锂离子动力汽车火灾危险性评价

本科论文摘要随着我国不断推动电动汽车的发展，锂离子电池在行业的应用大幅提高。虽然如今的锂离子电动汽车的工艺水平以稳步提高，但是相关的火灾事故不断发生。我们不能否定锂离子电动汽车的普及给我们带来的益处，但可以将其的事故概率尽可能的降低，减少事故给我们带来的经济财产损失。锂离子动力汽车最为典型的是火灾事故，因为锂电池汽车相比传统燃油汽车有其特殊的特性，火灾蔓延快、控制措施少等特点使得我们不得不更加重视电动汽车的火灾危险性。本文通过查阅资料，了解锂离子电动汽车的结构及工作原理等相关知识，结合实际情况客观分析导致发生火灾的各种因素包括但不限于高压线路、电池组。根据相应原则合理划分各项指标，包括人和各种硬件以及软件，利用层次分析法和专家赋值法确定各指标的权重值，体现出最应该受到重视的关键指标，加强重视程度。再对锂离子动力汽车进行实际调查，进一步研究其火灾危险性。对锂电池进行实验可以证实电池组故障在火灾危险性中占重要地位。根据对电动汽车的火灾危险性分析，提出电池组、设计生产和消防多个方面相应的防范措施，可以最大程度的降低火灾风险，保障人民生命财产安全的同时，有利于促进锂离子动力汽车及其相行业的发展。 关键词：锂离子动力汽车；火灾危险性；危险源辨识；安全评价；防范对策Abstract WithChina'scontinuouspromotionofthedevelopmentofelectricvehicles,lithium-ionbatteriesintheindustryhasgreatlyimprovedtheapplication.Althoughtoday'slithium-ionelectricvehicleshavesteadilyimprovedtheirprocesses,relatedfireaccidentscontinuetooccur.Wecannotdenythebenefitsofthepopularityoflithium-ionelectricvehicles,butwecanreducetheprobabilityofaccidentsasmuchaspossible,reducingtheeconomicandpropertydamagecausedbyaccidents.Lithium-ionpoweredgycarsarethemosttypicalfireaccidents,becauselithiumbatterycarshavetheirspecialcharacteristicscomparedtoconventionalfuelcars,therapidspreadoffire,lesscontrolmeasuresandsoon,wehavetopaymoreattentiontothefiredangerofelectricvehicles. Thispaperconsultsthedatatounderstandthestructureandworkingprincipleoflithium-ionelectricvehiclesandotherrelatedknowledge,combinedwiththeactualsituationofobjectiveanalysisofthevariousfactorsleadingtothefire,includingbutnotlimitedtohigh-voltagelines,batterypacks.Accordingtothecorrespondingprinciples,thecorrespondingprinciplesoftherationaldivisionofindicators,includingpeopleandvarioushardwareandsoftware,theuseofhierarchicalanalysisandexpertassignmentmethodtodeterminetheweightvalueoftheindicators,reflectingthemostworthyofattentiontothekeyindicators,strengthenthedegreeofattention.Theactualinvestigationoflithium-ionpoweredvehiclesiscarriedouttofurtherstudyitsfirerisk.Experimentsonlithiumbatteriescanconfirmthatbatterypackfailureplaysanimportantroleinfirerisk.Accordingtothefireriskanalysisofelectricvehicles,thecorrespondingpreventivemeasuresofbatterypack,designproductionandfireprotectioncanminimizethefireriskandensurethesafetyofpeople'slivesandproperty,andpromotethedevelopmentoflithium-ionpoweredi-powervehicleandanditsphaseindustry. Keywords:Lithium-ionpoweredcars;Firehazard;Hazardidentification;Safetyevaluation;Precautions

目录TOC\o"1-3"\u第一章绪论 11.1研究背景 11.1.1新能源汽车补贴政策 11.1.2新能源汽车的市场信息 11.1.3锂离子动力汽车的组成 21.1.4锂离子动力汽车危险性分析 21.1.5锂离子动力汽车火灾事故统计 21.1.6锂离子电池概述 41.2国内外研究现状 41.3研究的意义 51.4本文主要研究内容 5第二章锂离子动力汽车火灾发生因素分析 72.1锂离子动力汽车简介 72.2动力电池组 72.2.1锂电池的组成和工作原理 72.2.2锂离子电池着火的危险 82.3锂离子动力汽车控制器 112.3.1锂离子动力汽车控制器介绍 112.3.2锂离子动力汽车整车控制器火灾分析 112.4电机驱动系统 122.4.1电机驱动系统简介 122.4.2锂离子动力汽车电机驱动系统火灾分析 122.5电源转换器 132.5.1电源转换器介绍 132.5.2功率转换器火灾分析 132.6高压线路 142.6.1锂离子动力汽车高压线路介绍 142.6.2高压电系统火灾分析 142.7电池管理系统（BMS） 152.7.1电池管理系统简介 152.7.2电池管理系统火灾分析 152.8人的不安全因素 162.9充电设施因素 16第三章锂电池动力电池实验 173.1实验目的及条件 173.2实验过程 173.2.1导线短路实验 183.2.2电池浸水短路实验 213.3实验总结 23第四章锂离子动力汽车现场调查分析 244.1现场分析条件及目的 244.2现场分析 244.2.1前引擎部位 244.2.2锂电池组部位 254.2.3其他部位 264.3采用调查表法 264.3.1采用调查表法的意义 264.3.2调查表 274.3.3调查结果分析 27第五章锂离子动力汽车危险性评价 295.1评估方法综述 295.2锂离子动力汽车火灾危险因素评估指标体系构建 295.2.1评价指标选取的原则和指标选取 295.2.2评估指标体系的结构 305.3主观权重的确定 325.4各指标主观权重的确定 335.5小结 38第六章锂离子动力汽车火灾防治对策 406.1锂离子动力汽车火灾防治简介 406.2动力电池 406.2.1.