宋楠:从特斯拉S爆炸全面研判前途K50的动力电池安全性

尽管笔者对特斯拉的电池安全性进行了多年的连载报道,不过其爆燃事件还在不断上演。笔者在上篇文章中对近期发生在上海的特斯拉S燃烧案例进行了全面的报道,一时间,新能源车的动力电池安全性再次成为了业界的讨论热点。不过与以往特斯拉自燃事件有所不同,这次燃烧的特斯拉S既不是在充电状态,也未发生碰撞,事发十分蹊跷,并且这辆特斯拉S的起火致使停靠在它旁边的其它车辆发生燃烧,可谓“城门失火殃及池鱼”。

2019年4月23日14时,上海某小区地下车库特斯拉S爆炸产生的波动依旧在延续。与爆炸的特斯拉S并排停放的2台汽车被烧毁,甚至由此引发住户撤离的恐慌。

尽管,特斯拉S爆炸发生后官方第一时间发布声明,并就此事将持续跟进,但车主的损失、被引燃车辆的车主损失、因为灌水导致的其他车主的损失,甚至连夜疏散的住户损失的补偿问题,即将展开并成为一场缓慢而折磨的扯皮事件。

然而,笔者更关注的是适配18650型钴酸锂电芯的早期特斯拉S,后来改用18650型镍钴铝酸锂电芯的特斯拉S/X车型的安全性依旧没有得到改善。

笔者认为,之所以特斯拉S/X车型在行驶、碰撞、充电环节,发生自燃、燃烧和爆炸事故,原因只有一个,那就是使用7000-9000余节松下18650型电芯存在的先天性安全隐患导致。

与此同时,该事件让新能源车的动力电池安全升级到社会问题,巧合的是,这次事故所暴露的问题,与今年三月笔者采访前途汽车企业负责人时其表达的观点不谋而合,即“揣在口袋里的手机电池安全问题或许是个人问题,而新能源汽车的动力电池安全问题却是社会问题”,由此来看,前途汽车对于电池安全性早已提上了更高的层面,在本文中,笔者也将对此展开全面研判。

不盲目追随,从18650到软包标准电池模组,电池安全被前途视为一切根基

通过笔者对于前途的技术路径进行的梳理不难发现,早在2010年,前途汽车就开始对18650型电芯及电池总成进行了早期的研发探索。对于当时来讲,全球范围内的新能源车企的技术路线还未固化,当各家都在不断摸索的时候,龙头企业的技术路线往往是追随者们的最佳选择。与此同时,特斯拉也是全球第一将原本只在消费电子产品上出现的18650电池移植到电动汽车上的公司,不过这种跟随并非盲目,前途对18650电池展开了自己理念下的“考验”。

上图为18650电池模组

不过问题在“考验”的不久就爆发出来,由于18650电池对电池极片的焊接工艺有着较高的要求,国内某18650电池在测试中并不能满足前途的技术指标,电池极片焊接部位所产生的高温对电芯正负极片将产生热冲击,会造成不可逆的损伤。通过激光焊接并联之后的18650电池性状发生了极大的改变,甚至电池工作时的内阻使单体电池之间的温差达到了10摄氏度以上,而前途的要求则是在5摄氏度左右。

上图为燃烧事故后的18650电池模组

不仅如此,18650电池在“被动性安全”方面,如交通事故撞击等外力损伤下,也是18650电池的致命缺陷。试验结果显示,当18650电池单体受到外力侵害之后,会发生“热失控”,电池内部的温度迅速升高至1000摄氏度以上。极高的温度会导致任何物体击穿和融化,并会迅速热传导到其它电池单体引发更大规模的连锁反应,如此的后果体现在不仅金属、塑料被摧毁,甚至包括乘员。而高于行业标准的40G撞击试验,也使18650电池的内部结构发生严重损坏。基于以上严苛的考验,18650电池不高的主、被动安全性,让前途汽车放弃了对此种电池的使用。

上图为 前途K50超级电动汽车适配的软包电芯细节特写

在此之后,前途汽车将动力电池的研究聚焦到了软包电池,当然,大量严苛的试验是一切的前提。试验结果显示,软包电池在“热失控”的压力释放方面相比方壳和18650电池单体更具优势,并开创性的引入了标准箱体概念。

黄色箭头:标准电池模组(箱体)未加装上壳体的状态

黑色箭头:标准电池模组(箱体)链接上下壳体的铝扣

绿色箭头:工业级密封胶

红色箭头:标准电池模组(箱体)的悬置机构(唯一的螺栓固定组件)

笔者需要多说一句的是,前途汽车标准箱体软包电池的开创,设计初衷就是在电池组被动安全方面的撞击发生后,动力电池的“热失控”可以被控制在单个标准箱体之中,不会像18650电池那样引发其它电池的热失控连锁反应。没有了扩大影响面的“害群之马”,司乘人员的自救和对司乘人员的施救时间更加有保证,并将损失尽可能的控制在有限的范围内。更重要的是,标准箱体的耐热材料温度被设定在了1000摄氏度以上,在寻找和筛选合适的耐热材料就花费了前途汽车近半年的时间。

动力电池安全与司乘人员安全处同等地位,体现更高阶安全观

上图为前途K50全铝车身架构、前后独立悬架、双驱动电机、中后置的“T”型电池组件

当然,动力电池组的安全性取得了阶段性的研究成果,但对于一辆新能源车来讲,仅仅靠电池组的安全来保证整车的安全性也是不够的,它需要建立在合理的整车设计、整车优化的基础之上,才能将车辆的安全性最大限度的体现。

按照传统车企的思维,或者说内燃机动力的汽车产品开发理念,一辆整车的安全性主要围绕车内乘员开发,也就是所有车辆的组成部分在碰撞发生时的优先级均低于乘员,比如车身结构的变形吸能、动力总成的下沉、转向柱的溃缩,这样的理念对于内燃机汽车来讲完全正确。但依照这一理念开发电动汽车,似乎有些不够因地制宜,因此前途汽车打出了将电池安全与司乘人员安全处于相同地位的开发理念。

展开来讲,前途K50在保持了传统汽车安全理念的基础之上,将电池的安全性放在了同等的重量级,尽管前途的软包标准箱体具备了足够的安全性,但也是基于碰撞后的被动安全而言,而更高阶的往往是防患于未然。因此,尽管前途K50这款车在碰撞发生时,依然具备溃缩吸能的车体结构,但能够引起安全隐患的动力电池、电路切开控制器、执行器等控制单元的布置位置,均远离了有可能发生形变的溃缩区,防止因形变而对电池组等部件造成冲击。而这样一来,主要部件的安装位置则需要进一步的考量,考验了前途的研发和对整车的结构优化能力,更是对整车安全更高阶的思考。

笔者有话说:

作为长期扎根新能源领域的从业者,电池安全性永远被笔者视作重中之重。不过令人欣慰的是,前途汽车所使用的开创性软包电池模组首先保证了电池的主、被动安全,而基于整车架构的对电池安全的考量,是在电池组自身安全性之上的更深次思考,这不仅是一家新能源车企想要走的远的前提,更是走的稳的关键因素。

相比特斯拉对安全的漠视,前途汽车对于安全性的考虑让人感动,笔者再次引用前途汽车企业负责人的观点作为结尾——“揣在口袋里的手机电池安全问题或许是个人问题,而新能源汽车的动力电池安全问题却是社会问题”。

文/新能源情报分析网宋楠

本内容来自汽车之家创作者,不代表汽车之家的观点和立场。
车系: 前途K50
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