鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1947次 | 2019年04月29日
高能量密度的電池確實(shí)存在熱失控的風(fēng)險(xiǎn)
4月21日晚，上海某小區(qū)一輛ModelS發(fā)生燃燒，幸運(yùn)的是此次事故沒(méi)有造成人員傷亡，但是大火拉上了旁邊的奧迪和雷克薩斯“陪葬”，小區(qū)高層住戶也被疏散。事發(fā)時(shí)間約為21日晚8時(shí)15分左右。而根據(jù)車(chē)主董先生對(duì)記者的講述，事發(fā)時(shí)間距離他停車(chē)入庫(kù)的時(shí)間，不過(guò)半小時(shí)左右。實(shí)際上，這已經(jīng)不是特斯拉第一次發(fā)生自燃。2018年，重慶某小區(qū)地下車(chē)庫(kù)中，一輛特斯拉ModelS在未充電、未被碰撞的情況下發(fā)生自燃，被物業(yè)及時(shí)撲滅；2019年3月，一輛特斯拉在廣州某小區(qū)地下停車(chē)場(chǎng)發(fā)生燃燒事故。發(fā)生自燃的還不止特斯拉一家。2018年8月，成都一輛威馬EX5在威馬汽車(chē)研究院園區(qū)內(nèi)發(fā)生自燃；9月，合肥一輛奔馳電動(dòng)汽車(chē)起火；10月，北京海淀區(qū)一輛長(zhǎng)安奔奔EV起火。
對(duì)此許多媒體進(jìn)行了集中報(bào)道，不過(guò)看起來(lái)引發(fā)了特斯拉CEO的不滿。4月24日，特斯拉CEO埃隆馬斯克突然在推特連發(fā)4條推文吐槽媒體集中報(bào)道特斯拉自燃一事。他表示：“每年有超過(guò)100萬(wàn)臺(tái)汽油車(chē)汽車(chē)發(fā)生火災(zāi)，導(dǎo)致數(shù)千人死亡，但沒(méi)有一場(chǎng)像特斯拉汽車(chē)起火一樣成為頭條，為什么（媒體）要搞雙重標(biāo)準(zhǔn)？這問(wèn)題太真實(shí)了?！彼€表示特斯拉起火的可能性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于汽油車(chē)：“現(xiàn)實(shí)是，特斯拉于大多數(shù)電動(dòng)車(chē)一樣，起火的可能性比內(nèi)燃機(jī)低了500%，這是因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)攜帶大量易燃燃料，為什么沒(méi)人提到這一點(diǎn)?！瘪R斯克忿忿不平地說(shuō)：“當(dāng)你讀到關(guān)于特斯拉的雙標(biāo)文章時(shí)，請(qǐng)先問(wèn)一句為什么。”目前上海自燃特斯拉起火原因正在調(diào)查中，有專(zhuān)家表示是電池短路所致，不過(guò)特斯拉中國(guó)否認(rèn)了這種說(shuō)法，稱(chēng)調(diào)查“未形成任何初步判定或結(jié)論”。
一個(gè)公認(rèn)的事實(shí)是，電池材料的能量密度越高，安全風(fēng)險(xiǎn)也就越高。但從消費(fèi)者層面來(lái)講，高能量密度代表著能夠?qū)崿F(xiàn)汽車(chē)的高續(xù)航能力。一般的鎘鎳電池為500mAh或600mAh，氫鎳電池也不過(guò)800-900mAh;而鋰離子手機(jī)電池的容量一般都在1300-1400mAh之間，所以鋰電池充足電后使用的時(shí)間約是氫鎳電池的1.5倍，是鎘鎳電池的3.0倍左右。特斯拉在電池設(shè)計(jì)、電芯上代表了比較高的水平，目前仍然出現(xiàn)了一些問(wèn)題，這意味著高能量密度的電池確實(shí)存在熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。
阿聯(lián)酋鋰電池公交車(chē)（荷蘭制造）
