钜大LARGE | 点击量：1910次 | 2019年04月29日
高能量密度的电池确实存在热失控的风险
4月21日晚，上海某小区一辆ModelS发生燃烧，幸运的是此次事故没有造成人员伤亡，但是大火拉上了旁边的奥迪和雷克萨斯“陪葬”，小区高层住户也被疏散。事发时间约为21日晚8时15分左右。而根据车主董先生对记者的讲述，事发时间距离他停车入库的时间，不过半小时左右。实际上，这已经不是特斯拉第一次发生自燃。2018年，重庆某小区地下车库中，一辆特斯拉ModelS在未充电、未被碰撞的情况下发生自燃，被物业及时扑灭；2019年3月，一辆特斯拉在广州某小区地下停车场发生燃烧事故。发生自燃的还不止特斯拉一家。2018年8月，成都一辆威马EX5在威马汽车研究院园区内发生自燃；9月，合肥一辆奔驰电动汽车起火；10月，北京海淀区一辆长安奔奔EV起火。
对此许多媒体进行了集中报道，不过看起来引发了特斯拉CEO的不满。4月24日，特斯拉CEO埃隆马斯克突然在推特连发4条推文吐槽媒体集中报道特斯拉自燃一事。他表示：“每年有超过100万台汽油车汽车发生火灾，导致数千人死亡，但没有一场像特斯拉汽车起火一样成为头条，为什么（媒体）要搞双重标准？这问题太真实了。”他还表示特斯拉起火的可能性要远远低于汽油车：“现实是，特斯拉于大多数电动车一样，起火的可能性比内燃机低了500%，这是因为内燃机携带大量易燃燃料，为什么没人提到这一点。”马斯克忿忿不平地说：“当你读到关于特斯拉的双标文章时，请先问一句为什么。”目前上海自燃特斯拉起火原因正在调查中，有专家表示是电池短路所致，不过特斯拉中国否认了这种说法，称调查“未形成任何初步判定或结论”。
一个公认的事实是，电池材料的能量密度越高，安全风险也就越高。但从消费者层面来讲，高能量密度代表着能够实现汽车的高续航能力。一般的镉镍电池为500mAh或600mAh，氢镍电池也不过800-900mAh;而锂离子手机电池的容量一般都在1300-1400mAh之间，所以锂电池充足电后使用的时间约是氢镍电池的1.5倍，是镉镍电池的3.0倍左右。特斯拉在电池设计、电芯上代表了比较高的水平，目前仍然出现了一些问题，这意味着高能量密度的电池确实存在热失控的风险。
阿联酋锂电池公交车（荷兰制造）
锂离子电池虽然存在着一定的技术缺陷，但是以其特有的性能优势已在便携式电器如手提电脑、摄像机、移动通讯中得到普遍应用。锂电池广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，邮电通讯的不间断电源，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、特种装备、特种航天等多个领域。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
2013年1月7日，一架日航从东京成田机场出发抵达波士顿洛根国际机场的波音787在波士顿洛根机场的停机坪上，机身后部的辅助动力电池发生过热，导致起火。机场消防队花了一个多小时才扑灭火焰。事后检查发现，不光电池和壳体严重损坏，泄漏的熔融电解质和炽热气体使得半米以外的机体结构也受到损坏。美国国家交通安全调查局（简称NTSB）的调查发现，局部钢结构有气化后冷凝的迹象，这说明局部温度有可能高达3000度。
9天之后的1月16日，另一架全日空的波音787从山口往东京成田机场飞行，起飞后不久即将达到巡航高度时，飞行员在驾驶舱内闻到刺鼻的烟味，仪表板上警告灯也显示电池故障。飞机立刻在高松机场紧急降落，所幸机上129名乘客和8名机组人员通过紧急出口和充气滑梯安全逃生成功。事后检查发现，前机身驾驶舱下电子舱里的主电池过热烧毁，壳体严重损坏。
日航和全日空立刻宣布所有波音787停飞，FAA也随即宣布所有美国注册的波音787停飞，这是1979年后FAA首次下令特定的民航客机停飞。在日本和美国相继停飞后，世界其他国家也迅速跟进。至此，全球波音787全部就地停飞，被迫散布在9个国家17个机场，其中最多的是东京成田，这里有日航和全日空的11架波音787。波音787的后续交付也全部停止。
波音787是全新一代的客机，FAA宣布停飞的时候波音刚开始交付才一年多。波音787代表了波音的未来，被誉为“梦幻客机”。波音787采用了大量新技术，机体材料有50%为复合材料（相比之下，波音777只有12%）。作为中型客机，波音787载客可达240-300人，巡航速度0.85马赫，航程则达惊人的14200-15200公里。波音声称油耗降低20%，噪声降低60%，70%为美国制造。由于波音的信誉和承诺，在波音787还没有首飞的时候，就已经接到超过800架的订单。
787的锂电池安装位置
