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从Model S发生自燃事件中看动力电池的羁绊和未来

   次浏览   本站   2018-05-23

      近日,在广州市天河区,一辆特斯拉Model S发生自燃,车辆受损严重。发生自燃的时候该车既没有充电,也没有发生碰撞。此次自燃,距离上一次特斯拉Model S在美国弗罗里达州碰撞后自燃还不到两个月。

自燃受损严重

网友爆料称自燃现场没有充电桩,车辆没有在充电,发生车辆为特斯拉老款Model S,同时他希望特斯拉官方对于本次事故调查清楚,同时公开结果。

起点电动网了解到,本次自燃事件发生在3月26日凌晨,位于广州市天河区汇景新城小区地下车库,该自燃Model S车辆受损严重,现场一片狼藉,所幸事故没有造成人员伤亡。

该车辆车主表示,这辆Model S发生自燃的时候,没有充电,也没有发生碰撞。

据汇景新城另一位特斯拉业主介绍,“刚入睡,突然听到说楼下有台特斯拉自燃了。一激灵爬起来,在阳台就闻到刺鼻的橡胶烧焦的味道。马上打开手机的特斯拉APP,却一直联系不上车辆系统,只能显示昨天的车辆状态。”

该业主到达车库后,发现一辆烧坏的老款红色特斯拉Model S,特别是右后门处有一块非常大的破损痕迹,地库里一片狼藉。

据起点电动网不完全统计,特斯拉汽车发生自燃概率相对高一点,自燃次数达到15起,其中有11其自燃车型为Model S,4起自燃车型不详。

具体自燃情况内容如下:

  1. 2013年10月1日-特斯拉Model S在西雅图附近着火,汽车被道路上的一块巨大的金属碎片重创,在保护底板上撞开一个大洞,导致整车起火,司机没有受伤。

  2. 2013年10月,在墨西哥的美利达一辆特斯拉汽车撞在混凝土墙后又撞到树上,引发火灾。司机没有受伤。

  3. 2013年11月,在田纳西Smyrna,一辆Tesla Model S在电动车撞上了起落架的牵引车后着火了。没有人员伤亡。

  4. 2014年2月-特斯拉Model S在加拿大多伦多起火,动力区域起火。没有人员伤亡。

  5. 2014年3月-在大火之后,特斯拉为汽车配备了三重车底盘钛合金防护板。

  6. 2015年6月,一辆2013特斯拉从马里布峡谷路跳下悬崖,起火并烧了53岁司机。

  7. 2016年1月,在挪威的一家超级充电站中,一辆正在充电的Model S突然起火,整辆车几乎被烧得只剩架子。

  8. 2016年8月,特斯拉电动汽车在法国西南部的特斯拉促销活动中着火。事故中无人受伤。

  9. 2017年3月,一辆特斯拉Model S在中国上海的一个超级充电站站起火,事故中没有人受伤。

  10. 2017年4月,美国纽约州一名车主驾驶Model S撞到了路边一块巨石上,Model S开始自燃,所幸无人员伤亡,但这辆Model S几乎燃烧殆尽。

  11. 2018年5月加州的一次致命车祸中,一辆特斯拉Model S在撞车之后起火。在消防员处置完明火后,这辆车的锂电池组又发生了两次自燃。

  12. 2018年12月,一辆银色的特斯拉Model S在洛斯加托斯的一个商业停车场起火,几小时后又在一个拖车场内再次起火。

  13. 2019年初,重庆某小区的地下车库中,一辆特Model S在未充电、未被碰撞的情况下发生自燃,所幸被物业及时扑灭。

  14. 2019年2月26日,一位特斯拉model S车主在佛罗里达上周日下午的一场车祸中丧生,而该车的锂电池在事故发生一天后仍在警方停车场反复燃烧。

3月25日晚上22时43分,龙华区昌永路旁边的电动大巴车停放区起大火,现场火光冲天,浓烟滚滚。

据起点电动网了解,因附近居民看到浓烟后就立即报警,龙华中队接警后调动了辖区下属清华分队、富士康分队、三联分队、景乐分队、玉翠分队、华联分队、新牛分队共10辆消防车50名消防员前往现场处置。

