就此走下神壇？解析TESLA電池安全技術(shù)

1 電池結(jié)構(gòu)及控制

“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(chǎn)的TESLA電動車累積的行駛里程已經(jīng)超過了1.81億公里，TESLA似乎用這樣的方式證明了產(chǎn)品的可靠性。這就好像當(dāng)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(dāng)然，在技術(shù)上，馬斯克也的確給了很多讓我們相信他的理由。

電池總成結(jié)構(gòu)

既然是電池惹的禍，那我們就先來了解下有關(guān)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(jù)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(shù)碼設(shè)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(shù)更為成熟，比能量（參與電極反應(yīng)的單位質(zhì)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(xiàn)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(jié)電池組合在一起的方式雖然被行業(yè)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(fù)雜些的算術(shù)題。

18650電池的穩(wěn)定性

雖然18650鈷酸鋰電池是滿足較高續(xù)航行駛里程的關(guān)鍵，但它在高溫狀態(tài)下的穩(wěn)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(shù)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(chǎn)品所使用的電池發(fā)生爆炸采取了召回行動。不過，現(xiàn)在的18650電池已經(jīng)可以在技術(shù)上避免自燃或無故爆炸的情況出現(xiàn)。不過，在發(fā)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(huán)境的適應(yīng)能力也不是很穩(wěn)定，在低溫環(huán)境下，鈷酸鋰電池容易出現(xiàn)因過度放電導(dǎo)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。

2 車身結(jié)構(gòu)安全如何監(jiān)控電池包的狀態(tài)

電池包內(nèi)的保險裝置分布到每一節(jié)18650鈷酸鋰電池，每一節(jié)18650鈷酸鋰電池兩端均設(shè)有保險絲，當(dāng)電池出現(xiàn)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(xiàn)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(jié)構(gòu)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(jié)18650電池設(shè)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(fā)現(xiàn)某一單位內(nèi)部出現(xiàn)問題，保險裝置都會將其切斷與其它電池單元的聯(lián)系，從而避免殃及池魚的情況出現(xiàn)。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(nèi)部出現(xiàn)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(dāng)然，保險裝置是最后的一道屏障，當(dāng)它切斷的時候也就意味著某個電池單元出現(xiàn)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(jié)電池之間以并聯(lián)的方式連接，而電池磚之間和電池片之間分別以串聯(lián)的方式連接，也就是說，在實際用車過程中，當(dāng)某節(jié)電池出現(xiàn)問題時，車輛不會拋錨，受到影響的只是車輛的續(xù)航里程。

維持整個電池包的工作狀態(tài)以及監(jiān)控每個電池單元的系統(tǒng)對于TESLA電動車的性能是關(guān)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(nèi)部由含有若干18650鈷酸鋰電池的電池磚組成）里的電池監(jiān)控裝置（Battery System Monitor）來監(jiān)控電池片內(nèi)每一個電池磚的狀態(tài)，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(chǎn)生煙霧等。

電池的溫度是影響電池性能的一個關(guān)鍵因素，過高或過低都會使其工作狀態(tài)出現(xiàn)波動，進而影響到車輛的整體性能，所以，需要系統(tǒng)不斷地均衡每個電池的溫度。以上提到的這些有關(guān)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(shè)計。

車身結(jié)構(gòu)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(xié)會）進行了碰撞測試，最終拿到了五星的成績，這個結(jié)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(tài)還是值得稱道的。下面我們通過當(dāng)時碰撞的情況來看看這款車在被動安全方面表現(xiàn)如何。

NHTSA的碰撞測試包括100%正面碰撞、27°角側(cè)面碰撞、75°角側(cè)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(guī)則對比》

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(tài)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(xiàn)大幅度抬起的情況，這與整個車身的重量分布有關(guān)，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(tǒng)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(fā)動機艙”內(nèi)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(jié)構(gòu)，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(cè)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(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)在抵御碰撞力量的同時，可以在結(jié)構(gòu)的引導(dǎo)下逐漸吸收碰撞能量，該結(jié)構(gòu)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(yōu)異。

考慮到后排設(shè)有第三排座椅，在后部防撞結(jié)構(gòu)的設(shè)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(fā)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(shù)和車身被動安全方面的介紹，那MODEL S為什么還會出現(xiàn)碰撞后起火的情況呢？事發(fā)的一段時間后，埃隆?馬斯克發(fā)布了相關(guān)的聲明，聲明中說到，這次高速事故引發(fā)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(fēng)孔開始向外釋放熱量并導(dǎo)致起火，而當(dāng)消防員趕來時采取了傳統(tǒng)的滅火方式，進而導(dǎo)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(nèi)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(tǒng)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(jié)：

因為碰撞起火的事故讓今年股價已翻4倍的TESLA股票在當(dāng)日的跌幅達到8.92%，的確，相比于傳統(tǒng)汽車起火，電動車起火確實比較敏感，此前，比亞迪也曾經(jīng)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(tǒng)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(dāng)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(yīng)該算是個真正的開始，接下來，除了繼續(xù)打造用戶體驗外，電池的升級也是產(chǎn)品發(fā)展的關(guān)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(shù)原因，超級電容還無法全面滿足電動車的需求。總而言之，在安全方面，電動車的制造廠商每一步都會走得很小心。