动力电池的火灾特点 406.2.2提高锂离子动力电池安全的措施 416.3汽车设计生产方面 416.3.1锂离子动力汽车电气保护 416.3.2发展主动保护技术运用 426.3.3防止间接起火 426.4消防建议 426.4.1锂离子动力汽车火灾现状 426.4.2完善锂离子动力汽车标准体系 436.4.3加强锂离子动力汽车消防方面理论研究 436.5加快充电设施的建设 43第七章结论 44第一章绪论1.1研究背景自2010年以来，新能源汽车在中国已呈现出惊人的发展趋势，中国政府高度重视新能源锂离子动力汽车的发展。2016年，国务院发布了32项文件，将新能源锂离子汽车正式划分为七个战略性新产业。2018年，科学技术部，工信部，财政部以及国家发改委联合出台了以纯锂离子汽车，插电式混合动力汽车和燃料电池汽车技术开发为重点的新能源开发方案[1]。汽车研发和大型商业试验项目促进了锂离子动力汽车的工业应用。在国家政策以及相应工业水平的支持下，它使新能源锂离子动力汽车的发展迈上了一个新台阶。1.1.1新能源汽车补贴政策新能源锂离子动力汽车已逐步形成较大规模产量。通过补贴政策和其他手段，在城市中使用新能源的锂离子动力公交车正在得到推广，特别是在空气污染严重的地区，如今，除了特殊的公交路线外，各大城市的公交车基本上已经被新能源汽车所取代。国家还协助个人或企业购买新能源汽车。2013年，国家明确了新能源汽车的补贴标准，购买纯锂离子动力乘用车的消费者通过汽车补贴能节省最高12万元的支出，新能源客车价位从30万至50万元不等。在2019年国家下发的新能源汽车补贴政策中，明确了车辆的续航里程与电池密度，以及能耗等因素都对具体补贴金额起决定性作用。这种政策更能促进企业更好的发展新能源技术，显示出政府将传统的补贴行为转变到由企业和市场推动新能源汽车的发展。同时，全国在2020年实行新能源汽车免征购置税政策。个别地区实行对充电桩建设的补贴，通过增加充电桩的分布数量，还包括出行不限号措施、个人设置充电桩免安装费、部分停车场对新能源汽车半价优惠或免费等政策推动我国新能源汽车企业更快发展，也加快群众购买新能源汽车的速度[2]。1.1.2新能源汽车的市场信息到目前为止，新能源汽车的生产和销售分别为639,000和609,000，分别比上年增长49.7％和51.4％。教练（基本上是纯锂离子公共汽车和通勤者）有大约100,000人。乘用车用电量为137亿瓦时，占37.72％，专用车用电量为85.1亿瓦时，占22.95％。锂离子电池的支撑能力为3690亿瓦时，占支撑能力的99.56％。锂离子动力电池已被广泛使用。中国是世界上第一辆以纯锂离子动力的公交汽车是深圳公交车，它遵循新能源领域的独特技术路线，为公共交通车辆提供动力，并实现了纯锂离子动力的所有成就。中国插电式混合动力汽车的开发已实现批量生产，并取得了显著的技术成果。1.1.3锂离子动力汽车的组成纯锂离子动力汽车由三部分主体组成：一是电源系统。二是电力驱动系统。三是辅助系统[3]。1.1.4锂离子动力汽车危险性分析锂离子动力汽车相比普通型汽车来说，首先在政策上有优惠价和不限行，以及成本方面，每公里电费3毛左右，锂离子动力车加速和静音方面体验良好，还对环境的污染较小等优点。随着全球锂离子动力汽车的快速发展，车企越来越注重锂离子动力汽车带来的效益，加大力度推动相关技术的发展，增加更多的续航里程，使用很多的电池单元。人民群众也逐渐对锂离子动力汽车持积极乐观态度，在购买时，考虑锂离子动力汽车的车型等，维修行业也拓展锂离子动力汽车的维修业务。但是在锂离子动力汽车产业发展迅速的同时，带来很多的隐患。例如，盲目的追求技术发展和市场推广，忽略安全性，可能对易损件，易损部位未加强，容易使人忽略其重要性。另外，消费者检修不及时规范；对隐蔽部位、易损部件检查不仔细；忽略汽车自检报警；未按时保养检查；未按说明书和其他要求对电池、线路保养检查或违反锂离子动力电池使用条件和注意事项等的行为，使其锂离子动力汽车存在隐患。在行驶中，长时间的接触不良造成发热，会引燃周围可燃物，发生火灾。其外部原因包括但不限于处于高温环境下的热冲击、由于操作不当或其他原因造成的碰撞、因意外情况导致车辆浸水以及电池过充等都会产生火灾甚至爆炸事故。1.1.5锂离子动力汽车火灾事故统计2018年1月，由于锂离子电池过热，储存在乌鲁木齐市公共交通公司车库中的某品牌纯锂离子动力公共汽车被移除。调查发现，（去年12月23日天气寒冷）这辆汽车被存放在一个有残疾人的仓库中，停放大约有15天后着火。2018年，由于磷酸铁锂电池过热故障，上海纯锂离子动力客车自然点火。同年4月，杭州的一辆锂离子出租车在行驶过程中，由于电池过热而发生事故。近年以来随着锂离子动力汽车的增多，事故的累计数量也增长。2020年1月，据中国工程院士孙逢春介绍，目前万辆新能源汽车的年事故率约为0.9-12/10000。2015年3月，福建省陆地方舟牌的锂离子动力客车在行驶中自燃。2016年4月，珠海市银龙牌新能源客车因电池短路自燃。2017年3月，位于上海的特斯拉牌某型号乘用车因充点电压不稳导致冒烟。2018年8月，安凯客车企业下的某乘用车因电气元件短路引发火灾。2019年2月，美国特斯拉牌锂离子动力汽车行驶时碰撞导致起火。同年8月，浙江杭州富阳区一辆新能源汽车起火燃烧。这也仅仅是事故数量的冰山一角，列出近年来较为典型的事故案例，如表1-1。可以将车辆火灾时的状态分为三类：一是行驶中起火，二是充电中起火，三是停置中起火。另外，根据2015-2019年新能源汽车事故统计其中充电状态占75%、行驶状态占13%、静止状态占12%（如图1-1）[4]。表1-12015-2019年新能源汽车事故统计日期地点车型车辆类型事故原因2015.1深圳五洲龙客车行驶中自燃2015.4深圳五洲龙客车过充短路2016.2北京宇通客车充电中自燃2016.5珠海银隆客车电池短路2016.6上海比亚迪乘用车因车主私自改装2016.6北京江淮乘用车原因不明2016.7南京苏州金龙客车浸水起火2016.9惠州宇通客车追尾起火2019.9湘潭众泰乘用车电池信号线短路起火2016.11天津NA客车行驶中自燃2017.2广州特斯拉乘用车碰撞后起火2017.5北京安凯客车飞絮引发火灾2017.6北京江淮乘用车停放时自燃2017.8珠海银隆客车台风大雨天气2017.11石家庄江淮乘用车充电中自燃2018.5湖北众泰乘用车停放中自燃2018.5深圳未知物流车充电中自燃2018.7深圳陆地方舟物流车动力电池故障2018.8铜陵安凯客车客车电器元件短路起火图1-1火灾事故发生时的车辆状态在锂离子动力汽车火灾事故中，基本都是锂电池受碰撞、进水以及线路短路等原因引起，所以在新能源锂离子动力汽车火灾事故危险性分析中，重点是围绕锂电池以及线路问题进行分析。1.1.6锂离子电池概述锂离子电池是一种高性能可充电电池，它使锂离子在正极和负极之间移动以完成充电和放电。随着锂离子动力电池技术的飞速发展，使得锂离子动力汽车和混合动力汽车都以锂离子电池作为重要动力源。当前的锂离子电池市场规模预计每年增长20%。锂离子电池一般常见以下几类：一个是磷酸铁锂子电池，一个是三元锂子电池，有钴酸锂电池和锰酸锂电池等。1.2国内外研究现状目前，国内很多知名的锂离子动力汽车制造商和相关研究机构对锂离子动力汽车消防安全的研究基本将重点放在动力电池组、车内高压输电线路以及碰撞等这些汽车制造相关技术层面。同时为了应对锂离子动力汽车火灾的发生，消防部门也采取相关措施。美国国家可再生能源实验室采用数值仿真方法，根据实验等手段测量的锂离子动力电池模块内部实际温度数据推出了温度场分布情况，并配合单位电池热力学模型及其所建立的动力电池模块与热电耦合模型，对动力电池整体模块的生热量进行了预测计算，并与实验数据进行对比分析，其研究结果对于评价并优化锂离子动力汽车电池能量管理系统中的热管理模块具有一定的指导意义。