特斯拉起火頻發(fā) 特斯拉電池策略真的可靠嗎？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-07-15 13:26
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特斯拉在上海車庫(kù)自燃的一把火，想不“火”都難。因?yàn)檫@次起火的特殊性在于“三合一”：車處于靜態(tài)非行駛狀態(tài)+非充電狀態(tài)+電池自燃，加上又有視頻監(jiān)控公開(kāi)，順便還點(diǎn)燃了旁邊的奧迪等小伙伴們。緊跟著還不到24小時(shí)，西安蔚來(lái)授權(quán)服務(wù)中心的蔚來(lái)ES8也自燃一把（官方解釋說(shuō)底盤撞擊導(dǎo)致電池包擠壓變形），相當(dāng)于又添了把柴火。
雖然特斯拉曾多次強(qiáng)調(diào)過(guò)自己獲得“雙五星”安全評(píng)級(jí)，但享受聚光燈的同時(shí)，特斯拉和馬斯克也要忍受被人們用放大鏡來(lái)觀察其錯(cuò)誤。畢竟新能源汽車還是新生事物，消費(fèi)者對(duì)電池特性、起火原因和后果都缺乏清晰認(rèn)知，也會(huì)有更多擔(dān)心。
上海車庫(kù)自燃事件是特斯拉命運(yùn)的一個(gè)縮影，雖然看上去是偶發(fā)的，但從墨菲定律來(lái)看——如果壞事情有可能發(fā)生，不管這種可能性有多小，它總會(huì)發(fā)生。當(dāng)然，大家知道讓墨菲定律成立的前提有兩個(gè)：1、大于零的概率；2、時(shí)間足夠長(zhǎng)。特斯拉不僅在純電動(dòng)領(lǐng)域交付數(shù)量多，而且對(duì)于電池技術(shù)方案的選擇策略也很激進(jìn)。
激進(jìn)的電池技術(shù)策略是否靠得注？
現(xiàn)在電動(dòng)車電池主流方案分為兩大陣營(yíng)，區(qū)分在于電池正極材料：一種是磷酸鐵鋰電池——能量密度有限、重量相對(duì)較高，但是具備價(jià)格更低、循環(huán)使用壽命更長(zhǎng)以及耐高溫更安全等特質(zhì)；另外一種是三元鋰電池，能量密度高且技術(shù)先進(jìn)，但是安全性方面不如磷酸鐵鋰穩(wěn)定。
如果說(shuō)磷酸鐵鋰電池像乖乖女，那三元鋰電池像辣妹：磷酸鐵鋰電池的儲(chǔ)能最高僅150Wh/kg，而特斯拉采用的18650三元鋰電池儲(chǔ)能密度達(dá)到了250Wh/kg，最新采用的21700電池則超過(guò)了300Wh/kg，兩者相差一倍之多。
由于磷酸鐵鋰電池的能量密度上限不高，制約了磷酸鐵鋰電池發(fā)展。在2016年之前，磷酸鐵鋰電池作為主要?jiǎng)恿﹄姵卣龢O材料，產(chǎn)量和產(chǎn)能都迅速擴(kuò)大，但在2016年之后，三元鋰電池取代了磷酸鐵鋰電池成為了動(dòng)力電池正極材料的主要發(fā)展方向。說(shuō)白了就是磷酸鐵鋰電池由于天花板不夠高過(guò)時(shí)了，三元鋰電池流行當(dāng)?shù)馈?/div>
特斯拉不僅是最早選用“辣妹”的企業(yè)，而且還是“穿著最大膽的辣妹”。為什么這么說(shuō)？三元鋰電池方案也被分為兩大流派。一是國(guó)內(nèi)常用的鎳鈷錳（NCM）：按照三者含量不同，NCM材料可分為NCM111、NCM523、NCM622、NCM811等，其中后面的數(shù)字代表的就是三者的比例，高鎳化能帶來(lái)更高的能量密度，也就越不穩(wěn)定。另外一大流派是特斯拉選用的鎳鈷鋁（NCA），常見(jiàn)的配比為8:1.5:0.5，已經(jīng)跟NCM體系中的高段位811有得一拼。
電池材料本身不夠穩(wěn)定，而且特斯拉又采用了大容量長(zhǎng)續(xù)航的方案，一輛車的電池包集成了7000-9000余節(jié)18650型或21700型號(hào)電芯，每組電芯都有2個(gè)正負(fù)極觸電，連接電芯的觸電就多達(dá)14000-18000余個(gè)，可見(jiàn)監(jiān)控難度之大。據(jù)公開(kāi)資料顯示，特斯拉采用的NCA三元鋰電池?zé)崾Э販囟炔怀^(guò)200度，再加上三元材料在達(dá)到一定溫度時(shí)，還會(huì)分解釋放出極其活潑的初生態(tài)氧，即使沒(méi)有外界氧氣供應(yīng)情況下，電池內(nèi)部同樣具備了燃燒三要素，這也是特斯拉起火后迅速蔓延而難以撲滅的原因所在。
雖然特斯拉在NCA選擇策略上是激進(jìn)的，但是到底整體電池方案是否安全，還需要考慮電池管理系統(tǒng)BMS（Battery Management System），如何避免電芯發(fā)熱甚至燃燒造成的事故呢？有兩點(diǎn)在電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)上需重點(diǎn)考慮：
