就此走下神壇？解析TESLA電池安全技術

　　[汽車之家 技術]  “天啊，哥們兒，那是輛TESLA，坎兒新的�！�如果不是親眼所見，誰也不會相信那輛著火的是一輛TESLA MODEL S。在此之前，加上Roadster車型，量產的TESLA電動車累積的行駛里程已經超過了1.81億公里，TESLA似乎用這樣的方式證明了產品的可靠性。這就好像當年所有人都相信泰坦尼克號是一艘永不沉沒的游輪一樣。當然，在技術上，馬斯克也的確給了很多讓我們相信他的理由。

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電池總成結構

　　既然是電池惹的禍，那我們就先來了解下有關它的情況。眾所周知，TESLA電動車的電池采用了松下提供的NCA系列（鎳鈷鋁體系）18650鈷酸鋰電池，單顆電池容量為3100毫安時（mAh，一般我們在電瓶上看到的單位是“安時”，這主要是根據不同容量的電池來選擇不同的單位）。

　　這種電池我們并不陌生，像筆記本電腦等電子數碼設備使用的都是這種類型的電池，相比于其它電動車使用的電池類型，18650電池的技術更為成熟，比能量（參與電極反應的單位質量的電極材料放出電能的大�。┓矫嫠鼛缀跏橇姿徼F鋰電池（比亞迪e6）的兩倍，也就是說，在同等體積的情況下，18650電池組成的電池單元可以儲存更多的電能。這也是TESLA使用這種電池的其中一個原因。

　　盡管如此，把這種電池運用在電動車上還是有一定難度，比如，要想滿足一輛電動車的使用需求就需要使用很多個18650鋰電池，這就出現了一個要解決的問題，如何把它們組合在一起。

　　85kWh的MODEL S的電池單元一共運用了8142個18650鋰電池，工程師首先將這些電池以磚、片逐一平均分配最終組成一整個電池包，電池包位于車身底板。

　　將這幾千節電池組合在一起的方式雖然被行業認為是件不可思議的事，但對于TESLA的工程師來說，相比接下來要解決的問題，那不過是一個稍稍復雜些的算術題。

18650電池的穩定性

　　雖然18650鈷酸鋰電池是滿足較高續航行駛里程的關鍵，但它在高溫狀態下的穩定性相比鎳鈷錳酸鋰（NCM）和磷酸鐵鋰電池則要稍差些，因此，在安全性方面就需要技術的有力支撐。

　　暴烈的性格曾讓它也惹了不少麻煩，記得在幾年前，索尼公司就因旗下筆記本產品所使用的電池發生爆炸采取了召回行動。不過，現在的18650電池已經可以在技術上避免自燃或無故爆炸的情況出現。不過，在發生強烈的撞擊后，這種電池還是存在著很大的爆炸可能，另外，對于低溫環境的適應能力也不是很穩定，在低溫環境下，鈷酸鋰電池容易出現因過度放電導致過熱的情況。這樣看來，如何管理這些電池就成了十分重要的事。

如何監控電池包的狀態

　　電池包內的保險裝置分布到每一節18650鈷酸鋰電池，每一節18650鈷酸鋰電池兩端均設有保險絲，當電池出現過熱或電流過大時，保險絲會切斷，以此避免因某個電池出現異常情況（過熱或電流過大）時影響到整個電池包。

　　我們在上面介紹電池包結構中提到了每個電池包由若干個電池片組成，一個電池片由若干個電池磚組成，而一個電池磚又有若干個18650鈷酸鋰電池組成，除了每節18650電池設有保險裝置外，每個電池片和每個電池磚也都有保險裝置，一旦發現某一單位內部出現問題，保險裝置都會將其切斷與其它電池單元的聯系，從而避免殃及池魚的情況出現。另外，每個電池片之間都有相對獨立的空間并由防火墻相隔，即便是單個電池片內部出現了起火的情況，火勢也可得到一定控制，不至于迅速蔓延至整個電池包。

　　當然，保險裝置是最后的一道屏障，當它切斷的時候也就意味著某個電池單元出現了問題，如果涉及到更換，整個電池包可以以“片”為單位進行更換。每節電池之間以并聯的方式連接，而電池磚之間和電池片之間分別以串聯的方式連接，也就是說，在實際用車過程中，當某節電池出現問題時，車輛不會拋錨，受到影響的只是車輛的續航里程。

　　維持整個電池包的工作狀態以及監控每個電池單元的系統對于TESLA電動車的性能是關鍵（在其它品牌電動車上，這同樣十分重要）。通過在每個電池片（內部由含有若干18650鈷酸鋰電池的電池磚組成）里的電池監控裝置（Battery System Monitor）來監控電池片內每一個電池磚的狀態，其中不僅是電流、電壓，它還能識別電池的工作溫度、各個電池磚的相對位置以及是否產生煙霧等。

　　電池的溫度是影響電池性能的一個關鍵因素，過高或過低都會使其工作狀態出現波動，進而影響到車輛的整體性能，所以，需要系統不斷地均衡每個電池的溫度。以上提到的這些有關安全和電池性能的保障都得益于這種電池分層管理模式的設計。