国内针对锂离子电池热管理系统的试验研究受成本和技术限制起步较晚，试验验证的方法使用较少，主要还是以采用软件建模仿真分析研究方法为主。清华大学研究人员给予国内外相关试验数据，建立了不同类型锂离子电池热效应模型，并进行了不同倍率放电条件下电池模块温度场分布模拟计算，为研究电池升温效应和散热结构优化技术提供了参考。各国对车内高压线路方面的研究基本是和碰撞安全联系在一起，很多专家，企业和相关部门对这些都进行了较为深入的研究。例如三菱公司已经研发出了在电脑识别到车辆发生较大碰撞后迅速切断动力电池模块电路的系统，即使线路发生短路故障，也不会直接造成火灾等的二次事故。另外还将车辆内部电池组处配备了整套的缓冲保护等硬件设备，在实验中都得到了良好的肯定。我国对锂离子动力汽车高压输电线路的碰撞安全性也十分重视。国家863计划在锂离子动力汽车重大专项中就专门设置了“高压电安全控制与动力系统故障诊断”这一课题。承担该课题的中国科学技术大学相关研究人员研发的电池安全管理系统中就继承了接地故障检测、绝缘检测、高压线路通断控制、预充电控制及撞击后自动迅速断开控制等多种功能，这对于提高锂电池动力汽车高压线路的安全性有重要作用，也提高整车的安全水平，降低火灾事故的发生[5]。1.3研究的意义目前，就全球锂离子动力汽车在市场的占有率来看，锂离子动力汽车的安全性更关系到群众的生命财产安全。在锂离子动力汽车事故中，火灾事故在所有事故中占大幅比例，所以，降低火灾事故更能有效的降低锂离子动力汽车的总事故率。另外，发生火灾事故后，因为锂离子电池的特殊性，车辆较少会随车携带灭火器，并且灭火器可能不适用电气火灾，车辆火势迅速，若有车内有人则逃生时间更短，所以在发生火灾事故以后，车辆基本只能报废，而且还会引燃周围车辆或其他可燃物，导致人员伤亡造成更大的财产损失。而减少锂离子动力汽车火灾发生的可能性，可以大幅度降低人民生命财产损失。就目前看来，国内和国外对锂离子动力汽车火灾的研究较少，所以，本文的意义在于通过分析锂离子动力汽车火灾危险性，来降低锂离子动力汽车的火灾事故率并推动锂离子动力汽车技术改进，促进相关经济发展有积极作用。1.4本文主要研究内容本文研究影响锂离子动力汽车火灾的因素，并研究相应的防范措施。因锂离子动力汽车相比于传统燃油汽车有结构和驱动形式上的差异，锂离子动力汽车火灾有其独特性，和传统燃油汽车火灾相比，从救援，预防等角度更有难度。本文主要的研究内容如下：（1）通过查阅相关资料文献，分析目前锂离子动力汽车火灾的研究状况，分析锂离子动力汽车火灾的特点，研究意义，提出本文研究路线及重点。（2）结合列举的锂离子动力汽车的火灾事故，针对可能导致锂离子动力汽车火灾事故的各种危险因素，包括汽车软件和硬件包括：动力电池组、控制器、电机驱动系统、功率转化器、高压线路、电池管理系统BMS和充电桩和设备以及人的不安全因素进行分析，研究火灾发生原因。（3）利用现有的条件，进行对锂离子动力电池的短路实验。通过记录数据及现象，分析结果方法进一步了解锂离子动力汽车的火灾危险性。（4）根据现有的条件，对锂离子汽车进行现场调研分析，并且通过调查问卷的方法分析相关有害因素。（5）根据前文中的调查和分析得到锂离子车辆易于评估危险区域和危险工作条件，并且根据风险划分了危险因素，运用层次分析法和专家赋值法计算各指标的权重。（6）基于分析和评估的结果，我们基于最危险的因素对锂离子动力车辆的火灾和消防安全措施进行了研究，并提出了相关的改进措施。第二章锂离子动力汽车火灾发生因素分析进入二十一世纪后，人民的物质生活水平提高了，但是交通堵塞、汽车尾气污染等问题表现的更加突出。同时，由于社会政府对保护环境的重视，锂离子动力汽车以其零排放、低噪声的优点越来越受到青睐。作为绿色交通工具的锂离子动力汽车，将是未来汽车发展的主要方向。2.1锂离子动力汽车简介随着汽车工业的发展，锂离子动力汽车的数量在增加，有三种类型：锂离子动力汽车，燃料电池汽车和混合动力汽车。锂离子动力汽车具有环境污染小，效率高，噪声低，运行稳定的优点。锂离子动力汽车构造与传统汽车的动力系统区别，全车动力部件涉及高压线路，导致火灾概率增加。传统车辆中燃油系统损坏等引发的火灾在锂离子动力汽车就不会发生，而锂离子动力汽车中的电池组具有一定的火灾危险性，因此研究锂离子动力汽车的火灾原因，对锂离子动力汽车火灾的防治具有重要作用。随着全球锂离子动力汽车保有量的持续增加，锂离子动力汽车的火灾事故也频繁发生。大量事故案例分析可见，因动力电池组的故障引发火灾的案例占了锂离子动力汽车火灾的80%，故对动力电池组以及直接影响电池组安全性的研究是锂离子动力汽车火灾防治的关键。2.2动力电池组锂离子电池组是锂离子动力汽车的重要组成部分，并提供电能来驱动锂离子动力机器。电机驱动系统将电能转换为机械能以驱动汽车。目前锂离子电池的技术较为成熟，广泛用于动力汽车电池组的组成。2.2.1锂电池的组成和工作原理（1）锂电池的组成锂离子电池结构如图2-1所示[6]，主要由正极、负极、隔膜、电解液组成。·为动力汽车提供电能的锂离子电池组是将单个锂电池按照一定的串并联顺序将多个单体电池组成电池包或电池模块，每个电池模块内的电池数量决定了电池模板的容量，各类型的电池模块中的电池数量有较大的差异。锂电池正极材料负极材料电解液锂电池正极材料负极材料电解液隔膜其他外壳及其他六氟磷酸锂其他锂盐溶剂非碳材料碳材料锰酸锂磷酸铁锂镍钴锰酸锂钴酸锂图2-1锂离子电池的组成（2）锂离子电池的工作原理在锂电池的充电和放电过程中，Li离子在正极和负极之间结合和分离。在放电过程中，被正极材料吸收的Li失去电子，变为Li离子溶解在电解质中，并向阳极移动。在充电过程中，正极和Li的电解质积聚在负极上，并且将获得的电子还原为Li并吸附在负极的碳材料上[7]。2.2.2锂离子电池着火的危险在以下情况下电池可能会燃烧或爆炸，发生火灾的风险更大，包括过度充电，包括内部短路，挤压，刺穿，跌落和振动等。（1）锂电池的燃烧分析电池内部压力高或瞬时温度迅速升高是锂电池燃烧或爆炸的主要原因。由于单个锂电池的小尺寸和良好的密封性，电池充电和放电过程中的一系列反应都在这个狭窄的空间内。阳极的热分解与溶液的氧化和还原等反应也在这里进行。充电态正极的热分解在锂电池充电时，可能会引起正极的活性材料分解反应，正极分解放出的热量会引起一系列的副反应发生，从而进一步快速放热，如此循环使电池内部快速升温。②磷酸铁锂电池燃烧分析在充放电过程中，Li离子可以可逆地分离或嵌入电池中，即使Li大量分离，也可以保持出色的稳定性。电池的负极材料是石墨。在中间，有一个聚合物隔板，该隔板将正极和负极隔开，并防止电池短路，并且电子通常无法通过隔板，但离子可以。电解质的作用是在阳极和阴极之间转移，从而影响电池的功率和安全性。当电池在正常温度和电压范围内时，不会发生副反应和晶格结构损坏，并且电池内部的充放电反应是常规进行的。如果电池温度过高，则触发锂电池的内部反应以释放气体并产生大量热量，并且磷酸铁锂电池正极材料的晶格结构受损。由于反应快速，剧烈且瞬时，因此会产生大量热量，电池温度升高，由于高温导致内部压力升高，同时高温会促进副反应速率，从而导致恶性循环并进入失控状态。如果电池的内部压力和温度过高而无法及时打开安全阀，则电池可能不会引起危险事故。如果压力太高，安全阀打开时，由于加热而挥发的易燃气体混合物会与电池盒壁的摩擦而产生热量，从而容易点燃点火点低的混合蒸汽，从而导致电池燃烧。另外，当电池在空气湿度高的环境中破裂时，碳阴极中的锂会与水分剧烈反应，立即释放大量热量，并且电池可能会燃烧。（2）动力电池燃烧的诱因[8]外部环境激励a）电池过度充电。电池在正常充电过程中温度会缓慢上升，没有随时间推移去散热而发生的风险。当发生过度充电情况后，电池升温速率提高，并且电解质会发生氧化分解，导致一系列热反应发生，热量会加重电池内部温度升高，并且在反复循环之后，电池容易发生热失控。b）短路。