
鋰電網訊:上周五,美國國家運輸安全委員會(NTSB)對外公布了2018年5月份,Tesla Model S碰撞起火、致兩名青少年死亡的調查報告。這里就其中有關電池系統的內容進行分析,共分4個部分:
事故概述
電池包高壓斷開、爆炸、自燃回顧
電池包FA分析
小結
事故概述
2018年5月8日,下午6點左右,一輛2014年的Model SP85D在佛羅里達洲的Seabreeze Boulevard 1300街區失控,高速(碰撞前116mph)先后與路邊上的水泥墻發生碰撞,在第二次碰撞起火,最后撞到路燈桿停在路上。駕駛員和前排乘客(均為18歲)當場死亡,后排座椅男孩被甩出車受傷。起火現場,以及碰撞過程車的軌跡如以下兩圖所示。
有關該起事故,駕駛員的父母正在起訴Tesla,很重要的一點在于,駕駛員父母原來在Tesla 4S店將車速限定不超過85 mph(loaner mode),但駕駛員又讓4S店人員將其設置到正常模式。另一點在于,法醫鑒定,駕駛員和副駕乘客均死于熱傷害(The cause of death was listed as thermal injuries and manner of death was accident),下文可以看出這與電芯和明火進入乘客艙有關。對于事故的責任這里不做探討,重點看下NTSB對事故后電池包的分析,從中我們可以窺見和評估碰撞過程中電池包受到的破壞,以及Model S的安全設計如何。
電池包高壓斷開、起火爆炸、自燃回顧
在停止前,整車共發生了3次碰撞,前面兩次碰撞較嚴重,并在第二次碰撞時起火爆炸(外界看到明火,也有可能第一次碰撞電池包就已經起火)。
As the car exited the curve, it struck andmounted the curb on the west side of the road, crossed the sidewalk, andcontinued south, striking a wall on thenorth side of a residential driveway. The car continued forward and struck the wall on the south side of thedriveway. Witnesses reported that flames came from the car after the second collision.
在第一次碰撞后55毫秒時,整車斷開電池系統高壓,從反應時間來看,斷開高壓幾乎與安全氣囊在同一時間動作。
車前頭右側是碰撞最為嚴重的地方,導致電池包整體變形,前面兩個模組被甩出去。
在將事故車輛和電池拖回去的過程中,被甩出去的模組和電池包均發生了自燃,有兩次是自己熄滅,一次是消防人員用水和滅火泡沫撲滅。
在整個電池起火爆炸的過程中,有一點非常值得注意,那就是模組在碰撞時產生的電弧和電芯的爆炸,燒穿了電池包的上蓋、乘員艙地板,從而讓明火、有害煙霧,以及(推測:燃爆的)電芯進入前排乘客艙,這可能也直接導致人了前排人員的死亡。由此可見,在發生碰撞過程中,確保電池包任何部件不得進入乘員艙,是極重要的,該事故是個典型案例。
Holes were found in the steel top of thebattery case, matching holes in the bottom of the passenger-side floorboard.The holes were caused by electrical arcing at high-voltage terminals and individual cells exploding, as a result of crash damage to the battery case and thebattery fire.
整車地板的孔大約3英寸(約7.62厘米)長,如下圖所示。
電池包上蓋的孔徑大約5英寸(約12.7厘米)長,如下所示。
電池包的FA分析
除了上面已提到的上蓋被燒穿,電池包受到的首要機械破壞位于右上角,碰撞將整個右上角沿45度擦損,同時右上角上抬,變形。
用于緊固電池包與車身的螺栓大部分也斷裂。
對于模組,按照起火、熱失控、機械損壞,沒有受到損害進行定性的評估,如下表所示。
模組1、2、4、6、8在視檢的條件下,既沒有發現起火或熱失控,也沒有發現有機械破壞,并且在模組上透明塑料蓋下發現有水。
模組3的外側邊緣有一些淺色變色,透明塑料蓋下有水。淺色類似于干燥的AFFF(滅火劑)。定位銷子處破裂。
模組5和7的外側邊緣有一些淺色變色,透明塑料蓋下有水。
模塊9的前內側蓋板有熱失控,塑料蓋在內側前角和外側前角融化了,塑料蓋下沒有明顯的水存在。
模組11起火,整個塑料蓋上覆蓋著煙灰和碎屑,外側邊緣向內融化到約1.5英寸。融化的內側邊緣在前端向外延伸11英寸,向后延伸約8英寸。模組內也沒有可見的水。
模塊12塑料蓋內側和外側邊緣下有水,塑料蓋整個表面呈白色/灰色變色,集中在內外角落。
模組14有熱失控、起火,塑料蓋子下沒有明顯的水。
接下來,重點檢查每個模組對應的熱失控泄爆閥狀況,如下所示:
模組2、4、6、8的泄爆閥沒有燒損,有水流出,有Mica的碎屑,有黑色物質;
模組12沒有水流出,有黑色物質,沒有燒灼跡象,有滅火泡沫干了后的物質,有大的Mica.
有燒熔現象的主要是以下幾個模組所在的區域:
模組11有個輸出極絕緣蓋丟失(可能燒盡了),輸出極有燒穿的孔。
后部白色的隔熱-防火-隔振墊保存較完好,前部的有些都已燒焦。
Pyro-fuse也被燒毀。
后端的配電器件和BMS。
各模組的電壓,以及對地電壓。
小結
(1)該次事故電池包起火主要是由機械撞擊引起的,直接起火/熱失控因素有外部短路、電弧,可能存在電芯內部短路(刺穿),高溫火燒;
(2)模組的物理隔離起到了減緩熱失控蔓延的效果,阻燃物質Mic發揮了其作用,不過在燒起來后,也被燒盡;
(3)泄爆閥在熱失控時也發揮了排泄作用,在來不及泄出時,泄爆閥本身直接在安裝位置被燒焦(根據專利,如果泄放順利的話會被沖掉);
(4)碰撞過程中,電池系統(零部件)進入到了乘客艙,明火、煙霧等也進入;
(5)電池系統在第一時間被斷掉了高壓(55毫秒);
(6)電弧成為此次事故中最重要的危害(否則直接火燒是無法燒穿上殼體+車地板的);
(7)現場火被撲滅后,事故車被運輸過程中多次復燃。