鋰離子電池雖然存在著一定的技術(shù)缺陷，但是以其特有的性能優(yōu)勢(shì)已在便攜式電器如手提電腦、攝像機(jī)、移動(dòng)通訊中得到普遍應(yīng)用。鋰電池廣泛應(yīng)用于水力、火力、風(fēng)力和太陽(yáng)能電站等儲(chǔ)能電源系統(tǒng)，郵電通訊的不間斷電源，以及電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)摩托車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)、特種裝備、特種航天等多個(gè)領(lǐng)域。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
2013年1月7日，一架日航從東京成田機(jī)場(chǎng)出發(fā)抵達(dá)波士頓洛根國(guó)際機(jī)場(chǎng)的波音787在波士頓洛根機(jī)場(chǎng)的停機(jī)坪上，機(jī)身后部的輔助動(dòng)力電池發(fā)生過(guò)熱，導(dǎo)致起火。機(jī)場(chǎng)消防隊(duì)花了一個(gè)多小時(shí)才撲滅火焰。事后檢查發(fā)現(xiàn)，不光電池和殼體嚴(yán)重?fù)p壞，泄漏的熔融電解質(zhì)和熾熱氣體使得半米以外的機(jī)體結(jié)構(gòu)也受到損壞。美國(guó)國(guó)家交通安全調(diào)查局（簡(jiǎn)稱(chēng)NTSB）的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，局部鋼結(jié)構(gòu)有氣化后冷凝的跡象，這說(shuō)明局部溫度有可能高達(dá)3000度。
9天之后的1月16日，另一架全日空的波音787從山口往東京成田機(jī)場(chǎng)飛行，起飛后不久即將達(dá)到巡航高度時(shí)，飛行員在駕駛艙內(nèi)聞到刺鼻的煙味，儀表板上警告燈也顯示電池故障。飛機(jī)立刻在高松機(jī)場(chǎng)緊急降落，所幸機(jī)上129名乘客和8名機(jī)組人員通過(guò)緊急出口和充氣滑梯安全逃生成功。事后檢查發(fā)現(xiàn)，前機(jī)身駕駛艙下電子艙里的主電池過(guò)熱燒毀，殼體嚴(yán)重?fù)p壞。
日航和全日空立刻宣布所有波音787停飛，F(xiàn)AA也隨即宣布所有美國(guó)注冊(cè)的波音787停飛，這是1979年后FAA首次下令特定的民航客機(jī)停飛。在日本和美國(guó)相繼停飛后，世界其他國(guó)家也迅速跟進(jìn)。至此，全球波音787全部就地停飛，被迫散布在9個(gè)國(guó)家17個(gè)機(jī)場(chǎng)，其中最多的是東京成田，這里有日航和全日空的11架波音787。波音787的后續(xù)交付也全部停止。
波音787是全新一代的客機(jī)，F(xiàn)AA宣布停飛的時(shí)候波音剛開(kāi)始交付才一年多。波音787代表了波音的未來(lái)，被譽(yù)為“夢(mèng)幻客機(jī)”。波音787采用了大量新技術(shù)，機(jī)體材料有50%為復(fù)合材料（相比之下，波音777只有12%）。作為中型客機(jī)，波音787載客可達(dá)240-300人，巡航速度0.85馬赫，航程則達(dá)驚人的14200-15200公里。波音聲稱(chēng)油耗降低20%，噪聲降低60%，70%為美國(guó)制造。由于波音的信譽(yù)和承諾，在波音787還沒(méi)有首飛的時(shí)候，就已經(jīng)接到超過(guò)800架的訂單。
787的鋰電池安裝位置
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱(chēng)電壓：28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