发生短路时，电池的放电电流会变得非常大，并且温度会迅速升高，从而导致一系列放热反应，火花和爆炸。c）机械滥用。机械滥用包括电池收到刺伤，挤压，掉落，振动等伤害，电池极有可能由机械滥用而发生短路并立即释放大量热量。d）高温效应。当电池长时间裸露在高温下时，SEI膜会分解，导致电池短路，并且在电池短路后立即释放出大量的热量，从而引起另一个放热反应。e）锂离子动力车辆碰撞时，导致电池收到压缩或刺穿，易发生燃烧和爆炸。当锂离子动力车辆着火时，电池组会迅速燃烧或着火，并且难以扑灭，从而可能导致严重的生命和财产损失。②内部因素许多测试结果证实，电池的内部短路是危险的。如在正常使用条件下，电池会燃烧和爆炸。现场的所有电池都通过了电压感应过程，但是由于内部电路的存在，短路经常在用户使用时发生，这使得很难发现和避免。内部短路的原因有：a）导电粉尘吸附在隔板表面上。这是最大的隐患，可能导致电池内部短路，导致操作不安全，因此，在正常使用过程中，大多数不安全操作都会发生。如果无法严格控制电池组装车间的环境，则空气中会存在大量激光焊接粉尘和极板雕刻粉尘。这种悬浮的灰尘由于静电会被吸附在隔板的表面上，并且在卷绕过程中会被捕获在阳极和阴极之间。灰尘会对电池生产产生两个影响。①电池短路。保留电池电压后，可根据电池电压找到并取出电池的该部分，并且该部分不会流通给用户，这会对用户产生不利影响，只会降低产品的产量。②灰尘不能完全渗透到隔膜中，但是有短路的危险。如果正常使用，则随时可能发生安全事件，这种情况最危险，原因是电池的厚度与充电状态密切相关，随着电池的连续充电，电池的厚度逐渐增加，并且在放电过程中电池的厚度逐渐减小。b）电池芯的正极板和负极板未对齐。在设计电池极片时，阴极片通常比阳极片宽。目的是确保电池单元中负极的相对边缘宽度为0.25至0.5mm，以便在电池充电过程中不会在负极边缘产生锂。然而，在缠绕过程中，由于正极边缘的一部分从负极突出并且锂在充电期间可能析出，因此极靴位置未被精确地控制。C）极靴上有毛刺。如果极靴是狭缝，则由于极靴边缘有毛刺而作为合格产品装运，并且如果它在电池生产过程中不引起直接内部短路，则通常不会被发现。但是，由于在使用电池时厚度的不断膨胀和收缩，毛刺可能会刺穿隔膜并造成内部短路，从而导致安全事故。d）锂在负极表面的析出。为了避免锂沉淀在负极表面上，在设计电池时，负极片的容量通常比正极片的容量高5％至10％。由于在阴极表面上有一个空白的涂层点或不均匀的涂层，因此局部阳极容量可能高于阴极。e）电解质不均匀。电解质分布越多，电极表面的使用越多，分布越少，利用率越低。在充电过程电解质过度参与易导致负极表面锂沉淀现象，从而引起电池内部短路并造成危险事故。f）正极材料不纯，材料中的其他金属杂质可能引起电池短路。2.3锂离子动力汽车控制器2.3.1锂离子动力汽车控制器介绍锂离子动力车辆控制器包括车辆控制器和电动机控制器。其中，车辆控制器是整个车辆的关键控制组件。整车控制器是实现锂离子动力汽车控制功能的关键，有多种功能：采集车辆的运行状态等信号，在驾驶员做出反应后，发送相应命令至执行机构，按驾驶员的意愿做出实际行为；通过CAN总线与汽车相关部件进行通讯，通过采集信息、通讯，使车载仪表显示车辆的状态信息；如果系统出现故障，能记录并分析这些故障，且如果故障可能损坏汽车时，能在出现故障时根据危险程度做出反馈，必要情况切断线路；还包括协助管理控制电路及辅助设备功能。2.3.2锂离子动力汽车整车控制器火灾分析由于消费者对锂离子动力汽车续航里程、动力性的高要求以及电池技术的不断发展，现在的锂离子动力汽车动力电池组的输出电压也在不断提高，目前国内外的锂离子动力乘用车的电池电压大部分集中在280V-400V之间，而纯锂离子动力客车更是达到了500~600V的高电压。在如此高电压、大电流环境下工作，锂离子动力汽车控制器在工作过程中可能因发生以下故障而引起火灾。（1）总线过电压在线路和电气设备中产生火花电弧，往往是由于母线电压高于正常值造成的；电弧温度高，就有发生火灾的危险。（2）母线电压低动力电池也具有可接受的最小电压值，超过此极限可能很危险。如果总线电压太低，则相应的电流会很大。如果存在大的直通电流，某些大型控制电路的阻抗组件和设备可能会引起火灾并产生大量热量。（3）过热控制器电动机如果长时间承受长负载，就会造成绝缘导体和电气设备老化，从而导致泄漏电流。同时，当接通大电流时，功率单元会发热，有发生火灾的危险。2.4电机驱动系统2.4.1电机驱动系统简介电机驱动系统作为锂离子动力汽车的核心工作系统。电子控制器通过相应的传感器和电子设备，从蓄电池、功率变换设备、锂离子动力机、变速器和差速器采集电流、电伍、转速、温度等信号，通过电子控制器内部控制算法，结合锂离子动力汽车当前状态明确驾驶员的驾驶意图，从而输出控制信号给功率变换设备。功率变换设备作为能量传递的桥梁，在电机驱动和制动能量回馈中实现蓄电池化学能和电机动能的能量转换[9]。2.4.2锂离子动力汽车电机驱动系统火灾分析电机驱动系统发生火灾机理分析，有以下几种火灾隐患。（1）线路过压电动系统的过电压现象主要集中在直流总线电压上，这可能会损坏总线电容器、总线或功率设备。在过电压条件下长时间使用可能会影响电气设备，降低电线的绝缘性或导致完全击穿。（2）线路低压在相同的系统输出功率条件下，线路电压太低，线路电流变得太大，超过设备的额定电流，从而损坏设备并产生严重的热量。同时，电动机不仅在低效率和高温产生的情况下在电压下运行，而且还在长期的低压条件下运行，从而降低了电动机绕组的绝缘性，从而导致绕组短路或开路，从而存在着火的危险。（3）电动机过电流发生过电流时，电动机可以旋转，但驱动电流远远超过额定值，超过振幅时，可能会产生较大的浪涌电流。如果线路过电流，则线圈绝缘会降低，从而可能导致匝间短路，相间短路或地线匝短路或电动机起火，包括导线绝缘层损坏，这可能会在电动机燃烧时导致严重的火灾隐患。（4）电机过载由于过载期间流经电路的电流大，电动机驱动系统的某些组件具有相对较高的阻抗，因此容易在电路中产生高温，如果温度过高，则漆包线的绝缘层会损坏并烧毁或围绕绝缘子它可能会加速并引起老化和起火。（5）过热如果温度过高，则会影响电动机主体的绝缘值，导致线路和电气设备的绝缘故障，引起漏电的风险，还可能引起电弧引燃周围可燃物导致火灾。2.5电源转换器2.5.1电源转换器介绍锂离子动力汽车电气系统中使用的功率转换器主要是DC/DC转换器在各种锂离子动力车辆中，功率转换器主要实现以下功能[10]：（1）不同电源之间的特性匹配。（2）驱动辅助系统中的直流锂离子电源。在较低功率直流锂离子动力机器驱动的转向和制动之类的辅助系统中，DC/DC转换器通常用于供电。（3）给低压辅助电池充电。在锂离子动力车辆中，需要高压电源通过降压转换器为二次电池充电。在电池系统和车辆驱动系统之间增加了DC/DC转换器，并且电池系统和DC/DC转换器一起形成电力系统以向驱动系统供电，从而提高了驱动系统的稳定性。CPU控制系统的功能是控制不同负载转换条件下的输出稳定性，输入滤波可确保电池兼容性并抑制传导干扰。先进的整流滤波和二次滤波可减少电源的输出纹波。2.5.2功率转换器火灾分析功率转换器工作时的输入电压在200-600V之间，而输出电压在24V或以下，而且锂离子动力汽车中辅助电路及控制电路多，负载也多，则功率转换器工作功率很大，有可能发生以下故障，从而引发火灾。（1）短路短路故障导致绝缘导线的接头、接线端子和插接件等连接部位，由于其接触面相比其他导线电阻较大，且短路时电流特别大，从而使相关连接部分产生高温现象，增大火灾隐患。短路也会间接使得电池温度升高，存在安全隐患。在短路故障点，其温度更高，危险性更大，短路电弧温度非常高，损坏电路的同时，可能引燃内饰等可燃材料，导致火灾危险性增大。（2）过载如果功率转换器的工作电流超过允许的电流量，则称为绝缘导体过载。