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，更關鍵的“導火索”是車企對動力電池技術的策略選擇。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。
特斯拉Model S
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”，但是距離技術成熟還需要時間，目前也不足以“改變特斯拉的戰(zhàn)略”。
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。
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域交付數(shù)量多，而且對于電池技術方案的選擇策略也很激進。
激進的電池技術策略是否靠得注？
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?
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。設計方案包括表面連接匯流結構優(yōu)化散熱、下表面流道散熱設計、電芯連接間隔面的隔熱處理、以及電池包側面布置半導體加熱片的低溫加熱算法設計。這一系列設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？”
馬斯克在社交媒體上的回應
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，無論是技術積淀還是資金積累都有限，只能在各種領域新技術探索中賭一條最優(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)等方面的安全設計和測試驗證。
未來電池技術路線改如何選？
特斯拉目前在電池領域總共擁有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，中國動力電池的領頭企業(yè)——比亞迪和寧德時代，也在固態(tài)電池領域進行了布局。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。