除了低油耗的先進(jìn)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)和復(fù)合材料機(jī)體、機(jī)翼，波音787還是第一架高度電氣化的客機(jī)，用電動(dòng)系統(tǒng)完成很多傳統(tǒng)上由液壓系統(tǒng)完成的動(dòng)作，并提供先進(jìn)的機(jī)上環(huán)境和娛樂(lè)系統(tǒng)，改善旅客的體驗(yàn)。比如說(shuō)，波音787的機(jī)窗不再使用傳統(tǒng)的塑料拉板，而是使用電控改變透明度的液晶，用開(kāi)關(guān)控制“開(kāi)窗/關(guān)窗”。雖然高度電氣化使得波音787上的用電量比傳統(tǒng)客機(jī)大為提高，但是這些并不是機(jī)上電池來(lái)供電的，因?yàn)轱w行中的用電是由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)提供的。機(jī)上電池只用于在地面和空中啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，或者在地面發(fā)動(dòng)機(jī)停車(chē)后提供地面輔助作業(yè)用電。換句話說(shuō)，這對(duì)飛行是死重。為了以最小的空間和重量實(shí)現(xiàn)最大的蓄電量和放電電流，波音選用了先進(jìn)的鋰電池，這可以節(jié)約電池重量的30%。實(shí)際上波音787有兩組鋰電池，一前一后，各重約28.5公斤，各含有8個(gè)4伏的電池芯，串列后達(dá)到32伏電壓，可提供75安培-小時(shí)的電力。而這兩次電池起火都不在電池放電工作期間，日航787是在停機(jī)坪上“無(wú)所事事”期間，全日空787是在空中飛行期間，這和特斯拉在上海的著火事件有異曲同工之處。
燒毀的787鋰電池
鋰電池容易起火，筆記本電腦甚至手機(jī)里鋰電池莫名其妙著火的事情多有發(fā)生。更有甚者，一架美國(guó)UPS的波音747-400F貨機(jī)在裝運(yùn)鋰電池時(shí)，貨艙起火，在迪拜墜機(jī)；另一架韓國(guó)韓亞特種的波音747-400F在太平洋上空也遇到同樣噩運(yùn)。兩次墜機(jī)前，機(jī)組在最后失去聯(lián)系之前都報(bào)告機(jī)艙里發(fā)生濃煙烈火。鋰的化學(xué)性質(zhì)比較暴烈，而且一旦起火很難撲滅。鋰電池在過(guò)度放電后，再次充電時(shí)會(huì)充不進(jìn)去，電能不能轉(zhuǎn)換為儲(chǔ)藏的電化學(xué)能，反而轉(zhuǎn)化為熱能，造成電池過(guò)熱。更糟糕的是，鋰過(guò)熱后有溫度飛升的問(wèn)題，也就是說(shuō)，一旦溫度達(dá)到一定程度，鋰會(huì)自身產(chǎn)生熱，導(dǎo)致溫度進(jìn)一步升高，直至起火。這個(gè)問(wèn)題對(duì)于鈷酸鋰類(lèi)型的鋰-離子電池尤其嚴(yán)重，因?yàn)閷?dǎo)致溫度飛升的臨界溫度較低。
波音采用的正是采用鈷酸鋰的鋰-離子電池，由日本GS-湯淺公司制造。應(yīng)該指出，在前述鋰電池起火導(dǎo)致貨機(jī)墜機(jī)的事件里，那是鋰-金屬電池。鋰-離子電池要安全一些，但依然有自身的安全問(wèn)題。鋰-離子電池為了提高效率，需要把電池芯緊密放置，這樣一旦起火，很容易蔓延，發(fā)生連鎖反應(yīng)。另外，長(zhǎng)期反復(fù)充放電后，金屬鋰會(huì)析出，成為細(xì)微的金屬顆粒，時(shí)間久了，可能促成電極之間的短路。更糟糕的是，即使不在充電中，鋰電池也有可能發(fā)生過(guò)熱，甚至起火，起火原因經(jīng)常不明。
波音787全面停飛后，波音緊急調(diào)集了300多工程師，分成10隊(duì)人馬，日夜奮戰(zhàn)，集中攻關(guān)，力求盡快解決電池問(wèn)題。三個(gè)月里，投入了20萬(wàn)小時(shí)的工作量。地面試驗(yàn)集中在6個(gè)星期里，累計(jì)60000小時(shí)。2月7日波音獲得FAA特批，用一架預(yù)定交付中國(guó)南航的波音787從得克薩斯飛往華盛頓州的艾弗賴(lài)特工廠，稍后在華盛頓州海岸外空載飛行，用于科研和試驗(yàn)飛行。3月13日（一說(shuō)22日），F(xiàn)AA批準(zhǔn)了波音的初步修改方案。4月5日，波音用預(yù)定交付波蘭LOT特種公司的第86架波音787驗(yàn)證最后修改方案，方案和試驗(yàn)結(jié)果得到FAA批準(zhǔn)，此后FAA批準(zhǔn)波音787復(fù)飛。
