就此走下神壇?解析TESLA電池安全技術
“天啊,伙計,那是特斯拉,是新的?!比绻皇怯H眼所見,沒有人會相信是特斯拉Model S(查成交價|參配|優(yōu)惠政策)起火。在此之前,憑借RoaDSter車型,量產(chǎn)特斯拉電動車累計行駛里程已經(jīng)超過1.81億公里,特斯拉似乎已經(jīng)用這種方式證明了產(chǎn)品的可靠性。就好像大家都相信泰坦尼克號是一艘永不沉沒的游輪。當然,從技術上來說,馬斯克確實給了我們很多相信他的理由。
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電池組裝結構
既然電池是故障,我們先了解一下。眾所周知,特斯拉電動車的電池采用松下提供的NCA系列18650鈷酸鋰電池,單節(jié)電池容量為3100 mAh 。
這種電池用于筆記本電腦等電子和數(shù)字設備,我們對此并不陌生。與電動汽車使用的其他電池類型相比,18650電池的技術更加成熟,在能量方面幾乎是比亞迪e6(查成交價|參配|優(yōu)惠政策)電池的兩倍,也就是說,在相同體積的情況下,由18650電池組成的電池單元可以儲存更多的電能。這也是特斯拉使用這種電池的原因之一。
然而,這種電池仍然很難應用于電動汽車。例如,為了滿足電動汽車的需求,需要使用許多18650鋰電池,這提出了一個需要解決的問題。如何將它們結合在一起。
85kWh車型的電池單元總共使用了8142節(jié)18650節(jié)鋰電池,工程師們首先將這些電池用磚塊和薄片一個個均勻分布,形成一個完整的電池組,位于車身地板上。
雖然結合這幾千塊電池的方式被業(yè)界認為是一件不可思議的事情,但對于特斯拉工程師來說,這只是一個比下一個要解決的問題稍微復雜一點的算術問題。
8650電池的穩(wěn)定性
雖然18650鋰鈷氧化物電池是滿足更高續(xù)航里程的關鍵,但其高溫穩(wěn)定性略差于鎳鈷錳氧化物和磷酸鐵鋰電池,因此在安全性方面需要強有力的技術支持。
暴力的性格給它帶來了很多麻煩。記得幾年前,索尼因為筆記本產(chǎn)品使用的電池爆炸,采取了召回行動。但目前的18650電池在技術上可以避免自燃或無端爆炸。但是,經(jīng)過強烈的沖擊,這種電池還是有很大的爆炸可能性。此外,它對低溫環(huán)境的適應性也不是很穩(wěn)定。在低溫環(huán)境下,鈷酸鋰電池容易因過度放電而過熱。這樣,如何管理這些電池就成了一件非常重要的事情。
車身結構安全如何監(jiān)控電池組的狀態(tài)
電池組中的安全裝置分布到每18650個鈷酸鋰電池中,每18650個鈷酸鋰電池兩端裝有保險絲。當電池過熱或電流過高時,保險絲會被切斷,以避免一個電池的異常情況影響整個電池組。
在上面介紹的電池組結構中,我們提到了每個電池組由幾個電池片組成,一個電池片由幾個電池磚組成,另一個電池磚由幾個18650鋰鈷氧化物電池組成。除了每個18650電池外,每個電池片、每個電池磚還配有保險裝置,一旦發(fā)現(xiàn)某個單元內(nèi)部有問題,就會切斷與其他電池單元的聯(lián)系,避免出現(xiàn)傷害池中魚的情況。此外,每個電芯都有一個相對獨立的空房間,由防火墻隔開,因此即使單個電芯內(nèi)部發(fā)生火災,也能在一定程度上控制火勢,不會迅速蔓延到整個電池組。
當然,安全裝置是最后一道屏障。當它被切斷時,意味著某個電池單元有問題。如果涉及更換,整個電池組可以“件”為單位進行更換。每個電池并聯(lián),而電池磚和電池分別串聯(lián),也就是說,當電池在實際使用中出現(xiàn)故障時,車輛不會發(fā)生故障,只會影響車輛的續(xù)航里程。
保持整個電池組的工作狀態(tài),監(jiān)控每個電池單元的系統(tǒng),是特斯拉電動汽車性能的關鍵。通過每個電池片中的電池系統(tǒng)監(jiān)控器,監(jiān)控電池片中每個電池磚的狀態(tài),不僅包括電流和電壓,還包括電池的工作溫度、每個電池磚的相對位置以及是否產(chǎn)生煙霧。
電池的溫度是影響電池性能的關鍵因素。如果過高或過低,其工作狀態(tài)都會出現(xiàn)波動,進一步影響車輛的整體性能。因此,系統(tǒng)需要不斷平衡每個電池的溫度。上述安全性和電池性能保證都得益于這種電池分級管理模式的設計。
