9月初的一场车祸,起火,车门打不开,车内乘员无法顺利脱困。
这次不是日系的雷克萨斯LM,是德系的保时捷Tyacn。事故发生之后,负责调查事故的苏州市公安局吴中大队接受采访时称:的确有这起事故,时间大约是凌晨。目前大队和支队正在一起处理事故,并请专家介入调查,目前调查结果还没出来,因此具体情况不方便透露。
具体的事故细节信息,还没有公布,但值得注意的是这辆保时捷Taycan在行驶时发生了碰撞,之后起火,而且车门无法打开。如果起火后燃烧速度慢,还能留给施救者一定的时间,就像一个月前的雷克萨斯LM施救人员从车内救出2名乘员。
而这一次,也是门锁无法打开,但没有给施救人员留下足够多的时间,可能火势蔓延的速度更快,或者说是一瞬间蔓延开。
这一次,保时捷Taycan的起火和无法解锁车门,又是因为什么?我们还可以避免么?
除了今年9月发生在国内的保时捷Taycan碰撞后自燃的个例,今年2月份,在美国佛罗里达州一个住宅内一辆保时捷Taycan也发生了自燃。不同的是,这台车是彻夜静止停放在车库内,这也是保时捷Taycan的第一起自燃事故。
我们从发生在国外的这起自燃事故,和国内的这起碰撞后燃烧的事故,一起剖析一下。
首先能判断的是,国外的Taycan没有受到外力的影响而导致电池包、电池管理系统受损。那么自燃的原因有以下几种可能,其一是800V高压系统的不稳定性、其二是长期充放电导致个别电芯损耗程度异常导致电芯热失控。
高压电池包是电动汽车自燃的首要关注对象。能让电池包自燃的原因也有几种,无论是静止停放,或者是正在充电,电芯出现问题的几率会更大,其次是整个的800V高压系统。而电动汽车起火的原因,主要是电池热失控,即动力电池温度超过一定限制后引发连锁反应,电池温度在短时间内迅速上升导致燃烧。
那么保时捷Taycan的电芯,是否安全?
保时捷Taycan的电池组供应商为韩国的LG化学,在2020年曾因现代Kona电动起火,召回7.6万辆;通用汽车的雪佛兰Bolt EV车型,也因LG电池问题召回。而且保时捷Taycan用的电池包,和现在Kona用的电池包一样,都是64.6ah的软包电池。
保时捷Taycan的电池包跟其他新能源车型的电池结构类似,位于车身底部,系统电压为800V采用液冷系统。Taycan Turbo S和Taycan Turbo中使用的两层Performance Battery Plus包含33个电池模块,每个模块由12个单独的电池组成(总共约400个),总容量为93.4千瓦时。
显然,从最开始使用的电芯,就已经存有隐患,这也是导致其静止状态下也能发生自燃的原因之一;另外,是保时捷Taycan的BMS电池管理系统。
从设计之初,保时捷Taycan使用800V平台就是为了缩短充电时间,并且对电池组也做了优化,64.6ah的软包电芯为6个一起串联,两组电芯并联使用组成一个模组。并联的做法,会让电芯的寿命变短。而且保时捷Taycan的BMS没有阻燃材料、电池与车底隔垫等防护措施,相比于特斯拉Model 3的BMS用料还要少。
电芯本身就不稳定、并联使用寿命更短,再加上BMS没有形成系统化方案,多种原因都可能造成车辆在静止情况下发生自燃。而且,多个模组串联的复杂设计结构,对于电池管理的精度和散热要求以及安全防护等级要求等较高,一旦其中一个电芯发生热失控,很容易引起连锁反应。电芯数量越多,失效风险就越高。
保时捷Taycan碰撞燃烧起火之后,车门为何难以打开,一种原因可能是因为Taycan车辆的电路设计,一旦碰撞后动力电池受损,可能会导致全车强制下电,车门为锁止状态无法解锁;在有碰撞导致车辆起火速度快、火势大,可能已经烧毁了部分电路或者传感器模块。
这次保时捷Taycan如此严重的事故,难免让人想起今年7月份雷克萨斯LM发生的同类型事故;一辆雷克萨斯LM同样发生碰撞后无法从外部开启车门,对营救造成严重的阻碍。和一个月前雷克萨斯LM的车门无法解锁情况,看似相同,实则有些不一样之处。例如火势蔓延的速度,雷克萨斯LM是从有烟雾再到明火蔓延,有一整个火势蔓延的过程;而目前从网络上的视频来看,火势明显要比雷克萨斯那起更大。
首先,无论如何,在车辆发生碰撞后无法从外部开启车门,这本身就是严重的产品缺陷。但事故中保时捷Taycan确实就存在打不开车门的情况。但是从原理上来看,要想从外部打开车们,需要在车内/外门把功能都正常、车门在碰撞过后是解锁状态、其次是门锁零部件没有因为碰撞而严重变形导致无法正常工作。
而保时捷Taycan的这次,很可能就卡在了第一个条件上。
车辆碰撞过后,从碰撞传感器开始传递信号,到安全气囊控制模块接收之后弹出安全气囊,之后是车身控制模块来解锁车门,这是一套较为完整的车辆在碰撞过后车门自动解锁的流程。
保时捷Taycan也带有此项功能,原理也是相似的,但目前唯一不清楚的是车辆起火时,是否同样具备此项功能?是否因为火势太大导致某些功能受到影响无法正常工作?目前还没有具体的信息公布,等进一步调查结果。
这次起火,和800V有没有关系?