1、要隔離開(kāi)發(fā)生熱失控的電芯。當(dāng)熱失控發(fā)生，如果能夠?qū)l(fā)生問(wèn)題的電芯或模組隔離開(kāi)，就能夠有效降低損失，避免自燃。設(shè)計(jì)方案包括表面連接匯流結(jié)構(gòu)優(yōu)化散熱、下表面流道散熱設(shè)計(jì)、電芯連接間隔面的隔熱處理、以及電池包側(cè)面布置半導(dǎo)體加熱片的低溫加熱算法設(shè)計(jì)。這一系列設(shè)計(jì)保證了整個(gè)電池包有較為均勻的熱狀態(tài)，降低了熱失控發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。
2、電池狀態(tài)的精確估計(jì)，有助于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池的充放電狀態(tài)，避免過(guò)充放造成的熱失控。通過(guò)狀態(tài)估計(jì)與電池內(nèi)短路模型的結(jié)合，可以有效識(shí)別是否發(fā)生了內(nèi)短路，進(jìn)而在熱濫用發(fā)生之初，就對(duì)系統(tǒng)發(fā)出警告。
說(shuō)實(shí)話，特斯拉在以上方面做過(guò)大量努力（擁有200多項(xiàng)相關(guān)專利），要說(shuō)整個(gè)電池系統(tǒng)是否比燃油車的更容易自燃呢？馬斯克的回應(yīng)是：“每年有超過(guò)百萬(wàn)起燃油車自燃事件和數(shù)千人死亡，但是只要一輛特斯拉自燃并且沒(méi)有人受傷，就會(huì)成為頭條。為什么要雙重標(biāo)準(zhǔn)呢？特斯拉和大多數(shù)電動(dòng)車一樣，自燃的可能性比燃油車低500%，為什么沒(méi)人提起？”
特斯拉事故被人們經(jīng)常放大，這是事實(shí)。特斯拉在汽車行業(yè)內(nèi)，一直是扮演著“小鋼炮”式的角色——擁有一技之長(zhǎng)，但整體素質(zhì)有待提高。馬斯克風(fēng)格激進(jìn)，敢于嘗試新技術(shù)新方法。同時(shí)也有被動(dòng)原因，在超百年積累的汽車行業(yè)，2012年才算量產(chǎn)交付的特斯拉確實(shí)手中牌不夠多，無(wú)論是技術(shù)積淀還是資金積累都有限，只能在各種領(lǐng)域新技術(shù)探索中賭一條最優(yōu)路線，迅速跑起來(lái)，不像其他汽車巨頭們擁有更多試錯(cuò)成本。
整體而言，新能源汽車的起火事件概率比發(fā)展了一百多年的油車概率要低，但接二連三的起火事故也說(shuō)明新能源汽車技術(shù)仍有瑕疵，電池安全性還需加強(qiáng)。雖然頂著續(xù)航里程焦慮的壓力，車企也不能把能量密度作為第一指標(biāo)，而是要繼續(xù)提高電芯、管理系統(tǒng)等方面的安全設(shè)計(jì)和測(cè)試驗(yàn)證。
特斯拉目前在電池領(lǐng)域總共擁有300件左右專利，但主要集中在電池系統(tǒng)、電池包和充電領(lǐng)域。而在材料方面專利較少，材料方面就賭NCA了，也沒(méi)有太大精力和資源投入到其他方向，比如未來(lái)可能普及的固態(tài)電池和燃料電池。
馬斯克曾表示固態(tài)電池“有一定前景”，不過(guò)距離技術(shù)成熟還需要時(shí)間，目前也不足以“改變特斯拉的戰(zhàn)略”。但是用更長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度去看，動(dòng)力電池對(duì)整車性能起著決定性的作用，在當(dāng)前三元鋰電池體系下，依靠高鎳三元正極、硅碳負(fù)極和電解液的組合將在3-5年內(nèi)達(dá)到性能極限（能量密度上限350Wh/kg），仍無(wú)法徹底滿足動(dòng)力電池對(duì)安全性、能量密度與成本的要求。
而固態(tài)電池除了在能量密度上具備優(yōu)勢(shì)（有望達(dá)500Wh/kg）之外，還更安全。全固態(tài)鋰電池基于固態(tài)材料不可燃、無(wú)腐蝕、不揮發(fā)、不存在漏液?jiǎn)栴}，所以在避免熱失控方面更有優(yōu)勢(shì)。豐田已經(jīng)在固態(tài)電池領(lǐng)域擁有大量專利（252件，占比 13%，全球第一），同時(shí)計(jì)劃在2030年前向電池領(lǐng)域投入研發(fā)資金130億美元，2022年推出搭載全固態(tài)電池的電動(dòng)車型，2025年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
同時(shí)，中國(guó)動(dòng)力電池的領(lǐng)頭企業(yè)——比亞迪和寧德時(shí)代，也在固態(tài)電池領(lǐng)域進(jìn)行了布局。比亞迪2016年確定固態(tài)電池為發(fā)展方向，已經(jīng)開(kāi)始小規(guī)模嘗試使用；2017年8月申請(qǐng)了一項(xiàng)全固態(tài)鋰離子電池正極材料發(fā)明專利，在未來(lái)10年、最快5年內(nèi)提供該類型產(chǎn)品。而寧德時(shí)代已經(jīng)設(shè)計(jì)制作了容量325mAh的聚合物電芯。
