鉅大LARGE | 點擊量：561次 | 2019年05月17日
起火頻發(fā) 特斯拉電池策略靠譜么
電車之“火”已有燎原之勢，近日來特斯拉、蔚來、榮威和比亞迪等接二連三的起火事件，正在震動整個新能源汽車行業(yè)。這場引發(fā)用戶對新能源汽車信任危機的事故背后，不僅僅是表面起火那么簡單，更關(guān)鍵的“導火索”是車企對動力電池技術(shù)的策略選擇。我們就以特斯拉為樣本，來分析一下事故背后的深層次原因以及防范可能性。
60S快速了解核心論點：
1、此次特斯拉自燃事故主要問題在于電池的選擇。特斯拉選用的三元鋰電池，能量密度高且技術(shù)先進，但安全性爭議較大。
2、上海車庫自燃事件是特斯拉命運的一個縮影，這不僅僅是因為特斯拉在純電動車EV領(lǐng)域累計交付數(shù)量最多，更主要是特斯拉的激進策略。
3、盡管馬斯克曾表示固態(tài)電池“有一定前景”，但是距離技術(shù)成熟還需要時間，目前也不足以“改變特斯拉的戰(zhàn)略”。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
特斯拉起火事件回顧
特斯拉在上海車庫自燃的一把火，想不“火”都難。因為這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，順便還點燃了旁邊的奧迪等小伙伴們。緊跟著還不到24小時，西安蔚來授權(quán)服務中心的蔚來ES8也自燃一把（官方解釋說底盤撞擊導致電池包擠壓變形），相當于又添了把柴火。
雖然特斯拉曾多次強調(diào)過自己獲得“雙五星”安全評級，但享受聚光燈的同時，特斯拉和馬斯克也要忍受被人們用放大鏡來觀察其錯誤。畢竟新能源汽車還是新生事物，消費者對電池特性、起火原因和后果都缺乏清晰認知，也會有更多擔心。
從2012年起，特斯拉開始大規(guī)模交付，但是車輛自燃，更確切來說電池起火，早已經(jīng)不是新鮮事了，光是被公開報道出來的特斯拉電池起火就近50起。
特斯拉起火事件匯總
時間 車型 地點 事故
2013年10月Model S美國西雅圖底盤碰撞到金屬物體，電池起火
2013年10月Model S墨西哥高速行駛時撞混凝土墻和樹，電池起火
2013年11月Model S美國田納西州底盤碰撞到拖車掛鉤，電池起火
2013年11月Model S美國加州車庫充電時起火
2014年2月Model S加拿大多倫多在私人車庫起火
2016年1月Model S挪威在充電站充電時起火
2016年8月Model S法國試駕期間起火
2017年1月Model S中國合肥在地下車庫自燃
2017年3月Model S中國上海使用充電樁充電時起火
2017年4月Model S美國紐約行駛中突然起火
2017年12月Model S美國被拖到維修店之后起火
2018年6月Model S美國洛杉磯行駛中突然起火
2018年12月Model S美國加州行駛中突然起火
2019年1月Model S中國重慶在地下車庫突然起火
2019年2月Model X美國匹茲堡在車庫突然起火
2019年3月Model S中國上海在超充站充電時起火
2019年3月Model S中國廣州在小區(qū)地下停車場自燃
2019年4月21日Model S中國上海在小區(qū)地下停車場自燃
2019年5月3日Model S美國舊金山在私人車庫自燃
以上事故列表排除了一些人為超速或酒駕撞車造成的自燃事故，比較令人慶幸的是，主責為特斯拉公司的自燃事件，還沒有造成重大人員死亡事故，否則那更是大新聞了。
然而，本文想探討的不僅僅是這件事本身。上海車庫自燃事件是特斯拉命運的一個縮影，雖然看上去是偶發(fā)的，但從墨菲定律來看——如果壞事情有可能發(fā)生，不管這種可能性有多小，它總會發(fā)生。當然，大家知道讓墨菲定律成立的前提有兩個：1、大于零的概率；2、時間足夠長。特斯拉不僅在純電動領(lǐng)域交付數(shù)量多，而且對于電池技術(shù)方案的選擇策略也很激進。
激進的電池技術(shù)策略是否靠得注？
現(xiàn)在電動車電池主流方案分為兩大陣營，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、重量相對較高，但是具備價格更低、循環(huán)使用壽命更長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，但是安全性方面不如磷酸鐵鋰穩(wěn)定。
如果說磷酸鐵鋰電池像乖乖女，那三元鋰電池像辣妹：磷酸鐵鋰電池的儲能最高僅150Wh/kg，而特斯拉采用的18650三元鋰電池儲能密度達到了250Wh/kg，最新采用的21700電池則超過了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動力電池正極材料，產(chǎn)量和產(chǎn)能都迅速擴大，但在2016年之后，三元鋰電池取代了磷酸鐵鋰電池成為了動力電池正極材料的主要發(fā)展方向。說白了就是磷酸鐵鋰電池由于天花板不夠高過時了，三元鋰電池流行當?shù)馈?/p>