过载会加速连接零件周围的绝缘电线的老化并引起火灾。（3）绝缘失效当绝缘导体的使用寿命达到终点时，表面变硬，破裂或腐蚀并损坏导致漏电，甚至短路，引起高温或电弧，引发火灾。（4）接触电阻故障接触电阻故障。如果接触电阻过高，则可能导致连接过热和高温，从而引起火灾。2.6高压线路2.6.1锂离子动力汽车高压线路介绍纯锂离子动力汽车在高压电气和电气系统中包括许多高功率设备，这些设备具有高压，大电流和强电磁干扰的特性。锂离子动力汽车的高压电路由动力电池，在电池组内部的控制线路，正负接触器和高压负载组成[11]。根据锂离子动力车辆的实际结构和高压电路的特点，已知锂离子动力车辆的高压系统需要在保证车辆动力传输的同时实时监测高压电气状况，而高压系统在发生故障时会导致高压系统故障。为了确保整个车辆系统和乘客的安全，必须切断高压电路，并同时阻止在停车或充电时可能发生的所有高压危险。2.6.2高压电系统火灾分析根据之前的锂离子动力汽车的高压电路图，根据高压系统电路的电气特性，锂离子动力汽车的高压电路的安全缺陷是由于动力电池组故障，短路故障，开路故障和通电瞬态效应引起的。缺陷主要有五种类型，例如故障和事故，并且这五类缺陷中的每一种都可能导致锂离子动力汽车着火。（1）电池组不工作锂离子动力汽车电池在发生故障时容易发生火灾事故，高压线特殊故障会导致汽车在更短时间内烧毁。（2）短路错误高压线具有大电流和大量功率器件，并且当发生短路时，高压线会在短时间内产生大量热量，从而引起火灾。（3）开路故障如果高压线上发生开路错误，则连接器将烧坏并且有引起火灾的危险。（4）电源瞬态冲击错误一旦高压线接通，容性负载可能会引起诸如短路之类的冲击，从而导致燃烧安全事故。（5）意外碰撞锂离子动力车辆直接发生了较为严重的碰撞事故，极有可能高压线路受到影响，则可能会发生一系列故障，并有引发火灾的危险。2017年8月26日凌晨，铃木锂离子出租车在南京着火，炸死3人。根据现场照片可以看到电池组中的某些电池已耗尽，在撞车过程中高压线发生短路，导致高温电弧，电弧火花点燃了部分电池和汽车内部引起火灾。2.7电池管理系统（BMS）2.7.1电池管理系统简介电池管理系统即BMS（BatteryManagementSystem），是用户与电池之间的交通纽带。BMS的使用极为广泛，在数码设备、人工智能和电动汽车等领域都有它的参与。具有防止电池出现过度充放电情况，提高电池的利用率，监控电池的状态等优点。BMS在电动汽车领域极为重要，主要提供以下三个功能：（1）BMS应能实时监测电池状态。可以监测电视的外特参数，例如电压、电流、温度等，可以通过系统让司机及时了解剩余的能量。还可以实现电池内部状态的估算和监控，例如有效容量和SOC等，可以检测电池健康情况，这也是电池管理系统有效运行的基础和关键。（2）在正确获得电池的状态后进行热管理、电池均衡管理、充放电管理、故障检测等。（3）BMS建立通信总线，向显示系统、整车的控制器和充电机等实现数据交换。2.7.2电池管理系统火灾分析电源管理系统是防止电池出现热失控的重要系统，当此系统故障时，无法对电池的状态进行监控管理，在充电完成或者全部放电后，不能及时合理的切断电源，造成电池的过充过放电现象，引起电池组的温度升高，因BMS也无法检测温度，导致电池在短时间内可能出现热失控现象，造成火灾事故。电池管理系统如果失效，不能对各个电池状态进行均衡或者不能及时检测出有故障的单体电池，导致单体电池的运行参数参差不齐或者对故障电池依然保持原有的状态供电，进一步引起电池组的温度升高，导致火灾事故。另外，系统故障使得通讯单元失效，用户和其他系统不能有效识别信息，不能根据电池的状态进行动态调整，也会使得电池组发生火灾。而且BMS如果不能识别短路等情况，在某种条件下，可能导致电弧引燃可燃物引发火灾。2.8人的不安全因素人的不安全因素是引发电动汽车火灾的主要原因，疏忽对车体的检查，对电池组的维护等都会影响电池组或者车内其他设施的安全水平。例如过度对电池组的充电、经常超负荷的运行、忽视环境对汽车安全性的影响等，都可能造成电池的过充放电以及绝缘值大幅降低或浸水等严重风险，从而提高电动汽车的火灾危险性。2.9充电设施因素电动汽车的快速发展，也得益于充电桩的大量建成，使得影响电动汽车续航问题得到有效解决。充电桩的安全性影响电动汽车火灾危险性，充电桩的设置位置一般位于室外，温度湿度等不确定因素较多，又因为检修人员不能及时检查腐蚀、损坏的部位，导致发热引起火灾事故。无论是车主私人的充电桩，还是公共充电桩都会因充电电压不稳定破坏电动汽车的防护设施，引起BMS或高压线等故障，严重会导致火灾事故。使用不配套、不符合要求的充电器和临时的充电线路，都会大幅增加汽车火灾事故的概率。第三章锂电池动力电池实验3.1实验目的及条件实验目的：本次实验通过对单个电动汽车锂离子动力电池进行模拟短路、浸水情况，观察电池电压及温度的变化。通过分析实验数据，对锂离子动力汽车电池在上述情况下的火灾隐患进行总结，进而降低火灾隐患。实验条件：本次实验使用18650锂电池2节、备用电池2节、充电座1个、可测量-20~1000℃的万用表1个、低量程电压表1个、开放式防护箱1个、护目镜1个、导线若干、用于意外起火后应急用水、用于摄像采集数据的手机和用于计时的手机各一部，如图3-1所示。图3-1部分实验器材本次实验所用的电池是圆柱卷绕式锂离子18650电池，电池截面尺寸18mm*65mm，额定电压3.7V，最高电压4.2V，放电最大电流5000mA，电池容量1500mAh，以充电电流600mA时充电时间约为4小时。为安全起见，使用的电池有防爆功能，外部采用金属包裹。在实验中所用的电池电压为4.0±0.2V。实验地点为室外，电池温度受天气风速等影响，在分析中不考虑其他因素[12]。3.2实验过程对两个电池分别充完成后，静置5分钟。第一种方法，采用导线连接电池正负极造成短路，每10s记录一次电池的温度变化，直至观察不到反应的发生为止。第二种是将电池放在具有导电性的水中使其发生短路现象，观察电池的反应。3.2.1导线短路实验（1）操作步骤首先将实验拍摄器材固定在斜上方用于记录数据，用两根导线的一端分别连接电池的正负极上，同时将万用表的温度探针固定到电池外壁中间位置，如图3-2所示。再将两个导线的另一端连接在开关上，在室外放置2分钟，待温度稳定在22℃后，按下开关。由于全程录像，使用视频时间即可。如图3-3所示。图3-2实验过程图3-3实验开始前（2）实验数据记录及处理当按下开关后，电池温度立即上升，由于使用开关触发，未见明显火花。在5min左右的短路实验中，温度持续升高迅速，未见明显烟雾。为安全起见，在升温至130℃后人为停止短路。待冷却后测得此时的电压为3-29V，如图3-4所示。仔细观察电池，正极有鼓包现象。如图3-5所示。通过视频记录的时间对应温度，如图3-6所示，具体温度数据如表3-1所示。图3-4冷却后的电池电压图3-5锂电池短路导致的正极凸出图3-6视频记录的时间与温度对应关系表3-1短路时时间与温度数据记录时间/s电池温度/℃备注022无1023无2027无3031无4035无5039无6043无7047无8051无9055无10059无11064无12069无13073无14076无15079无16083无17086无18090无19094无20098无210101无220104无230108无240112无续表3-1短路时时间与温度数据记录时间/s电池温度/℃备注250116无260119无270121无280125无290127无300129断开线路通过获得锂电池短路时的温度与时间的数据，绘制温度（℃）-时间（s）变化图，如下图3-7所示。图3-7电池短路时温度随时间的变化图3.2.2电池浸水短路实验（1）操作步骤将电池放进盛有自来水的容器中，为使实验效果明显，向自来水中加入10g左右的食用盐，将电池放入容器中，且容器四周不导电，实验时长为30min，如图3-8所示。