钜大LARGE | 点击量：820次 | 2019年05月23日
电动汽车安全事故及灭火机理分析
5月17日，电车资源主办的2019中国（西安）新能源汽车产业生态大会在星河湾大酒店召开。中国科学院电工研究所研究员廖承林围绕“电动汽车安全事故机理分析、电动汽车灭火机理分析、电动汽车智慧消防安全解决方案”等几大重点，发表了“新能源汽车消防安全”专题演讲。
廖承林：新能源汽车消防安全
中国科学院电工研究所研究员廖承林
以下是廖承林演讲的主要内容：
背景和意义
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%
2018年我国新能源汽车产销量分别完成了127万辆和125.6万辆，同比分别增长了59.9%和61.7%。预计2019年新能源汽车产销量将超过200万辆，保有量将达到450万辆。欧阳明高院士预测，到2030年电动汽车保有量乐观估计占比将可达50%，数量最高将可达1亿辆。电动汽车快速发展，意味着电动汽车更严峻的安全考验。
《中国新能源汽车大数据研究报告（2018）》显示，新能源车在使用期间发生质量问题的比率远远超过传统燃油车，日故障率达到18.39%。廖承林表示，质量问题频发的主要原因是2014年和2015年新能源汽车激增，大量存在质量瑕疵的产品涌入市场，他认为后期故障率将会逐渐下降。
业内普遍认为，安全问题将决定整个新能源汽车产业的成败。中国科学院院士欧阳明高认为产品质量问题是近期新能源汽车起火事件主要原因。提议提高准入门槛，实施安全年检。国家新能源汽车技术创新工程专家组组长王秉刚认为对安全监控网络流于形式。消防部门也一直在关注新能源汽车的消防安全问题。上海消防研究所十二五期间承担了国家“863”计划子课题“电动汽车消防安全技术规范体系研究”项目研究任务，提出了《电动汽车行业消防安全技术规范体系框架》。中国汽车工程学会和中国消防协会联合组织了七项电动汽车消防安全团体标准。
电动汽车，尤其是公共交通出行领域电动汽车的消防安全问题，引起了社会的广泛关注，对公共安全、国家消防应急管理和新能源汽车产业发展带来了严峻挑战，加强消防安全保障已成为推动新能源汽车产业持续健康发展的当务之急和重中之重。廖承林提出基于智慧消防对电动汽车消防安全事故进行全天后监控，提前预判并及时预警。如何控制或延缓早期安全失控事故的发生，如何提高电动汽车消防救援技术水平和能力等，既是目前的研究盲点，也是当前形势下国家应急管理部门亟待解决的重大课题。
电动汽车安全事故机理分析
从消防的角度，电动汽车安全事故主要可以分为三类：电池热失控引起的安全事故、车辆引起的安全事故和充电设施引起的安全事故。
电池热失控的安全事故及机理分析：单体动力电池的热失控过程可以分为三个阶段：使用过程中电池会发热，出现安全隐患后发热增加到接近100摄氏度的位置即热引发阶段，此后进入自生热加速期阶段，从引起SEI膜分解开始，逐步产生隔膜闭孔、负极与电解液反应。热失控阶段发生大规模内短路、正极材料分解，产生大量热量引起电解液开始燃烧，电池的温度可升高400至1000度。而电池健康状态出现问题到热失控是一个长时间的化学反应过程，因此，廖承林认为，从预警来说更多要关注热引发之前怎么判断出电池受损，怎么预防、报警、处理。
车辆引起的安全事故及机理分析：新能源电动汽车车辆本身也会引起安全失控，主要包括碰撞安全和电气安全。碰撞安全方面，常规汽车主要的安全就是碰撞安全，但新能源汽车碰撞有可能导致电池热失控，从而引起火灾。电气安全方面，主要表现为短路引起火灾，包括使用过程中电气线路如电机控制器和IGBT短路或暴雨积水长时间浸泡导致进水引起短路等。
充电设施引起的安全事故及机理分析：充电设备的质量问题、规范问题、管理问题和充电设备与电动汽车之家的通信可靠性问题，都是重要的安全隐患。