車身結構確保電池總成的安全

　　之前TESLA MODEL S在NHTSA（美國高速公路安全協會）進行了碰撞測試，最終拿到了五星的成績，這個結果讓埃隆•馬斯克有點自我膨脹，不管怎樣，MODEL S在各項碰撞測試中對假人的保護以及電池的狀態還是值得稱道的。下面我們通過當時碰撞的情況來看看這款車在被動安全方面表現如何。

　　NHTSA的碰撞測試包括100%正面碰撞、27°角側面碰撞、75°角側面柱碰和翻滾碰撞、車頂強度這幾項碰撞測試，如果你想詳細了解詳細的NHTSA碰撞測試方式可以看看我們之前制作的那篇文章。《測試項目不夠全面 中美歐碰撞規則對比》

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　　在100%正面碰撞測試中，MODEL S以56km/h的速度撞向剛性壁障，從碰撞過程中的車身姿態來看，相比我們在C-NCAP碰撞測試時看到的情況有所不同，MODEL S的車尾并沒有出現大幅度抬起的情況，這與整個車身的重量分布有關，MODEL S的電池分布在車底，電機位于后車橋，而車頭前部又不像傳統汽車那樣裝有動力總成，所以，整車的重量基本都集中在車輛底部和尾部并且重心較低，這樣，在這項碰撞測試中，車身的幅動相對較小。

　　由于“發動機艙”內不需要安裝動力總成，這樣，就能有足夠的空間來布置用于提高車身強度的結構，在這樣的碰撞情況下，很難傷及位于乘員艙下方的電池組。

　　相比之下，來自側面的碰撞對電池的安全性能威脅更大，因此，通過高強度的材料避免碰撞時電池組受到過度擠壓是十分重要的，上面我們提到18650鈷酸鋰電池在碰撞時確實存在爆炸的可能。不過，一味的提高強度對于乘員而言可不是一件好事，我們在之前分析碰撞測試時提到的吸能緩沖理念在這里同樣受用。又要避免電池組受到擠壓，又要保護乘員，這樣的難度可想而知。

　　通過一份材料我們看到，MODEL S的門檻梁部分采用了一種由鋁制部件組成的多層結構，這樣的結構在抵御碰撞力量的同時，可以在結構的引導下逐漸吸收碰撞能量，該結構理念源自阿波羅飛船在登陸月球時所使用的著陸器。不知道這是不是一門心思想在火星退休的埃隆•馬斯克想出的點子。從這份報告來看，在柱碰測試中，對于乘員艙的保護，MODEL S（駕駛艙保留了63.5%）比沃爾沃V60（駕駛艙保留7.8%）還要優異。

　　考慮到后排設有第三排座椅，在后部防撞結構的設計方面，MODEL S在車尾裝配兩根防撞梁，以此降低在后部碰撞發生時第三排乘客受傷的可能。

為什么還是著火了？

　　在看過了包括電池安全技術和車身被動安全方面的介紹，那MODEL S為什么還會出現碰撞后起火的情況呢？事發的一段時間后，埃隆•馬斯克發布了相關的聲明，聲明中說到，這次高速事故引發的車輛起火是因車輛底部的電池保護罩被硬物刺穿，強烈的撞擊使得刺穿的峰值力超過25噸并把6.35毫米的車底護板打了一個直徑76.2毫米的洞。

　　隨即，電池總成前部的通風孔開始向外釋放熱量并導致起火，而當消防員趕來時采取了傳統的滅火方式，進而導致起火面積變大，后來使用干粉滅火器才將火勢控制。由于電池總成內部為每個電池模塊都建立了單獨的防火墻，因此，火勢沒有蔓延至其他地方。報警系統也及時通過各種聲音和圖示警告駕駛員盡快離開車輛，最終，駕駛員免于受傷。

編輯總結：

　　因為碰撞起火的事故讓今年股價已翻4倍的TESLA股票在當日的跌幅達到8.92%，的確，相比于傳統汽車起火，電動車起火確實比較敏感，此前，比亞迪也曾經歷過類似的事件。這兩件事放在一起來看都屬于意外，一個是被金屬刺穿車底，一個是被高速行駛的跑車攔腰撞擊，這樣的極端情況下即便是傳統汽車也不能排除起火的可能。

　　不可否認，馬斯克將電動車推向了一個新的高度，在一定程度上，他用個人的色彩渲染了TESLA品牌，當然，對于TESLA品牌而言這只是一方面，更重要的是它向我們詮釋了未來的交通工具的樣子。MODEL S應該算是個真正的開始，接下來，除了繼續打造用戶體驗外，電池的升級也是產品發展的關鍵，在馬斯克眼中，只有超級電容才能為其所用（充放電速度快），但由于技術原因，超級電容還無法全面滿足電動車的需求�？偠�言之，在安全方面，電動車的制造廠商每一步都會走得很小心。（文/汽車之家 李博旭）

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　　鋼鐵俠的偶像 技術狂人埃隆•馬斯克
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