因电池与水接触，使温度探针无法准确显示电池的温度数值，故采用观察电池变化的方式记录实验结果。图3-8实验开始时（2）实验数据记录在放入水中时，锂离子电池负极处不断产生气体，正极未发现明显反应。经过6min后，正极附近有明显颜色变化，仔细观察发现正极有腐蚀现象。而后进行测温，温度为20℃左右，应为水温，忽略此结果。实验至30分钟结束后，水质变浑浊，如图3-9所示。观察电池负极没有明显变化，但是正极却严重腐蚀，如图3-10所示。图3-9实验结束时状态图3-10浸水后的电池正极腐蚀情况3.3实验总结通过观察表3-1，在短路后，温度持续上升，速率大体一致，在5min左右上升至130℃，可见其升温迅速，且电池剩余电量较多，说明升温至一百余度也仅仅是耗费小部分电量，随着时间的推延，温度依然会持续上升至高温。在停车时更不容易发现电池异常，往往会造成更大的影响。上述实验表明，锂离子动力电池在发生短路时，电池内部反应剧烈，整体温度迅速升高，且速率未有降低趋势。而电池浸水短路，会腐蚀电极，未及时发现可能会因为电池故障大量发热，伴随较多气体的释放。无论是温度升高还是大量气体的释放，在狭小而密集的动力汽车电池组里都是具有很高的火灾隐患，而这种危险因素的释放也是及其迅速，对整个车体及人体都会造成较重的损伤。所以，通过分析上述两组实验的结果，更能体现锂离子电动汽车中预防、控制电池短路的必要性，有效降低车辆火灾事故的发生。第四章锂离子动力汽车现场调查分析4.1现场分析条件及目的受实际情况影响，本次现场调查分析只对比亚迪秦EV2019款高续航版尊贵型，一种车型进行调研，地点位于本小区内，此款汽车已行驶7000余公里，购于两年前。另外，采用网络方式对身边的采用锂电池的电动汽车车主发放调查问卷。此次现场调研目的是根据现有车型及使用磨损情况进行分析，发现此款电动汽车各部位可能存在的火灾隐患。同时，通过调查问卷的形式了解车主在保养检修时的过程，以及掌握车主在使用汽车时是否对危险易损件的检修情况，降低火灾事故的发生。4.2现场分析4.2.1前引擎部位此款车型前引擎出和其他电动车辆大体相似，主要分布高压配电盒、DC-DC电机控制器、电动机、充电驱动、继电器开关和其他用电设备以及其他附件，如图4-1。因高压配电盒内部有高压、现场没有可以操作的人员，所以，对高压配电盒部分只进行外部观察。高压配电盒外部用坚硬的金属部件包裹保护，能在事故发生时，抵挡外界或车体本身部件挤压、撞击配电盒，有效的保护配电盒部分，这可以减少因撞击导致的配电盒受损，避免起火。虽然配电盒占用了较大的空间，但是周围空间并没有特别紧凑拥挤，这有助于行驶中介质与金属壳体的热交换。此外，配电外壳有密封胶，也有助于在潮湿，或者车辆浸水时保护内部。但是仔细观察配电盒进出线会发现，如图4-2，在进线端，电线未做加强保护，部分接头处电线未穿管保护，车体防撞钢梁也与电线垂直错开。在第三章中介绍线路安全事故权重值较大，在碰撞事故发生时，主线路得不到应有的防护，可能会造成线路短路、起点火花，从而导致火灾。电动机在行驶中虽然会产生热量，但是不足以引起火灾的发生，当电动机无法启动时，会用相应的控制电路断开电动机的供电，以防止电动机烧毁及火灾的发生。图4-1秦EV2019款引擎舱图4-2秦EV2019款控制器高压进线4.2.2锂电池组部位在观察锂电池组中，同样无法直观的观察到锂电池组。通过说明书了解到本车使用能量密度为160Wh/kg的三元锂电池，总容量为53.1kWh。电源位于汽车底盘上方，如图4-3，车座内饰下方隐蔽处。由十余个小型锂电池组组成，水平轴、纵轴方向均为一组，车身纵向突出。整个电池组包括有多个单一电池串联在一起组成的一个电池组、正负极总继电器、电脑板、采集电压和温度等信息的模块、保险丝和维修开关以及水冷系统等组成。根据上述章节介绍，电池组发生过放电、短路、温度过热等情况时更容易发生火灾。因此，要对实况着重观察分析是否有导致电池组发生上述情况的危险源。目前，根据官方信息了解到，比亚迪秦的电池组模块处设置了以水为传热介质的热管理系统，通过水流的循环，有效防止电池组过高温的发生。当在北方冬季时，气温过低会导致锂电池不稳定，此系统可以通过加热方式，用水提高电源模块的温度。避免过低温度的大功率使用导致加大火灾危险性。内置的保险丝在短路等情况下会自动迅速融化断开，可以有效防止短路或者过载导致加大火灾发生率。在防水方面，观察到底部的密封效果较为良好，可以保证在涉水时电池组的干燥。但是因为工艺和磨损等条件的影响，未必能做到完全的密封，所以在进水后，长时间的挥发不出去，可能导致绝缘值降低、元件线路腐蚀，从而增大火灾的发生率。图4-3位于底盘上方的电源4.2.3其他部位此车的充电口位于车位副驾驶方向，而充电适配器在引擎舱处，此处的线路应加强保护。另外，轮胎处的刹车盘等部位，在不见断行驶里程较多时热量集聚较多，电线和其他设备应对此处采取良好的隔热设施。增强车身的稳定性也能间接保证线路及电源的良好状态，降低火灾危险性4.3采用调查表法4.3.1采用调查表法的意义现准备采用调查表法，对使用锂电池动力汽车的车主进行调查。此方法便于选定统一的调查对象，同时对被调查者的影响较小，从时间和成本上更有优势。而且方便统计分析调查结果，更加简单直观的体现出驾驶员在使用电动汽车时，对各个影响安全的部件的检修情况以及对火灾的重视情况。4.3.2调查表根据此次课题以及结合实际情况制定调查表，如表4-1所示。表4-1调查问卷表4.3.3调查结果分析本次调查发放30份调查表，收回26份。调查对象以年轻人为主，男女比例按发放时约为1.5∶1。调查结果如表4-2所示。表4-2调查结果汇总序号选项1234567891011121314A21071031532317872B131810519169450017194C11716146101471839120根据调查表可以看出，有很大一部分人对电动汽车的火灾危险性重视不足，可能认为概率很小，有事不关己的心态，我认为这是非常不利于降低火灾危险性的因素，驾驶者首先应该重视火灾危险性，其次靠机械系统的防护措施。多数人在行车前不进行安全检查，甚至是最基本的行车前的检查都没有，这会导致无法及时的发现危险因素。像车辆冷却液的缺失、是否浸水等情况均不及时关注，部件或电池因过热或腐蚀短路发生故障，往往会增大火灾的隐患。不定期的检查易损件和安全措施，倘若绝缘层因某种原因磨损导致失效，未及时发现会有很大隐患。从结果看来，绝大部分人都能使用原装充电器进行充电，能有效降低电池组因过充引起的热失控。车主随意增配例如座椅加热、副驾驶座椅电动调节、车内氛围灯等电子设施，无疑是更加加重电源及线路的负荷。在增配过程中，因性价比问题，改装的人员对线路的安全意识薄弱，可能在安装选配件时破坏出厂时的绝缘防护设施导致增加火灾隐患。另外，车内普遍缺少灭火器等设施，对火势的控制极其不利。第五章锂离子动力汽车危险性评价5.1评估方法综述锂离子动力汽车火灾安全性评价是受到多个因素共同影响的复杂问题，针对复杂主题且有多个评价指标，每种评价方法都有其一定的适用条件[13]，具体如表5-1。表5-1几种常用综合评估方法比较评价方法适用条件层次分析法适用于结构复杂、决策准则多且不易量化的决策问题数据包络法多指标投入和多指标产出的多目标决策单元的绩效评价神经网络法适合非线性、特征不明显的问题模糊综合评价法以模糊数学为基础解决模糊属性方面的问题信息熵法适用于评价指标的数据信息具有较高完整性和科学性的问题属性数学法适用于有完整数据并可以划分数据属性等级的评价由于目前的锂离子动力汽车火灾案例不多，数据还不完善，属性数学法、信息熵法、神经网络法、数据包络法都满足不适用条件，则本文采取层次分析法结合问卷调查和专家赋权法来对锂离子动力汽车火灾安全性进行评价，并划分危险系数。