1月1号,一辆特斯拉Model S电动车在挪威一家特斯拉超级充电站(Supercharge)充电过程中起火。起火之前车主去旁边的便利店打发时间,没过几分钟汽车就起火了。好在没有人受伤。目前特斯拉正在进行全面调查。
看起来每次特斯拉电动车起火都会制造新闻(别的汽车厂家绝对没有这种待遇)。我们来数一下:在西雅图附近一辆Model S撞上路上的一个金属块后起火;墨西哥撞车事故;田纳西撞车事故;加州充电桩事故;多伦多自燃事故和这次超级充电站事故。尽管如此,电动车在一些指标上看起来还是比传统汽车安全,比如每10亿英里的起火事故数量。
特斯拉之所以如此引人关注,一方面是因为它可以代表快速发展的电动车技术。电动车新就新在用电池驱动。
锂离子电池里面有不少化学物质。其中包括下面两类:一是有机溶剂,也可以称为燃料;二是处于充电状态的正极材料,它可以作为氧化剂,也就是燃料燃烧需要的氧化剂。现在我们能看出来了,这里有燃料,还有氧化剂。所以一旦有足够的热量,电池可能起火。
大家先别太担心。不管怎么说,锂离子电池在我们的日常生活中已经用了25年。绝大多数人已经离不开电池了,比如说手机、笔记本电脑、平板电脑等等。我们只是需要让电池在正常条件下工作。
在滥用情况下,比如冲压、穿刺、短路、过放、过充和高温等,电池会发生短路并产生大量热量。极端一点,电池温度会开始不可控的上升,发生热失控。
还有一点:电池内部可能存在锂枝晶生长。
电池行业追求高能量密度,这样电动车可以跑得更远。(我们主页上有一些电池比能量的数据)厂家一个可以使用的方法是往电池里加入尽量多的电极活性材料。这样做的结果是,负极开始难以消火从正极过来的锂离子,尤其是在快速充电的情况下。这些过剩的锂离子开始在负极表面形成枝晶。枝晶可以生长到正极一侧,引起电池内部短路,产生热量。
特斯拉超级充电站可以用40分钟把一个85千瓦时(度电)的电池包从10%充到80%。单从时间上来看,40分钟并不快。日产聆风(LEAF)可以用30分钟充到80%;微宏电池可以在15分钟内满充(我们主页上有一些快速充电的数据)。不过从功率和能量上讲,超级充电器相当厉害了。120千瓦去充85千瓦时的电池包。这么大瓦数单算电路电池内阻发热这块就不小了。(当然,电动车一般都装有冷却系统。)在电路发热的基础上,如果电池包内部的单体电池处在滥用条件下并且产生足够多的热量,加上电池内部的燃料和氧化剂,热失控是可能发生的。
所以,我们可以想象,电池管理系统是电动车一个核心的关键技术。它要控制数百甚至几千只单体电池在正常条件下运行,而每个单体电池都存在细微的差异。而且,电池管理系统要控制的是能量很高的电池包,单说存储的电能就是手机电池的成百上千倍。
目前为止电动汽车技术做得很可以。日产聆风和特斯拉Model S在2015年6月都超过了10亿英里的累积驾驶里程。