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？三元鋰電池方案也被分為兩大流派。一是國內(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型號電芯，每組電芯都有2個正負極觸電，連接電芯的觸電就多達14000-18000余個，可見監(jiān)控難度之大。據(jù)公開資料顯示，特斯拉采用的NCA三元鋰電池熱失控溫度不超過200度，再加上三元材料在達到一定溫度時，還會分解釋放出極其活潑的初生態(tài)氧，即使沒有外界氧氣供應情況下，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？有兩點在電池管理系統(tǒng)設(shè)計上需重點考慮：
1、要隔離開發(fā)生熱失控的電芯。當熱失控發(fā)生，如果能夠?qū)l(fā)生問題的電芯或模組隔離開，就能夠有效降低損失，避免自燃。設(shè)計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、電芯連接間隔面的隔熱處理、以及電池包側(cè)面布置半導體加熱片的低溫加熱算法設(shè)計。這一系列設(shè)計保證了整個電池包有較為均勻的熱狀態(tài)，降低了熱失控發(fā)生的風險。
2、電池狀態(tài)的精確估計，有助于實時監(jiān)測電池的充放電狀態(tài)，避免過充放造成的熱失控。通過狀態(tài)估計與電池內(nèi)短路模型的結(jié)合，可以有效識別是否發(fā)生了內(nèi)短路，進而在熱濫用發(fā)生之初，就對系統(tǒng)發(fā)出警告。
說實話，特斯拉在以上方面做過大量努力（擁有200多項相關(guān)專利），要說整個電池系統(tǒng)是否比燃油車的更容易自燃呢？馬斯克的回應是：“每年有超過百萬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有人受傷，就會成為頭條。為什么要雙重標準呢？特斯拉和大多數(shù)電動車一樣，自燃的可能性比燃油車低500%，為什么沒人提起？”
特斯拉事故被人們經(jīng)常放大，這是事實。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，但整體素質(zhì)有待提高。馬斯克風格激進，敢于嘗試新技術(shù)新方法。同時也有被動原因，在超百年積累的汽車行業(yè)，2012年才算量產(chǎn)交付的特斯拉確實手中牌不夠多，無論是技術(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，不像其他汽車巨頭們擁有更多試錯成本。
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明新能源汽車技術(shù)仍有瑕疵，電池安全性還需加強。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，而是要繼續(xù)提高電芯、管理系統(tǒng)等方面的安全設(shè)計和測試驗證。
未來電池技術(shù)路線改如何選？
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，也沒有太大精力和資源投入到其他方向，比如未來可能普及的固態(tài)電池和燃料電池。
馬斯克曾表示固態(tài)電池“有一定前景”，不過距離技術(shù)成熟還需要時間，目前也不足以“改變特斯拉的戰(zhàn)略”。但是用更長遠的角度去看，動力電池對整車性能起著決定性的作用，在當前三元鋰電池體系下，依靠高鎳三元正極、硅碳負極和電解液的組合將在3-5年內(nèi)達到性能極限（能量密度上限350Wh/kg），仍無法徹底滿足動力電池對安全性、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（有望達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、無腐蝕、不揮發(fā)、不存在漏液問題，所以在避免熱失控方面更有優(yōu)勢。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），同時計劃在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)電池的電動車型，2025年實現(xiàn)量產(chǎn)。
同時，中國動力電池的領(lǐng)頭企業(yè)——比亞迪和寧德時代，也在固態(tài)電池領(lǐng)域進行了布局。比亞迪2016年確定固態(tài)電池為發(fā)展方向，已經(jīng)開始小規(guī)模嘗試使用；2017年8月申請了一項全固態(tài)鋰離子電池正極材料發(fā)明專利，在未來10年、最快5年內(nèi)提供該類型產(chǎn)品。而寧德時代已經(jīng)設(shè)計制作了容量325mAh的聚合物電芯。
所以，行業(yè)內(nèi)的汽車公司們，到底是蒙眼跟著特斯拉專注三元鋰電池路線，3-5年達到性能極限，還是早點跟隨豐田重點研究新型電池材料——固態(tài)電池，甚至是更激進的燃料電池？這不僅僅是選擇問題，更是生存問題。