除了低油耗的先进涡扇发动机和复合材料机体、机翼，波音787还是第一架高度电气化的客机，用电动系统完成很多传统上由液压系统完成的动作，并提供先进的机上环境和娱乐系统，改善旅客的体验。比如说，波音787的机窗不再使用传统的塑料拉板，而是使用电控改变透明度的液晶，用开关控制“开窗/关窗”。虽然高度电气化使得波音787上的用电量比传统客机大为提高，但是这些并不是机上电池来供电的，因为飞行中的用电是由发动机驱动的发电机提供的。机上电池只用于在地面和空中启动发动机，或者在地面发动机停车后提供地面辅助作业用电。换句话说，这对飞行是死重。为了以最小的空间和重量实现最大的蓄电量和放电电流，波音选用了先进的锂电池，这可以节约电池重量的30%。实际上波音787有两组锂电池，一前一后，各重约28.5公斤，各含有8个4伏的电池芯，串列后达到32伏电压，可提供75安培-小时的电力。而这两次电池起火都不在电池放电工作期间，日航787是在停机坪上“无所事事”期间，全日空787是在空中飞行期间，这和特斯拉在上海的着火事件有异曲同工之处。
烧毁的787锂电池
锂电池容易起火，笔记本电脑甚至手机里锂电池莫名其妙着火的事情多有发生。更有甚者，一架美国UPS的波音747-400F货机在装运锂电池时，货舱起火，在迪拜坠机；另一架韩国韩亚特种的波音747-400F在太平洋上空也遇到同样噩运。两次坠机前，机组在最后失去联系之前都报告机舱里发生浓烟烈火。锂的化学性质比较暴烈，而且一旦起火很难扑灭。锂电池在过度放电后，再次充电时会充不进去，电能不能转换为储藏的电化学能，反而转化为热能，造成电池过热。更糟糕的是，锂过热后有温度飞升的问题，也就是说，一旦温度达到一定程度，锂会自身产生热，导致温度进一步升高，直至起火。这个问题对于钴酸锂类型的锂-离子电池尤其严重，因为导致温度飞升的临界温度较低。
波音采用的正是采用钴酸锂的锂-离子电池，由日本GS-汤浅公司制造。应该指出，在前述锂电池起火导致货机坠机的事件里，那是锂-金属电池。锂-离子电池要安全一些，但依然有自身的安全问题。锂-离子电池为了提高效率，需要把电池芯紧密放置，这样一旦起火，很容易蔓延，发生连锁反应。另外，长期反复充放电后，金属锂会析出，成为细微的金属颗粒，时间久了，可能促成电极之间的短路。更糟糕的是，即使不在充电中，锂电池也有可能发生过热，甚至起火，起火原因经常不明。
波音787全面停飞后，波音紧急调集了300多工程师，分成10队人马，日夜奋战，集中攻关，力求尽快解决电池问题。三个月里，投入了20万小时的工作量。地面试验集中在6个星期里，累计60000小时。2月7日波音获得FAA特批，用一架预定交付中国南航的波音787从得克萨斯飞往华盛顿州的艾弗赖特工厂，稍后在华盛顿州海岸外空载飞行，用于科研和试验飞行。3月13日（一说22日），FAA批准了波音的初步修改方案。4月5日，波音用预定交付波兰LOT特种公司的第86架波音787验证最后修改方案，方案和试验结果得到FAA批准，此后FAA批准波音787复飞。
波音的修改方案为电池增加了很厚的保护外壳
波音的修改方案是多方面的。壳体得到极大的加强，增加隔离和耐热能力。电池芯之间的空隙增加，并增加阻隔层，降低连锁反应的可能性。接线和安装件加强防火能力，一旦发生火灾也不至于很快就被毁坏。充电系统进一步精细化，精确控制充电电压，防止过度充电。泄放管直接通向机外，不仅有效泄放有毒烟雾，还确保电解液受热膨胀后不会溢出到其他部分，引起连锁反应，而是把热源带出机外。最重要的是，新的壳体不光隔热，还阻绝空气。在波音的试验中，电解液被有意释放，壳体受到强烈加热，但由于缺乏空气，壳体内无法引起燃烧和温度飞升。即使在引入空气后，由于空间有限，而且后续空气无法进入，燃烧也只持续了200毫秒就熄灭了。修改使得重量增加了60公斤，基本上抵消了锂-离子电池相比于镍镉电池的重量优势。
电池的制造商日本GS-汤浅在调查期间也备受压力
波音787不仅是技术上的创新，还是生产管理上的创新。波音外包生产已经有日子了，每年外包生产耗资280亿美元，涉及全世界5400多个工厂，至少50万从业人员。电池风波可能使波音破费4-7亿美元，但这对于波音的帐面来说其实不是什么了不起的开销。问题是波音787采用外包件的程度大大高于以往，比如锂电池就是一级外包到法国泰利斯，二级外包才到日本GS-汤浅。大范围、多层次外包导致质量管理松弛，供应链漫长，技术改进的反馈机制迟缓。质量问题还没有从日航和全日空电池起火的原因中排除。换回镍镉电池可以避开很多锂电池的烦恼，但这不仅增加重量，还需要重新设计电池舱，以提供足够的空间，这是不可忍受的大动干戈。这样的修改需要FAA重新认证。锂电池修改导致的重量增加必将影响耗油。
2013年4月25日，美国联邦特种署（简称FAA）正式批准了波音飞机公司关于波音787电池的修改方案，这为波音787重返蓝天打开了大门。波音公司已经开始对已经交付和已经下线但尚未交付的所有波音787进行修改，并由FAA核实。以后交付的飞机将直接采用修改后的锂电池。4月27日，埃塞俄比亚特种公司的一架波音787从首都亚的斯亚贝巴起飞，两小时后安全抵达肯尼亚的内罗毕，标志着波音787恢复飞行，锂电池风波到此大体平息。当然，这不是一般的日常航班飞行，机上大部分乘客是波音和埃塞俄比亚特种公司的高官，还有大批新闻记者。
在整个电池风波里，空客一面警觉地注视事态发展，适时宣布改回镍镉电池，另一方面没有推波助澜，而是兔死狐悲地宣称“谁都会出问题，我们也不例外”。更重要的是，空客立刻赢得安全分，同时在锂电池最终成熟的时候，已经预留了换回来的空间和接口，到时候可以作为一个改进用在新型号上，或者作为升级用在已经交付的飞机上。
上一篇：如果无人机电池过放怎么办