5.2锂离子动力汽车火灾危险因素评估指标体系构建5.2.1评价指标选取的原则和指标选取（1）评价指标的选取原则要实现良好的评估效果，在实际操作过程中对指标的把握非常重要，指标的选取受两个因素影响：指标量及指标的确定。首先，如果指标量太小，得到的评估结果不够全面；而指标量太大，这之间必定会有重复及相关性，造成结果不准确，均达不到目标。因此，要遵循以下原则：①客观与实际结合。在于客观、真实，保证指标体系的完整、科学和全面，要有科学的理论依据。同时指标可操作性也是关键，良好的指标要含义明确、容易收集、计算简单等优点。②系统性。锂离子动力汽车火灾危险因素评估涉及多个方面，按照主要软硬件以及零部件和其他因素可分为八个方面，为保证评估结果的全面、可信，评估指标体系要能分层分类、完整的反应其火灾危险因素的综合情况。③层次性结合关联性。从准则层到指标层，层次关系明朗，容易分辨评估体系的质量，指标权重也相对容易确定。指标要与上层指标有较良好的关联性，并且处于同一层次的指标不能是从属关系。（2）选取评价指标指标收集指标收集指标收集国内外的相关标准、理论知识、结合实际分析系统性原则定性分析依据上述特点采用层次分析法，选取一级指标，提出的指标体系来建立指标体系，参考上一章中容易引发锂离子动力汽车火灾因素的分析指标收集指标收集指标收集国内外的相关标准、理论知识、结合实际分析系统性原则定性分析图5-1指标选取流程图5.2.2评估指标体系的结构锂离子动力汽车火灾防治安全性评价指标涉及多个层面，而且同一层面中影响因素多、内容广泛，因此本文以层次分析法来建立评估指标结构体系，如图5-2所示。顶层为锂离子动力汽车火灾危险因素评估指标体系，按相应原则将准则层展开为动力电池组、功率转换器、控制器、电机驱动系统、高压线路、电池管理系统、人为因素和充电设施8个方面，最后为指标层，即各个引起火灾的危险因素。表5-2评价体系构建目标层准则层指标层电动汽车火灾危险因素评估指标体系动力电池组过充电过放电短路故障机械滥用高温热冲击碰撞控制器母线过压母线欠压控制器过温电机驱动系统电机过载线路过压线路欠压断路故障功率转换器过载故障绝缘故障接触电阻故障线路欠压高压线路动力电池组故障短路故障断路故障上电瞬态冲击故障安全事故电池管理系统（BMS）准确估测SOC功能故障动态监测类故障单体电池间均衡功能故障通信故障外部充电设施临时线路不规范电压输出不稳设备高温短路故障人为因素长期未检修忽视报警私自改装线路驾驶环境恶劣破坏防水绝缘设施使用劣质充电设备5.3主观权重的确定（1）本次针对比亚迪秦系列车型，采用咨询相关领域技术人员及专家，邀请其填写调查咨询表，并根据车辆情况对相应指标进行百分制打分。根据表5-2锂离子电动汽车火灾危险性的评价体系，结合实际，设计的锂离子电动汽车火灾危险性指标体系权重专家问卷表，如图5-2。发放调查表10份，有效数据10份。其中电动汽车企业技术人员5人，相关专家3人，工程师2人。图5-2锂离子电动汽车火灾危险性的评价体系咨询表（3）实际操作中，主观权重的确定要经由以下步骤[14]：①建立经验判断矩阵。通过专家赋权法来确定主观权重。设有S个专家对m个指标权重进行分布经验判断，从而得到各个指标权重的经验判断矩阵X，表示为：X=X1X2⋯X确定参考序列。对于每一个指标S，（j=1，2，···，m），选出X中最大的值作为参考权重，从而组成参考序列X0：X0=X0③求各指标权重。求经验判断矩阵X中各个权重值与参考序列之间的距离Doj：Doj=i=1sX则得到各指标的初步权重为：Woj=1/1+D将初步权重进行归一化处理及得到最终权重值：Wj=Woj/分别计算得分。设共有z个二级指标，第i个专家对应的总得分Fi，（i=1,2,3，···，S），第i个专家对第n个二级指标的评分Fin，第n个二级指标对应一级指标权重Wn’,则有：Fi=n=1Z最终得分的计算：F=i=1SFi5.4各指标主观权重的确定根据调研情况对其八个一级指标进行详细计算，调研咨询情况如表5-3。表5-3一级指标对应总评估目标权重专家咨询情况专家经验判断权重专家一级指标UAUBUCUDUEUFUGUH10.250.050.050.050.120.3000.00.1530.350000.1续表5-3一级指标对应总评估目标权重专家咨询情况专家经验判断权重专家一级指标UAUBUCUDUEUFUGUH40.35000.0500.050.050.10.1550.050.0580.30.050.050.00.1590.30.050.050.10.1100.35000.10.05根据5-2，得出参考序列X0，再由X0计算初步权重Woj，并计算最终权重值Wj。最终权重值Wj（j=1,2,3,4,5,6,7,8）序列为：：W表5-4一级指标UA、UB的二级指标对应专家权重情况专家UA二级指标UB二级指标UA1UA2UA3UA4UA5UA6UB1UB2UB30.00.30.3989510090989098999920.350.30.359896989510095981009830.350.350.396969995999296989850.00.350.2598959995989510010010050.350.40.15959595969695100959860.350.20.050.050.350.398959898999598989850.00.350.259696999210088999899续表5-4一级指标UA、UB的二级指标对应专家权重情况专家UA二级指标UB二级指标UA1UA2UA3UA4UA5UA6UB1UB2UB350.00.30.31009810095989299989890.350.350.298929895989310010098100.30.40.2969599969892100100100表5-5一级指标UC、UD的二级指标对应专家权重情况专家UC二级指标UD二级指标UC1UC2UC3UC4UD1UD2UD3UD410.30.21009698989595989820.450.450.350.050.159898999996989910030.40.25999698989596991000.150.39810010096989510010050.150.45999898989292989860.350.350.250.050.298999996100981009970.450.350.150.050.40.350.10.15100100951009590989880.450.350.150.050.15961001009998961001000.10.49896989896929998100.30.31009810010096989998表5-6一级指标UE、UF的二级指标对应专家权重情况专家UE二级指标UF二级指标UE1UE2UE3UE4UF1UF2UF3UF40.20.1590921001009895989820.350.30.050.250.19596989996989910030.30.350.10.00.15929599999596991000.250.2929299100989510010050.250.2909098969698989860.350.30.050.050.250.350.20.296961009810098100990.30.1929510096959898980.050.250.350.20.296959898989610010090.40.35050.250.2959210099969999980.050.10.196989998表5-7一级指标UG、UH的二级指标对应专家权重情况专家UG二级指标UH二级指标UG1UG2UG3UG4UH1UH2UH3UH4UH5UH610.350.00.10.290989896909895981009020.450.00.150.1588999998959896100989530.4592989896959696999992续表5-7一级指标UG、UH的二级指标对应专家权重情况专家UG二级指标UH二级指标UG1UG2UG3UG4UH1UH2UH3UH4UH5UH60.250.00.050.159010010010095989598999550.159598989896959596959560.350.050.250.3881009999981009599989570.450.050.150.350.00.150.29510095100929696100998880.450.050.150.350.00.10.29099100100951009898100920.30.050.10.29298989695989298989350.359010010098969695989992根据上表中各一级指标对应的二级指标专家权重值，得出二级指标的最终权重值：WWWWWWWW经过对上述结果整理汇总，最终得到锂离子动力汽车火灾危险因素评估指标主观权重值如表5-8。