或围绕模块布置夹套,或者把模块沉浸在电介质液体。若液体与模块间采用传热管、夹套等方式,传热介质可以采用水、油甚至制冷剂等。若电池模块沉浸在电介质传热液体中,必须采用绝缘措施防止短路。

液冷方式的主要优点有:与电池壁面之间换热系数高,冷却速度快、体积较小等。缺点也显而易见——存在漏液可能、模组重量相对较大、结构相对复杂、维修保养不便等。

此外,三元锂电池在低温条件下放电效率会有所下降,导致续航里程降低,因此电动汽车热管理系统通常还会支持电池加热功能,通过空调、加热片或液体加热等方式,保证电池在低温天气下也能够在正常温度范围内工作。

量产前还需多项测试

为了防止电池组在撞击和元器件疲劳时产生安全隐患,电池组在设计和生产过程中还需要进行安全测试。《电动大咖》了解到,国内主流电池厂商设计的电池组都要经过高温火烧、挤压、振动、海水浸泡、高低温冲击等多项测试,历经"九九八十一难"才能修成正果。

1.火烧测试

火烧测试是所有测试中最为重要的环节之一,电池组要在烈火的高温下进行“生存”挑战。

在这项极具有危险性的测试中,业内的国家标准是外部火烧130秒,电池组不起火、不爆炸。

2.振动测试

电池组如果装配质量不过关,可能会出现固定不良、零部件松动、外壳破裂等情况,在经过颠簸路面承受振动时,极易引发安全措施失效的情况。为此,国家标准还要求对动力电池进行振动测试。

振动测试环境由模拟颠簸的振动台、提供不同环境温度的环境箱以及模拟充放电的模块组成,在振动测试环节中,电池组需在-30℃至60℃的环境温度下,每秒振动200次,连续随机振动21小时,这样可等效模拟数十万公里的行车疲劳情况。

3.加速度冲击测试

与振动试验类似,冲击测试用以测试电池组的机械结构稳定,其模拟车辆通过路障时,瞬间颠簸对电池组结构的冲击。

冲击测试设备最高加速度一般为100G。100G是什么概念?一辆电动大巴被时速为50公里的小车撞击时,电池组所受到的加速度约为30G,人类心脏能够承受的最大加速度为50G。

4.挤压测试

电池组受挤压破损是电动汽车发生交通事故时起火的主要原因之一,挤压测试用于模拟电池受到挤压的情况。

一辆2吨的汽车,以90km/h的速度行驶撞击,其撞击力在10吨左右。在挤压试验中,向电池组施加10吨的力时,复合铝材质的电池组外壳已出现了明显的变形,而测试的通过标准为不起火、不爆炸。

自此,经过众多检测测试流程,一块合格的电池组终于诞生,其安全性能足以应付日常的驾驶工况。

酷暑高温来袭 夏季如何安全用车?

虽然汽车和电池厂家为电池组做了重重防护措施,但我们仍要在实际用车中多多关注电池安全,随着夏天的到来,大家对高温环境下的电池安全尤为关心,《电动大咖》来向大家介绍一下夏季使用电动汽车的注意事项。

1.关注车辆电池组的温度及冷却系统

夏季开车需要着重注意电池的风冷或水冷系统,如冷却系统故障灯亮起,应尽快到维修点检测修理。

如出现高温极端环境,应尽量避免进行车辆充电,待电池温度降为正常水平再进行。车辆行驶中若电池组温度超过合理温度(一般为55度,具体请查看车辆说明书),应马上寻找安全的路面停车,熄火断电,电话咨询车辆售后服务再进行处理。

2.及时检查保养 谨防线路老化、短路

虽然有了电池热管理系统的保护,但防不住线路老化、元器件衰老的情况出现,很多燃油车自燃大多也是源自此类问题,因此酷暑到来之前,先给爱车做次检查和保养最为保险。


3.不要使用飞线充电

很多消费者苦于无法安装充电桩,只能从室内飞线充电,这种做法其实非常危险。首先电动汽车充电功率比普通家用电器高很多,如果使用的线材额定功率较低,极易发生熔断起火。


此外,我国夏季气候雨水相对丰富,飞线线路通常绝缘措施较差,甚至没有绝缘措施,如果遇到降水天气也易发生短路起火。

4.使用正规充电桩

燃油车可能会加到劣质油,电动汽车也有可能遇到劣质的充电桩。很多私自搭建的充电桩大多未通过技术检测,稳压稳流性较差,且没有专业人员检查维护,使用这种充电桩会对电池组造成损伤甚至有起火危险,因此务必使用通过国家检测、合法运营的充电桩。

电动汽车的技术历程虽然不及燃油车,但TA也不是纸糊的,不要低估TA的安全性,当然也不能高估TA的安全性。希望广大的新能源汽车车主们,多学习了解一些电动汽车方面的专业知识,安全地使用新能源汽车。

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