另外由于火势较猛,大浪消防中队增援了4辆消防车和25名队员,民治消防执勤点也增援2台消防车12名队员前往协助,总消防人员有87人。

分析电动汽车电池热管理

    对于电动或混合动力汽车来说,最大的设计挑战来自于电池。电车设计应尽可能高效和轻便,比便提供充足能源保证汽车单次充电后的合理行车距离。影响电池工作性能的一项重要因素——温度,既不能过高也不能过冷。因此,设计人员在汽车开发设计中必须全面考虑电池包的加热与排热控制。电池热管理主要目的是维持电池包工作在最佳温度范围,提高使用寿命和工作效率。


    在本案例中,开始设计过程中使用三维CFD FloEFD软件建立电池组和电池热管理系统(BTMS)精确仿真模型,开展恶劣工况仿真分析,建立表征预期工作条件范围内的工作特性。获取电池包工作特性后,使用一维CFD程序Flowmaster开展系统级分析,快速分析部件之间相互作用,如在一个寒冷环境下的暖启。


电池热管理系统分析模型


    FloEFD完全嵌入CAD环境中,可自动识别流体计算域。相比传统CFD,仿真时间减少65~75%。FloEFD提供流量、压降、传热等参数预测,可迭代分析快速评估电池包压降和温度等工作特性。


    系统仿真用来处理初期设计中遇到的高峰工况冷却、冷启动下的暖起、水泵与电池负荷的匹配。液冷型电池热管理系统有水泵、电池组、预热器和水箱等组成。基于电机功率确定的单个电池热负荷为30W。电池包的模拟可以采用集总元件方式来简化模拟,本案例为中型规格6×8的电池组,Flowmaster系统仿真针对每个电池建立模型以获取内部温度分布。


    1DFlowmaster仿真模型需要大量的部件特性数据,除使用已有的数据库外,还可以集成3DFloEFD应用可以为系统模型某元件提供特性参数。如获取热管理系统中压降或传热系数。


电池热管理系统工况分析


    (1)峰值冷却分析


    一些参数可以在Flowmaster和FloEFD模型中共用,如最大散热率。峰值冷却分析是确定合适的冷却流量保证锂离子电池系统始终低于临界温度40℃(行业经验一般是30~40℃),这种恶劣工况应确保能够及时排除电池产生的热量。


    恒定电池散热量,通过参数化分析,在2~15l/min范围内改变水泵流量确定满足低于40℃的最小冷却流量。其中冷却液为50/50乙二醇,环境温度20℃。


   最小流量为9.5l/min时能满足40℃的冷却要求。在确定最小冷却流量后,在FloEFD中针对电池包开展参数化分析,获取不同流量、不同电池负荷下的电池包温度分布特性曲面


    进一步分析可确定水泵控制策略,如电池热负荷20W是需要5.5l/m的冷却流量,该流量满足低于40℃的要求。

   (2)冷启暖机


    与内燃机不同,电动车没有内热源。通常加装PTC加热器来加热,在寒冷环境条件下的暖起过程需满足一定标准(30min达到20℃)。模拟中改变水泵转速和PTC热功率来得到暖起时间。


    可知水泵转速对暖起时间影响较小,即低转速可以带走更多热量。因此,进一步分析只需改变PTC加热器热功率。


  为能满足30min在加热到20的设计要求,该电池组系统需选择功率为3kw的加热器。


    本工况分析关注两个指标——前后电池暖起平衡时间和前后电池温差大小。后端电池达到运行温度20℃比前段多耗时5min。而前后温差大小在5℃。如果该温差过大超过设计值,可通过调整冷却流量、PTC加热功率以及电池包结构来改善温度不均匀性。


项目结论


    本案例显示了如何使用先进的1DFlowmaster和3D FloEFD模拟技术对电动汽车电池组热管理复杂系统开展设计分析。在部件级层次,FloEFD用于研究分析热管理系统详细的流动和换热行为,确保电池组工作性能可靠。识别任何不可接受的设计,如不合理的流动布置或极端的温度梯度。在系统层次,结合Flowmaster模拟整个电池冷却系统,分析部件的相互影响,确保正确的系统性能。


    在早期CAD设计过程中同步使用FloEFD仿真,相比传统CFD工具,模拟时间可以减少高达65~75%。进一步结合使用Flowmaster,系统工程师可以在有限的开发时间内获得最佳设计效率。




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