浅谈电动汽车的电池技术与防火措施

1电动汽车、动力电池的种类与发展

动力电池是电动汽车的核心。在近几十年电动汽车的发展中，车用动力电池经历了漫长的发展过程，从早期的铅酸蓄电池，到20世纪90年代的镍氢蓄电池以及目前主流的三元锂电池，动力电池的电池性能、寿命年限及充放电安全性等都得到了提高。锂电池以高能量密度、大倍率充放电性能和长循环寿命等优点，成为了现在电动汽车重要的能量来源。图1

锂电池技术发展示意图从图1所示锂电池技术发展示意图中，可以直观地看出正极材料的发展变化，以及相对应动力电池的量产情况:第一代锂电池，正极材料以钴酸锂为主，在20世纪90年代初期进入市场;第二代锂电池，正极材料以锰酸锂和磷酸铁锂为主，在21世纪初逐步商业化;第三代锂电池，正极材料为镍钴铝三元、镍钴锰三元、改性锰酸锂等，集合了不同锂电池的特点，并加入混合材料，全面提升锂电池性能，降低成本，于近几年飞速发展。表1所示为锂电池主要指标参数，可以看出各类锂电池的特性，在新能源车的早期发展阶段，大部分车辆均使用了磷酸铁锂电池作为动力储能装置。虽然磷酸铁锂电池有着寿命长、热稳定性好、成本低的优点，但是却同时存在着能量密度低的缺陷。随着我国新能源政策中对能量密度要求指标的不断提升(《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》标准的150Wh/kg)，从2017年开始，大多数汽车制造商，选用三元锂电池作为电动汽车的动力源。相比于其他电池，三元锂电池最大的优势在于其电池能量密度高，储能密度通常能达到200Wh/kg，是磷酸铁锂电池的2倍。但三元锂电池热稳定性相对较差，当发生过充电、内部短路、外部短路时，电池温度极度升高，容易发生自燃甚至爆炸。电动汽车采用的充电技术有恒压充电法、恒流充电法、恒流恒压充电法、恒流恒压恒流充电法、脉冲式充电法、变电流间歇充电法、边电压间歇充电法等。不同的充电方式，对于电池温度、寿命的影响不同。通常情况下，充电桩充电时，会产生一定的热损，大约占充电总功率的4%～8%。电流越大，产生的热量也就越多。在车辆快速充电时，车载电池会在短时间内聚集大量的热能，如果电池管理系统或者散热系统出现故障，不能将热量及时散去，就有可能损坏电池单元，甚至发生自燃和爆炸。所以非车载充电桩的散热系统非常重要，同时充电桩所在区域的环境散热也非常重要，应该在充电桩区域，尤其是非车载充电桩区域设置独立的进排风系统，可以设置环境温度传感器联动启动风机。2典型电动汽车起火事故原因分析

电动车起火事故涉及到私家车、运营乘用车、公交客车、物流车等不同车型。火灾事故的诱因错综复杂，但电池热失控是近期新能源汽车起火事故的主因之一。据电动汽车资源网提供资料统计:纯电动车型是起火事故的主力车型，因充放电导致的起火事故超过总数的一半，成为起火事故的第一诱因;其次是碰撞起火和行驶中自燃，各占20%。本文将对车载动力电池在充电过程以及停车时对建筑环境的影响做分析，从而给出优化建筑设计的建议。3电池安全隐患在停车场建筑物中的应对措施

我国出台了一系列国家标准、地区标准和行业内相关技术措施，引导充电基础设施建设。

北京地方标准DB11T-1455-2017《电动汽车充电基础设施规划设计标准》中对于充电基础设施的场地设计提出要求，充电设施宜靠近地面层区域、不宜设置在靠近主要出入口和公共活动场所附近，以及多尘或有腐蚀性气体的场所等。重庆地方标准DBJ50-218-2015《重庆市民用建筑电动汽车充电设备配套设施设计规范》中规定了停车场内设置的非车载充电机充电区，宜靠近停车场的出入口;集中充电停车位数量≤50。按照GB/T51313-2018《电动汽车分散充电设施工程技术标准》，电动汽车充电设施所在的防火单元需要独立设置，单层汽车库建筑内每个防火单元建筑面积最多不超过1500m2。多层汽车库建筑每个防火单元建筑面积最多不超过1250

m2。地下汽车库或高层汽车库，每个防火单元建筑面积最多不超过1000

m2。每个防火单元应与其他防火单元和汽车库其他部位分隔，分隔可采用耐火极限≥2h的防火隔墙或防火卷帘、防火分隔水幕等防火措施。当地下、半地下和高层汽车库内配建分散充电设施时，还应设置火灾自动报警系统、排烟设施、自动喷水灭火系统、消防应急照明和疏散指示系统等。当发生火灾时，消防探测器能第一时间探测到火灾信号并反馈给消防控制室，联锁启动该防火分区内的防排烟设施，降落防火卷帘门，切断充电设备及其他非消防设备电源，点亮消防应急照明和疏散指示标志灯具。

笔者认为，除了遵循以上国家及地区规范要求外，在停车场方案设计时，就应在总平面上考虑充电车位的布局，根据建筑使用功能，将充电车车位设置在不影响整体性和通透性的边角处;设置在远离厨房、锅炉房、换热机房、变电所、柴油发电机房等危险区域的区域;以及在车库出入口等利于通风的区域。设置充电设施的停车场建筑，其火灾报警系统与灭火系统尤为重要，需要相关专业密切配合。此外，智能化方面也可设置智能充电管理平台，对电池的状态进行采集、检测、评估，记录车辆信息、电池信息，对充电过程、充电历史进行数据分析对比，对非正常充电车辆及时断电、上报，从充电系统中隔离。在消防联动方面通过火灾探测器，连锁启动该区域的排烟风机，将烟气和热量尽快排出，避免高温对该事故区域的其他正常车辆造成损坏，控制火灾范围。4结束语

2020年底，我国已建成分散式充电桩480万个，车载电池及其充电过程对建筑物带来的火灾隐患需要更加重视。在建筑电