电动汽车动力电池组火灾预防及对策

电动汽车动力电池组火灾预防及对策摘要：目前，我国的各行各业建设的发展迅速，电动汽车是新能源研究的重要对象，也是生态可持续发展的新方向。电动汽车运行主要动力在于动力电池组。作为国家重点扶持项目，电动汽车很大程度上改变了我国的能源结构。但是实际应用中却频繁出现动力电池组火灾现象，威胁到电动汽车运行安全，为大众带来安全风险。针对这种情况，必须加大对电动汽车动力电池组火灾研究力度，做好火灾预防工作，保障电动汽车运行安全。关键词：电动汽车；动力电池组；火灾预防；对策引言随着我国持续不断地实施新能源汽车战略，电动汽车(EV、HEV、PHEV)行业成为国家重点扶持的战略性新兴产业，对我国能源结构改革、打赢蓝天保卫战具有重要意义。据统计，2019年全国纯电动汽车(EV)销售完成97.2万辆，占新能源汽车全年销售总量的80.60%；截止2019年底，全国纯电动汽车保有量310万辆，占新能源汽车保有总量的81.19%，纯电动汽车已成为新能源汽车发展的主流。然而近年来，电动汽车引发的火灾已造成了巨大的生命和财产损失，让电动汽车安全性受到质疑，加剧了人们对电动汽车安全隐患的忧虑。1电动汽车动力电池组火灾特点分析1.1燃烧速度快、温度高电动汽车动力电池核心为锂离子，实际使用中，温度会对存储性能、循环性能、使用寿命等造成影响，温度过高或者过低，电池的使用容量、残余容量、恢复容量都会发生变化。大倍率充电会产生过多热量，破坏电池热平衡，不能及时将化学反应放出热量迅速疏散，就会引发热失控现象。一旦出现热失控，电池起火，燃烧速度非常快，并伴随大量易燃气体，迅速升高燃烧温度。2019年4月22日上海一小区地下车库内特斯拉突然自燃起火。事发当地政府部门、物业居委、消防部门，以及涉事车主和特斯拉方面在内，进行了非公开磋商，并给出了调查报告，认定起火部位位于车辆底盘电池系统第15、16号模组处，起火原因为电池故障起火。根据电动汽车火灾事件统计数据显示，过去8年中，国内新能源车着火事件中与动力电池相关案例为92例，占比高达86%，直指电动汽车上化学性质最活跃的锂离子动力电池。锂电池燃烧过程中会喷射易燃气体，喷射距离≥6m，并迅速散射到周围。电动汽车动力电池组中锂电池燃烧温度＞926℃，而普通汽油燃烧温度为389℃，增加了消防难度。锂电池热失控状态中，SEI膜被迅速分解，锂电池中的正极与负极、电解液等发生明显氧化还原反应，部分铜箔被融化，这期间的温度甚至超出铜熔点≥1083℃。在这种条件下，化学反应速度明显加快。针对锂电池中电芯燃烧试验发现，一旦出现明火，产生较大火焰到完全熄灭，间隔时间仅为7s，由此可见动力电池组燃烧速度之快。1.2动力电池组火灾伴随中毒、爆炸、触电风险动力电池组火灾一直困扰着电动汽车的发展研究，结合对动力电池组燃烧研究发现，其核心锂离子比较活跃，若在空气中暴露，与空气中的氧气产生化学反应，并释放出大量热量，温度变化明显，甚至出现燃烧或者爆炸。锂电池应用中如果出现燃烧现象，直接接触到空气氧气，经过氧化反应产生甲苯、氟化氢、苯乙烯等有毒气体，若长期不散去，致使人体出现不同程度的中毒现象，这方面也为消防处理以及人员救助带来很多不便。电动汽车运行主要动力便是动力电池组，电动汽车系统结构运行离不开直流电、交流电，这些电压标准非常高，远超过人体接受范围。一旦电动汽车出现漏电或者其他电流现象，都会为驾驶人员带来生命威胁，加剧电动汽车动力电阻火灾现象。