廖承林表示，三类事故中，锂离子电池起火的主要原因主要是电池过热而造成的热失控，这种过热在电池充放电过程中最容易发生。如果热量不能够及时地快速散出，高温会加速动力电池老化甚至出现热失控，从而引发起火灾、爆燃等事故。新能源车起火的显著特点是：自带氧、自封闭、难目测、易复燃、危害大。
电动汽车灭火机理分析
根据电池热失控机理可知，从电池出现问题到热引发阶段需要较长时期，一般监控手段无法判断，更无法目测，需要通过对电池安全状态建模，研究安全预警分级算法，才能给出足够的处理时间。当热失控不可逆到能够目测到烟雾等信息时，一般只有几分钟时间。当出现烟雾等信息到发生猛烈燃烧，一般只有短短几十秒。
从灭火机理而言，主要包括冷却灭火、窒息灭火、隔离灭火、抑制燃烧连锁反应灭火。针对电池包而言，主要是通过冷却降温、抑制燃烧连锁反应和通过一些灭火器把氧气隔绝开。2019年3月1日正式实施的交通运输行业标准《城市公共汽电车车辆专用安全设施技术要求》（JT/T1240）中，对电池舱和电池箱灭火装置等一系列安全设施做出了明确规定：新能源公交车应配置具有热失控预警、火灾报警及火灾抑制功能的电池箱灭火装置，装置应在检测到储能装置热失控和火情时发出警报，并明确要求“确保热事故信号发生后5分钟内没有发生电池箱外部起火或爆炸”。
总体而言，防范电动汽车起火及爆炸，应预防为主，灭火为辅，提升监测预警技术并介入必要的自动灭火措施。
美国国家消防协会针对电动汽车消防安全涉及的个人防护设备、消防灭火策略、火灾后的最佳清理措施等研究多年。使用大量的水作为电动汽车电池热失控的灭火剂。廖承林表示，主要可借鉴的是，使用大量的水作为电动汽车电池热失控后消防救援时的灭火剂；使用干粉、二氧化碳、泡沫灭火剂的效果不好，因为无法与电芯直接接触。
电动汽车智慧消防安全解决方案
消防安全不是单纯说谁的事情，需要连接很多方面，所以智慧消防可以用到车联网的一些理念。解决思路主要包括：从产品质量入手，包括制定严格的安全标准和规范，提高准入条件；对新能源汽车的消防安全进行全天候无死角的实时监控；从政策上把安全放在首位，纳入城市消防体系。
廖承林提到的智慧消防的一个总体解决方案思路，实际上类似于一般物联网，通过多维度全面感知，包括温度、一氧化碳、烟雾等，利用智能终端的边缘计算和处理能力可以实时提前判断火灾前期的产生和简单处理，还可以通过远端云平台的智慧算法给出进一步的计算结果和处理意见。边缘处理的部分功能实际也可以通过管理系统BMS来实现。
廖承林表示，消防平台很重要就是要有一个专业的团队，或者专业运维人员和企业级数据库，能够对大量历史数据信息处理和自动产生响应，而不是说有人值班的时候才可以看到。通过一些智慧消防措施，让大数据挖掘的信息通过专业级数据库能够体现发掘出来。消防平台还涉及到跟国家应急安全管理部门智慧消防平台的连接，而且涉及到用户、车主通过云平台对接，全方位保证安全事故在全面监控管理状态下。智慧消防平台的功能主要包括：车辆监控功能、行驶位置监控、安全预警监控、安全预警分析功能、处置功能等。
消防平台的核心算法要和BMS进行联动，建立核心算法，算法更强调基于电池模型，另外是基于大量历史数据，在平台上进行大数据的分析挖掘，甚至建立一些专家系统，计算出现电池安全故障或者电池监控受损的状态，及时给出一个预警报警值，或者及时提醒相应人员进行维护和处理，更好保障安全。
廖承林表示，目前，基于智慧消防安全解决方案已经定制了一个北京公交车车辆消防安全解决方案，在进行小批量使用，有30多台车装了完整系统，也建立了专门云平台和核心算法。这套系统装上以后很快就发挥了作用，发现电池连接部分出现了冒烟，一氧化碳浓度急剧增加，系统发现以后防范了重大事故发生。
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