保时捷Taycan用的800V系统固然好,但技术还尚算不上成熟。电压平台的提高,能大幅度提升电池充电效率,但随着充电电压提高会导致正极材料/电解液的稳定性降低,严重影响锂离子电池的循环性能。这也很可能是个诱因。
结合国外、国内的两起自燃事故,前者最大的怀疑目标是电芯造成的;后者或许也可能是因为电芯的不稳定性而导致,但加入了一个碰撞的前提,导致了电芯的挤压、穿刺或其他损伤问题,总之在碰撞过后保时捷的这套热失控管理,没有起到很好的作用。
结合上文说的,起火之后很可能没有过多的时间留给施救者,车辆火势就已经变大。不谈阻断,只谈延缓火势蔓延恐怕都没做到。
其实还有一个比较值得关注的点,这台保时捷Taycan是怎么碰撞的。是和之前的行驶过程中突然断电有关?还是和驾驶员有关?只能等待事故细节的公布。
「Taycan深度解析系列-1」800V高压电气系统引言:上周末的时候看到保时捷给售后做的一系列关于Taycan的各个部分的介绍,这里面有一些地方很有意思的。我想分几个部分来介绍这些细节,我想根据拿到的材料做这么几个环节的初步分类:
1)Taycan 高压和低压电气系统设计;
2)Taycan电池系统和充电策略
3)整车热管理系统设计
4)驱动系统的特点
这些材料读了很多遍,觉得德国工程师做电动汽车做事情的思路是非常有特点的,当然保时捷并不差钱,所以后续和奥迪合作的PPE在成本结构上面也会逐步往下走,需要给他们一些时间 备注:我相信特斯拉的最大价值其实是沿着迭代的套路,把动力总成、EE架构和软件有机的结合起来了,开创了很多的东西,但是这个世界上设计汽车有之前工程部门有一整套的方法论,很多地方可能需要改变,但是怎么改变才能符合未来的诉求,这是最重要的事情
01 高压部分的一些特点
Taycan是第一个做800V系统的,但是实际上Taycan在设计的时候,在整车系统里面考虑了多个电压系统,包括800V(动力电池)、400V、48V和12V(LFP电池),两个电压平台是不具备电池做缓冲的。
1) 800V电压和其他电压系统 Taycan是具有多个电压平台的,如下所示:
图1 Taycan的各个部分
下面这个图可能更清晰一些,红色的都是800V,最主要的是提供给前后逆变器。
图2 对应的Taycan内部的高压总线
2) DCDC转换器
这个800V=>400V,主要是提供给空调压缩机的,据德国的工程师朋友交流,下一代800V的空调压缩机会出来,所以这个800V降压到400V的会被取消掉。
图3 Taycan的800V=>400V和12V&48V DCDC
这里面有三个DCDC,分别为3.5kW、5.3kW和3.5kW的三路DC-DC变换控制,从硬件结构上有点复杂。
表1 对应的功率
从能量管理来看,需要对高压电池进行能量管理,对12VLFP电池进行管理,对48V的负载也需要做协调处理,这里的多个电压转换的负载平衡是有点意思的。这个控制都是放在网关(保时捷的网关其实是和车身的融合,类似MEB里面的ICAS1那样具备复合的功能)里的。
备注:以后我们分析MEB和PPE的细节的时候,可以就这些能量管理的软件细节仔细整理下
图3 高压降压管理器
02 高压升压器的设计考量
3)充电升压器
由于有着这样的设计,保时捷Taycan的400V升800V高压的充电器工作原理有点复杂,如下所示:
图4 400V升800V的高压充电器
之前一直以为这是一个非隔离可以调压的DCDC产品,实际的原理是一个充电泵,通过高频的切换把电压泵上去翻倍的策略来做的,特点是不需要线圈,直接告诉外部的直流充电站1/2的实际需求电压,然后通过电压泵拉回来。充电泵的原理采用60Hz的控制频率,先让电路总为C1和C2充电,然后通过C1和电压源串联,让输出电压的两倍减去二极管的压降。
图5 400V=>800V的电压泵
小结:在阅读了这份材料以后,我们能了解Taycan在选用800V上面有很多的取舍,在800V充基础设施并不完备的时候,保时捷为了达到第二条视频的效果,是付出了很大的代价的。