表5-8锂离子动力汽车火灾危险因素评估指标主观权重值目标层一级指标权重指标层权重电动汽车火灾危险因素评估动力电池组0.18052短路故障0.24323过充电0.15820过放电0.13513机械滥用0.12668高温热冲击0.17754碰撞0.15923控制器0.09602母线过压0.36316母线欠压0.34919控制器过热0.28765电机驱动系统0.09353电机过载0.32659线路欠压0.29298线路过压0.21754断路故障0.16289功率转换器0.10588过载故障0.33767绝缘故障0.28023接触电阻故障0.16634线路欠压0.21576高压线路0.14384动力电池组故障0.24895短路故障0.23996断路故障0.14623上电瞬态冲击0.15344安全事故0.21143电池管理系统（BMS）0.15138动态监测类故障0.14129估测SOC功能故障0.302817电池间均衡功能故障0.24669通信故障0.20920外部充电设施0.11143临时线路不规范0.32639短路故障0.16422设备高温0.21796电压输出不稳0.29142续表5-8锂离子动力汽车火灾危险因素评估指标主观权重值目标层一级指标权重指标层权重电动汽车火灾危险因素评估人为因素0.11741破坏防水绝缘设施0.13203忽视报警0.18185私自改装线路0.19276使用劣质充电设备0.17564驾驶环境恶劣0.14714长期未检修0.17058将上表中的各二级指标得分分别代入式（5-6）、（5-7）中得：F=5.5小结通过对人、硬件、软件进行权重的计算，看出动力电池组评估权重最高，可以认为动力电池组的故障是最容易引发火灾的因素，高压线路故障及BMS故障也是引发锂离子动力汽车火灾的重要隐患。另外，引发电池组故障的短路因素占了较大的比重，在电动汽车的火灾危险性分析中，应着重考虑电池组短路的危害后果及预防措施，且同时考虑其他因素的影响，因为任何因素的发生，都可能对电池组造成很大的影响。而控制器、电机驱动系统、功率转换器所占权重相比其他因素较低，引起锂离子动力汽车发生火灾的可能性比较小，但设计、生产时也不能忽视。人的不安全行为也会大幅提高锂离子动力汽车的火灾危险性，即使在安全的机械都需要配合人的安全行为才能降低火灾危险性。对于比亚迪秦系列车型的得分为96.67，等级为良好。说明此车型整体火灾危险性较小，同样，我们也应在此基础上尽可能的提高整车的安全性，防止火灾事故的发生。第六章锂离子动力汽车火灾防治对策6.1锂离子动力汽车火灾防治简介近年来，频繁发生的锂离子动力汽车火灾事故引起了国内外相关科研人员及消防部门的关注。我国虽然已经出台了关于锂离子电动车方面的一些技术标准和措施，但是由于国内外动力电池的容量、内阻、电池包结构差异较大，标准不能完全适用。近年来对锂离子电动车的火灾危险性已经进行了一定的研究，得到了一些有价值的结论和符合当前形势的对策二。但是锂离子动力汽车方面未深入研究，电池容量、重量、类型以及使用特点与其他产品都有很大区别，故应需要对锂离子动力汽车的火灾危险性进行专项研究。目前，对锂离子动力汽车火灾的研究还比较少、不够深入，而且正处于锂离子动力汽车快速发展阶段，亟须对锂离子动力汽车火灾隐患方面的深入研究来促进发展[15]。6.2动力电池动力电池系统作为锂离子动力汽车的核心技术，目前的技术发展处于起步阶段，需要更深入的研究、多方位的应对。一个稳定安全、性能良好的电池系统需要相关设计人员密切配合，并且充分利用实际使用中得到的反馈信息，多次设计、持续迭代优化。6.2.1.动力电池的火灾特点根据动力电池着火事故因素的分析，火灾主要特点如下[16]：（1）锂离子动力电池燃烧温度高；（2）锂离子动力电池起火后发展迅速，燃烧剧烈。电池的火灾一般有热失控引起，而温度异常升高可引起一系列放热的副反应，从而导致火灾不易扑救。（3）动力电池种类众多：正极材料差异很大，引发燃烧的现象差别很大。（4）锂离子动力电池火灾扑救困难：锂离子动力电池的火灾与其他类火灾有很大区别，是由一系列电化学反应引起的，反应及温度升高迅速，部分电池可在无氧气条件燃烧，一般像二氧化碳等种类灭火剂无济于事。一般的电动汽车，锂电池组基本位于底盘上方与驾驶舱下方之间，导致起火后冷却剂等不能直接作用于着火部位，使得扑救困难。6.2.2提高锂离子动力电池安全的措施锂离子动力电池的安全关系到很多方面，仅仅改进一两个点是不能彻底解决的，要从电池设计、制造，材料科学，车辆设计等多方面采取措施，才能真正有效的提高车用动力电池系统的安全性[17]。（1）生产环境必须是干燥的和清洁的在动力电池内部短路的形成中，主要有以下几种情况：①异物混入电池中，并且穿透了隔离物，从而引起正极和负极短路。②过分充电或在低温下快速充电时，在阴极碳材料上会形成锂金属枝晶。为了应对异物并提高生产环境的清洁度，还可以通过测试以移除带有异物的电池。通过限制低温快速充电期间的过度充电并限制充电功率，可以抑制枝晶的产生和生长，同时可以在隔板的表面上涂覆陶瓷以提高耐穿透性。（2）安全的电池操作检查锂离子电池在充电，放电和存储期间的温度，电流和电压下具有安全的工作范围，这就必须严格按要求操作。为了在安全的温度，电流和电压范围内工作，需要对锂电池进行有效的监视和管理。（3）早期事故控制如今，锂电池在电池体内安装了许多安全措施，例如安全阀，温度保护装置，低熔点隔膜等。可靠性已经大大提高。6.3汽车设计生产方面6.3.1锂离子动力汽车电气保护锂离子动力汽车在充电过程中，可能处于危险状况，例如碰撞，滚动或其他车辆的撞击，也可能线路与车身之间的长时间摩擦会导致潜在的绝缘设施破损或短路。锂离子动力车辆的电气安全设计在关键情况下至关重要，因为集成了大量高压电气设备和线束。为了减少在危险情况下锂离子动力车辆引起火灾的可能性，可以在车辆设计和生产中采取以下措施[18]：（1）设计汽车时，考虑动力电池可能出现的各种情况，并做好防护措施。（2）车上配备切断装置，紧急情况下驾驶员能够断开电池及相关设备。（3）实时监测车辆信息，跟踪记录车辆的数据与存储的数据对比，一旦发现异常，及时发出警报，必要时采取主动行为。（4）针对高压线路，尽可能多的采取主动熔断措施。出现高温、过载、短路等情况时，指定部位能够快速断开，保护车辆安全。6.3.2发展主动保护技术运用许多锂离子动力汽车上的主动安全技术及被动安全技术几乎从传统汽车移植而来，由于发生火灾时情况相差比较大，在实际使用中效果可能不明显。这就要求各汽车生产厂商与科研机构加强纵深联合，开发出适应锂离子动力汽车的安全技术。目前，已有一些比较成熟的被动安全技术运用在锂离子动力汽车上，可是，以现有的动力电池技术条件，为保障锂离子动力汽车的安全，除了类似从发生事故进行保护等被动安全手段外，也应重视事故发生前的主动安全，更多的主动安全系统应