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平均每天超7例火灾 电动汽车电池碰撞安全问题解析

时间:2022-06-13 08:51来源:中国汽车报 作者:赵玲玲
点击: 次
       “我们对新能源汽车完成全年产销500万辆的目标充满信心。”最新的汽车产销数据发布会上，中国汽车工业协会副秘书长陈士华说。
 
       中汽协数据显示，虽然受疫情等因素影响，今年1-5月，新能源汽车产销仍然双双突破200万辆，同比均增长1.1倍。
 
       另一方面，根据国家应急管理部消防救援局数据，2022年第一季度，国内接报的新能源汽车火灾共计有640起，同比上升了32%，整体上升幅度较高，而且高于交通工具火灾8.8%的平均增幅。平均到每天的火灾数更是超过7例，这一数据相当惊人。
 
       另据外媒报道，本田、现代、三菱、保时捷、大众、沃尔沃，以及电动巴士制造商Proterra 和 Van Hool 8家汽车制造商，已经采纳了美国国家运输安全委员会（NTSB）的建议，改进了各自的电动汽车应急指南，并纳入应对锂离子电动汽车电池火灾的车辆专用信息。
 
       此外，包括福特、通用汽车、特斯拉和丰田在内的12家公司也正在按照建议中确定的步骤取得进展。
 
       随着新能源汽车销量的节节攀升，涉及电动汽车的事故或者火灾不可避免地呈现上升趋势。除了自燃事故以外，新能源汽车碰撞起火，以及碰撞后的次生灾害，也不容忽视。
 
01
NTSB呼吁加大锂电池车祸后失控能量研究
 
       公开资料显示，NTSB是在2021年1月向22家车企发布建议，要求车企按照国际安全标准制定应急指南，并在其中加入有关电动汽车电池起火的处理方法，以及降低热失控和电池复燃风险的具体信息。
 
       在NTSB看来，汽车制造商的应急指南并不完善，另外他们对于高速碰撞状况下的锂离子电池的认识和研究仍存不足。
 
       NTSB建议将电动汽车的应急指南的可用性纳入任何车辆的美国新车评估计划得分中。
 
       具体来看，NTSB建议和呼吁主要包括：
 
       1.呼吁进行更多的研究以减少锂离子电池在车祸后的失控能量，以及如何减少专业人员在车祸或火灾现场的危险。 
 
       2.每个特定的电动车都应该包括关于如何扑灭关于车上特定电池的火灾的基本信息，以及如何减轻高电压重新点火的风险。 
 
       3.在应急响应指南中加入如何在将车辆从车祸现场移走的同时降低与电池中储存的剩余能量相关的风险，以及如何在事后妥善储存电动车的信息。
 
       新能源与智能网联汽车独立研究者曹广平指出，美国这次开展的相关要求，是在高能密高活性电池占主流的情况下作出的建议，虽然电池内部几十度的工作温度低于发动机成百上千度的工作温度，电动化零部件引燃周边可燃物的概率低于发动机，电车着火概率也低于油车，但是电池火灾的危险性以及扑救难度却是油车的若干倍，火灾危害程度也就更高。
 
02
电动车碰撞后电池风险几何？
 
       中国化学与物理电源行业协会动力电池应用分会秘书长张雨对《中国汽车报》记者表示，造成电动汽车动力电池系统火灾事故的风险原因可以分成两种：
 
       一种是由于电池制造不良，电池过充或者电池老化失效等内部原因引发的电池热失控，进而发展成动力电池系统火灾风险。此类原因，国内无论是理论研究和工程实践都进行了很多工作，取得了不少进展。
 
       另一类是由于外部机械碰撞的作用，引发电池破碎或者泄露，电池自身电火花或者汽车高压部分破损引起的电弧点燃了电池泄漏出的可燃性电解质或者其他物质引发的火灾风险，NTSB 正是针对此类风险给出的建议。
 
       “针对锂离子电池在遭遇高速碰撞后存在的风险，业内是有共识的。碰撞后电池受到挤压变形，可能形成内短路、发热，甚至起火燃烧的风险。如果整体电池系统受到挤压变形，还会存在大面积外短，产生电弧，也会导致起火。”国轩高科电池安全专家厉运杰对记者说。
 
       张雨表示，通俗来讲，锂离子电池在高速碰撞后的损伤分为“外伤”和“内伤”。“外伤”是指电池可能会破碎和泄漏，锂离子电池的电解液都是可燃性的有机液体，如果这个时候，出现电火花或者电弧，就存在动力电池系统整体被点燃的风险。“内伤”指电池内部可能出现电极破碎，碎片刺穿隔膜等情况。这些内伤当时可能没有明显的特征，但是后续使用中很可能变成电池热失控的诱因。
 
03
电动化趋势加快 相关法规、标准趋严
 
       曹广平指出，全球汽车电动化趋势加快，汽车动力系统逐渐向电驱动系统乃至向全部纯电动的系统转移，在动力系统内核变化的情况下，整车上相关碰撞以及电池安全、火灾防护以及处理等的相关法规也开始趋严，各国在这方面的法规也出现了“部分超前，部分滞后”的现象。
 