2动力锂电池的火灾危险性研究进展电动汽车动力锂电池火灾事故呈现：一是火势蔓延迅速，燃烧温度高；二是潜在危险多，有中毒和爆炸危险；三是持续时间长，存在复燃可能。研究发现单个锂电池也能释放出相当强的热量和有毒气体。NeilS.Spinner等[17]分析出CO、CO2和CH4是电池爆燃产生的主要气体，其中电池电解质分解产生大量CH4，而CH4与氧气完全或不完全燃烧反应，产生CO和CO2，揭示了锂电池火灾的危险性。研究了动力锂电池暴露在受控丙烷(C3H8)火灾中的热释放率、有毒气体排放以及电池温度和电压，发现SOC值越低，氢氟酸(HF)含量越高。发现锂电池SOC为0%时产生气体中CO含量最大，烟气毒性最强；50%时烟气生成量最大，但CO含量相对较少，锂电池喷射式燃烧的特征最明显等。以电动客车常用的磷酸铁锂电池为研究对象，发现快速充电的锂电池点燃时间短且燃烧强度大；竖直放置的锂电池比水平放置的更易发生燃爆现象。热过载条件下三元锂电池的热失控实验，依次经历了“变形-冒烟-火星四溅-着火”四个阶段，对锂电池热失控逸出的气体进行了分析，有大量CO、H2、CH4、乙炔(C2H2)、乙烯(C2H4)、五氟磷酸(PF5)等有毒有害气体产生。对单体三元锂电池实验测试发现：最长喷射距离可达5m，火点最远距离可达6m，得出三元锂电池热失控内部温度较高，大于逸出可燃气体的点火能，形成喷射火。在全密闭环境开展三元锂电池单体的热失控实验，依次经历了鼓包、冒烟、活性喷射及爆燃四个热失控阶段。锂电池在不同气压下的火灾危险性进行了实验研究，得出单电池的点火时间随SOC升高而减少，质量损失随压力的增大而增大，电池在低压下点火速度加快，而单电池和电池组的质量损失、热释放速率和总放热量都降低。过充、锂枝晶、外界撞击及隔膜缺陷等对锂电池火灾事故的影响，通过锂电池火灾事故原因分析，提出了锂电池灭火对策。此外，研究人员还对动力锂电池整车火灾的危险性进行了研究。通过数起电动汽车事故案例，分析了火灾特点及灭火危险性，从电动汽车结构和火灾危险性出发，提出识别、警戒、防护、断电和灭火药剂选择等灭火救援措施。以两起锂电池电动车火灾事故为例，比对锂电池热失控的模拟实验，总结出动力锂电池整车初期火灾特征，通过机理分析验证锂电池起火初期本质为气体火灾，具有爆炸起火的特征。3电动汽车锂电池灭火技术3.1掌握灭火操作锂电池起火时具有高热量和火势迅猛等多种多样的特征，应该在火灾初期考虑使用水基型灭火器，对火势加以控制；此外针对燃烧产生的大量热量，应该断电的状态之下，对电动汽车借助水进行降温和控火，防止火势的蔓延；在这运用河沙对起火电动车底部加以覆盖，控制蔓延的程度。3.2落实安全管理一相应位置的设置。电动汽车的火灾危险性和灭火难度较大，因此应该将电动汽车和充电桩设置于室外。若是设置于室内和地下车库中，必须要采取集中设置的方案，同时和其他车库间做好防火隔离举措，相邻的充电柱也应该保持一定的防火间距，不应该在两米以内。二合理配置设施。按照相关的标准和要求，应该配置特定数量的灭火器材，同时搭配使用消防设施，依照实际的情况合理的配备室内外的消火栓系统和移动式干粉灭火器等。三做好电源管理。充电桩配电箱的电源控制开关应该采取统一管理的方案，若是遇到紧急的情况，必须第一时间断电，避免火势进一步蔓延，相应的灭火救援也可获取可靠的保障。4结束语综上所述，电动汽车为新能源产业发展带来更多机会，我国对电动汽车研究生产非常重视。动力电池组火灾的预防与处理是改善电动汽车动力电池组不足，优化升级的重要前提