車身結構保證了電池組件的安全性。
特斯拉Model S之前在NHTSA進行過碰撞測試,最終獲得五星評分,這讓Elon & # 8226馬斯克有點自我膨脹。無論如何,Model S在各種碰撞測試中對假人和電池狀態(tài)的保護是值得稱贊的。讓我們通過當時的碰撞來看看這款車的被動安全性能。
NHTSA碰撞測試包括100%正面碰撞、27度側面碰撞、75度側面立柱碰撞和側翻碰撞,以及車頂強度。如果你想了解更多詳細的NHTSA碰撞測試方法,可以看看我們之前做的文章。測試項目不夠全面。中、美、歐碰撞規(guī)則比較
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在100%正面碰撞試驗中,Model S以56 km/h的速度撞向剛性護欄,從碰撞時的車身姿態(tài)來看,與我們在C-NCAP碰撞試驗中看到的情況相比,Model S的車尾沒有明顯抬升,這與整個車身的重量分布有關。Model S的電池分布在汽車底部,電動機位于后輪軸。但該車前部沒有像傳統(tǒng)車那樣配備動力總成,所以整車重量基本集中在車底和尾部,重心較低,所以在本次碰撞測試中,車身的幅度相對較小。
因為不需要在“發(fā)動機艙”安裝動力總成,所以會有足夠的空空間來布置提高車身強度的結構,在這樣的碰撞情況下,很難傷害到位于乘員艙下方的電池組。
相比之下,側面的碰撞對電池的安全性能構成了更大的威脅。因此,使用高強度材料以避免碰撞過程中電池組過度擠壓是非常重要的。如上所述,18650鋰鈷氧化物電池在碰撞過程中確實有爆炸的可能。但是一味的提高強度對乘客來說并不是一件好事,前面碰撞試驗分析中提到的吸能緩沖的概念在這里也是有用的。我們可以想象避免電池組被擠壓和保護乘客的難度。
從一種材料上可以看出,Model S的門檻梁采用了由鋁制零件組成的多層結構。在抵抗碰撞力的同時,這種結構可以在結構的引導下逐漸吸收碰撞能量。結構概念來自阿波羅飛船登月時使用的著陸器。不知道這是不是想在火星上退休的埃隆& # 8226;馬斯克想出了這個主意。根據(jù)這份報告,在立柱碰撞測試中,Model S在保護乘員艙方面優(yōu)于沃爾沃V60(查成交價|參配|優(yōu)惠政策)。
考慮到后排有第三排座椅,在后防撞結構的設計上,Model S在車輛后部配備了兩個防撞梁,以減少發(fā)生后碰撞時第三排乘客受傷的可能性。
為什么還火著?
看了包括電池安全技術和車身被動安全的介紹,為什么Model S會在碰撞后起火?事發(fā)一段時間后,埃隆& # 8226;馬斯克發(fā)表了相關聲明,聲明稱此次高速事故引發(fā)的車輛火災是由于車輛底部的電池保護蓋被硬物刺穿所致。強烈的撞擊使穿刺的峰值力超過25噸,并在6.35毫米的車底護板上打了一個直徑為76.2毫米的孔。
隨即,電池組件前部的通氣孔開始釋放熱量并引發(fā)火災。消防員到達時,采用傳統(tǒng)滅火方法,導致火災面積較大。后來,干粉滅火器被用來控制火勢。由于為電池組件內(nèi)部的每個電池模塊都搭建了單獨的防火墻,火災沒有蔓延到其他地方。報警系統(tǒng)還通過各種聲音和圖表及時警告駕駛員盡快離開車輛,最終使駕駛員免于受傷。
編輯摘要:
由于碰撞和火災事故,今年股價翻了兩番的特斯拉股價當天下跌了8.92%。的確,與傳統(tǒng)汽車火災相比,電動車火災確實更為敏感,比亞迪之前也經(jīng)歷過類似事件。這兩件事放在一起看都是意外。一是金屬刺穿車底,二是被高速跑車撞了。在這樣極端的情況下,即使是傳統(tǒng)汽車也不能排除起火的可能。
不可否認,馬斯克將電動汽車推向了一個新的高度。在一定程度上,他為特斯拉品牌渲染了個人色彩。當然,對于特斯拉品牌來說,這只是一個方面,更重要的是,它向我們解釋了未來的交通將會是什么樣子。Model S應該算是一個真正的開始。接下來,除了繼續(xù)創(chuàng)造用戶體驗,電池升級也是產(chǎn)品開發(fā)的關鍵。在馬斯克眼里,只有超級電容可以為其所用,但由于技術原因,超級電容并不能完全滿足電動汽車的需求??偠灾诎踩矫?,電動車廠商每一步都會非常小心。
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