波音的修改方案為電池增加了很厚的保護(hù)外殼
波音的修改方案是多方面的。殼體得到極大的加強(qiáng)，增加隔離和耐熱能力。電池芯之間的空隙增加，并增加阻隔層，降低連鎖反應(yīng)的可能性。接線和安裝件加強(qiáng)防火能力，一旦發(fā)生火災(zāi)也不至于很快就被毀壞。充電系統(tǒng)進(jìn)一步精細(xì)化，精確控制充電電壓，防止過(guò)度充電。泄放管直接通向機(jī)外，不僅有效泄放有毒煙霧，還確保電解液受熱膨脹后不會(huì)溢出到其他部分，引起連鎖反應(yīng)，而是把熱源帶出機(jī)外。最重要的是，新的殼體不光隔熱，還阻絕空氣。在波音的試驗(yàn)中，電解液被有意釋放，殼體受到強(qiáng)烈加熱，但由于缺乏空氣，殼體內(nèi)無(wú)法引起燃燒和溫度飛升。即使在引入空氣后，由于空間有限，而且后續(xù)空氣無(wú)法進(jìn)入，燃燒也只持續(xù)了200毫秒就熄滅了。修改使得重量增加了60公斤，基本上抵消了鋰-離子電池相比于鎳鎘電池的重量?jī)?yōu)勢(shì)。
電池的制造商日本GS-湯淺在調(diào)查期間也備受壓力
波音787不僅是技術(shù)上的創(chuàng)新，還是生產(chǎn)管理上的創(chuàng)新。波音外包生產(chǎn)已經(jīng)有日子了，每年外包生產(chǎn)耗資280億美元，涉及全世界5400多個(gè)工廠，至少50萬(wàn)從業(yè)人員。電池風(fēng)波可能使波音破費(fèi)4-7億美元，但這對(duì)于波音的帳面來(lái)說(shuō)其實(shí)不是什么了不起的開(kāi)銷(xiāo)。問(wèn)題是波音787采用外包件的程度大大高于以往，比如鋰電池就是一級(jí)外包到法國(guó)泰利斯，二級(jí)外包才到日本GS-湯淺。大范圍、多層次外包導(dǎo)致質(zhì)量管理松弛，供應(yīng)鏈漫長(zhǎng)，技術(shù)改進(jìn)的反饋機(jī)制遲緩。質(zhì)量問(wèn)題還沒(méi)有從日航和全日空電池起火的原因中排除。換回鎳鎘電池可以避開(kāi)很多鋰電池的煩惱，但這不僅增加重量，還需要重新設(shè)計(jì)電池艙，以提供足夠的空間，這是不可忍受的大動(dòng)干戈。這樣的修改需要FAA重新認(rèn)證。鋰電池修改導(dǎo)致的重量增加必將影響耗油。
2013年4月25日，美國(guó)聯(lián)邦特種署（簡(jiǎn)稱(chēng)FAA）正式批準(zhǔn)了波音飛機(jī)公司關(guān)于波音787電池的修改方案，這為波音787重返藍(lán)天打開(kāi)了大門(mén)。波音公司已經(jīng)開(kāi)始對(duì)已經(jīng)交付和已經(jīng)下線但尚未交付的所有波音787進(jìn)行修改，并由FAA核實(shí)。以后交付的飛機(jī)將直接采用修改后的鋰電池。4月27日，埃塞俄比亞特種公司的一架波音787從首都亞的斯亞貝巴起飛，兩小時(shí)后安全抵達(dá)肯尼亞的內(nèi)羅畢，標(biāo)志著波音787恢復(fù)飛行，鋰電池風(fēng)波到此大體平息。當(dāng)然，這不是一般的日常航班飛行，機(jī)上大部分乘客是波音和埃塞俄比亞特種公司的高官，還有大批新聞?dòng)浾摺?/p>
在整個(gè)電池風(fēng)波里，空客一面警覺(jué)地注視事態(tài)發(fā)展，適時(shí)宣布改回鎳鎘電池，另一方面沒(méi)有推波助瀾，而是兔死狐悲地宣稱(chēng)“誰(shuí)都會(huì)出問(wèn)題，我們也不例外”。更重要的是，空客立刻贏得安全分，同時(shí)在鋰電池最終成熟的時(shí)候，已經(jīng)預(yù)留了換回來(lái)的空間和接口，到時(shí)候可以作為一個(gè)改進(jìn)用在新型號(hào)上，或者作為升級(jí)用在已經(jīng)交付的飛機(jī)上。