       “因此我们看到美国法规中有对锂离子电池特殊处理以及相关信息提醒，还有就是剩余能量控制以及不可控情况下移走的一些探索。”他说。
 
       “该建议可以说是为提升全球的新能源汽车安全开了个好头，提供了一个规范标准。”江西新能源科技职业学院新能源汽车技术研究院院长张翔对记者表示，美国NTSB机构主要负责交通安全，对于汽车行业提出的相关指南主要目的是降低电动汽车发生碰撞以后起火爆炸的危险性，以及让救援与事故处理更加规范、更加科学。
 
       为进一步提升加大电动车以及动力电池安全水平，我国前年批准发布了GB 18384-2020《电动汽车安全要求》、GB 38032-2020《电动客车安全要求》和GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》三项强制性国家标准，并于去年初开始实施。
 
       其中，《电动汽车用动力蓄电池安全要求》要求电池单体发生热失控后，电池系统在5分钟内不起火不爆炸，为乘员预留安全逃生时间。
 
       今年3月，工信部发布《2022年汽车标准化工作要点》。《要点》中提出，要启动电动汽车动力蓄电池安全相关标准修订工作，进一步提升动力蓄电池热失控报警和安全防护水平；加快推进电动汽车远程服务与管理系列标准研究，修订燃料电池电动汽车碰撞后安全要求标准，进一步强化电动汽车安全保障。
 
       “值得指出的是，在现有版本的38031中，碰撞安全性是通过模拟碰撞试验来检验碰撞加速度对动力电池系统的破坏。而在新版本的国家强制标准GB 38031《电动汽车用动力蓄电池安全要求》中特别增加了底部机械防护的安全要求，此项要求可以采用底部刮底试验（俗称‘汽车托底’）或者底部撞击试验进行。这两项试验都是通过碰撞引发的动力电池包结构形变来测试动力电池系统抗碰撞的安全性。”张雨说。
 
       曹广平指出，目前电池产品的技术仍在发展之中，因此车辆电动化方面的法规要求也必然会长期处于“既发展又不完全完善”的过程中。
 
04
多元化方案降低碰撞安全风险
 
       针对减少碰撞引发的安全风险，张雨介绍，国内外主流的解决方法主要包括几个方面：
 
       一是通过动力电池系统设计降低碰撞风险。汽车碰撞通常发生在前后或者是侧面，发生在底部或者顶部的可能性不大，所以动力电池系统通常设计成扁平状，减少了被直接撞击的面积，配合汽车本身的承力结构，降低直接撞击的风险。
 
       二是通过加强结构抗击撞击。扁平化形状虽然可以降低被车辆撞击的风险，但是无法降低汽车托底带来的撞击风险。为了对抗托底的风险，动力电池系统底部通常是加厚防护的厚度，还有必要的加强结构来承受撞击，动力电池系统顶部有车体和乘员舱的保护，通常不需要特殊的设计。整车厂会通过托底试验、底部球击、底部针刺来检验设计的有效性。
 
       三是从电池发展的路线图上看，没有液体电解质的固态电池是未来重要的发展方向。
 
       四是部分厂家采用了主动避撞、主动消防干预等措施降低碰撞带来的安全风险。
 
       厉运杰介绍，针对可能出现的碰撞安全，国轩高科在电池模组设计、整个电池系统的设计方面做了大量防护，包括电池箱体采用高强度材料，模组之间采取多层绝缘防护防止短路，模组采用高强度侧板，电芯之间采取隔热绝缘防护等；此外还在产品设计端就加强了对因意外碰撞导致变形和短路风险的防护；同时对电芯在不同形变量下的安全风险与边界，也进行了有效摸索，这些摸索可以为因事故造成的电芯形迹安全风险评估提供依据。
 
       “现阶段国内动力电池与国外的在安全设计方面基本无大的区别，电池作为能量体，安全基本上相当，但是不同整车厂的电池系统对于安全的要求与所做的安全防护不一样，因为电池设计需要兼顾安全与轻量化要求。未来的发展方向应该主要是从软件及人工智能方面寻求突破，从碰撞安全到预防碰撞，最大程度保障绝对安全。”厉运杰说。
 
       最后，某位不愿具名的动力电池技术专家对记者介绍了电动汽车相关的消防知识：
 
       1、哪里风险最高？在封闭空间内出现大量烟雾，尤其是锂离子电池所特有的白烟，特别是沉在地面的白色浓稠流动烟雾，它们很可能会快速起火，非常危险，必须尽快撤离。
 
       2、什么时候是安全的，可以抓紧时间救人？当电动车辆电池缓慢冒出丝丝白烟浓度还不高的时候，此时一来温度不高，二来可燃烟气浓度很低，均不满足起火、爆炸条件，要第一时间破窗救人。
 
       3、当车内已经弥漫烟雾了，应该怎么做？如果烟雾不浓，不要犹豫，马上开门或破窗让烟气消散，以避免烟气达到燃烧爆炸的浓度，绝对不要对着里面的人喷粉末。
 
       4、真起火了怎么办？还是不要喷粉末，粉末只是用于电气火灾，也就是仅用于扑灭电气部件的火灾，电车的电气部件在BDU里面，而非电池箱外面，更不是在乘客轿厢里。对于乘客舱，首先要救人，若无法开门就先破窗，用水喷去降温，快速把舱内烟气浓度降低（否则一旦爆炸大家都有危险），救人并防范车辆燃烧伤及周边。
 
(责任编辑：子蕊)
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