平均每天超7例火災 電動汽車電池碰撞安全問題解析
時間:2022-06-13 08:51來源:中國汽車報 作者:趙玲玲
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“我們對新能源汽車完成全年產銷500萬輛的目標充滿信心。”最新的汽車產銷數據發布會上，中國汽車工業協會副秘書長陳士華說。
中汽協數據顯示，雖然受疫情等因素影響，今年1-5月，新能源汽車產銷仍然雙雙突破200萬輛，同比均增長1.1倍。
另一方面，根據國家應急管理部消防救援局數據，2022年第一季度，國內接報的新能源汽車火災共計有640起，同比上升了32%，整體上升幅度較高，而且高于交通工具火災8.8%的平均增幅。平均到每天的火災數更是超過7例，這一數據相當驚人。
另據外媒報道，本田、現代、三菱、保時捷、大眾、沃爾沃，以及電動巴士制造商Proterra 和 Van Hool 8家汽車制造商，已經采納了美國國家運輸安全委員會（NTSB）的建議，改進了各自的電動汽車應急指南，并納入應對鋰離子電動汽車電池火災的車輛專用信息。
此外，包括福特、通用汽車、特斯拉和豐田在內的12家公司也正在按照建議中確定的步驟取得進展。
隨著新能源汽車銷量的節節攀升，涉及電動汽車的事故或者火災不可避免地呈現上升趨勢。除了自燃事故以外，新能源汽車碰撞起火，以及碰撞后的次生災害，也不容忽視。
01
NTSB呼吁加大鋰電池車禍后失控能量研究
公開資料顯示，NTSB是在2021年1月向22家車企發布建議，要求車企按照國際安全標準制定應急指南，并在其中加入有關電動汽車電池起火的處理方法，以及降低熱失控和電池復燃風險的具體信息。
在NTSB看來，汽車制造商的應急指南并不完善，另外他們對于高速碰撞狀況下的鋰離子電池的認識和研究仍存不足。
NTSB建議將電動汽車的應急指南的可用性納入任何車輛的美國新車評估計劃得分中。
具體來看，NTSB建議和呼吁主要包括：
1.呼吁進行更多的研究以減少鋰離子電池在車禍后的失控能量，以及如何減少專業人員在車禍或火災現場的危險。
2.每個特定的電動車都應該包括關于如何撲滅關于車上特定電池的火災的基本信息，以及如何減輕高電壓重新點火的風險。
3.在應急響應指南中加入如何在將車輛從車禍現場移走的同時降低與電池中儲存的剩余能量相關的風險，以及如何在事后妥善儲存電動車的信息。
新能源與智能網聯汽車獨立研究者曹廣平指出，美國這次開展的相關要求，是在高能密高活性電池占主流的情況下作出的建議，雖然電池內部幾十度的工作溫度低于發動機成百上千度的工作溫度，電動化零部件引燃周邊可燃物的概率低于發動機，電車著火概率也低于油車，但是電池火災的危險性以及撲救難度卻是油車的若干倍，火災危害程度也就更高。
02
電動車碰撞后電池風險幾何？
中國化學與物理電源行業協會動力電池應用分會秘書長張雨對《中國汽車報》記者表示，造成電動汽車動力電池系統火災事故的風險原因可以分成兩種：
一種是由于電池制造不良，電池過充或者電池老化失效等內部原因引發的電池熱失控，進而發展成動力電池系統火災風險。此類原因，國內無論是理論研究和工程實踐都進行了很多工作，取得了不少進展。
另一類是由于外部機械碰撞的作用，引發電池破碎或者泄露，電池自身電火花或者汽車高壓部分破損引起的電弧點燃了電池泄漏出的可燃性電解質或者其他物質引發的火災風險，NTSB 正是針對此類風險給出的建議。
“針對鋰離子電池在遭遇高速碰撞后存在的風險，業內是有共識的。碰撞后電池受到擠壓變形，可能形成內短路、發熱，甚至起火燃燒的風險。如果整體電池系統受到擠壓變形，還會存在大面積外短，產生電弧，也會導致起火。”國軒高科電池安全專家厲運杰對記者說。
張雨表示，通俗來講，鋰離子電池在高速碰撞后的損傷分為“外傷”和“內傷”。“外傷”是指電池可能會破碎和泄漏，鋰離子電池的電解液都是可燃性的有機液體，如果這個時候，出現電火花或者電弧，就存在動力電池系統整體被點燃的風險。“內傷”指電池內部可能出現電極破碎，碎片刺穿隔膜等情況。這些內傷當時可能沒有明顯的特征，但是后續使用中很可能變成電池熱失控的誘因。
03
電動化趨勢加快 相關法規、標準趨嚴
曹廣平指出，全球汽車電動化趨勢加快，汽車動力系統逐漸向電驅動系統乃至向全部純電動的系統轉移，在動力系統內核變化的情況下，整車上相關碰撞以及電池安全、火災防護以及處理等的相關法規也開始趨嚴，各國在這方面的法規也出現了“部分超前，部分滯后”的現象。
“因此我們看到美國法規中有對鋰離子電池特殊處理以及相關信息提醒，還有就是剩余能量控制以及不可控情況下移走的一些探索。”他說。
“該建議可以說是為提升全球的新能源汽車安全開了個好頭，提供了一個規范標準。”江西新能源科技職業學院新能源汽車技術研究院院長張翔對記者表示，美國NTSB機構主要負責交通安全，對于汽車行業提出的相關指南主要目的是降低電動汽車發生碰撞以后起火爆炸的危險性，以及讓救援與事故處理更加規范、更加科學。
為進一步提升加大電動車以及動力電池安全水平，我國前年批準發布了GB 18384-2020《電動汽車安全要求》、GB 38032-2020《電動客車安全要求》和GB 38031-2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》三項強制性國家標準，并于去年初開始實施。
其中，《電動汽車用動力蓄電池安全要求》要求電池單體發生熱失控后，電池系統在5分鐘內不起火不爆炸，為乘員預留安全逃生時間。
今年3月，工信部發布《2022年汽車標準化工作要點》。《要點》中提出，要啟動電動汽車動力蓄電池安全相關標準修訂工作，進一步提升動力蓄電池熱失控報警和安全防護水平；加快推進電動汽車遠程服務與管理系列標準研究，修訂燃料電池電動汽車碰撞后安全要求標準，進一步強化電動汽車安全保障。
“值得指出的是，在現有版本的38031中，碰撞安全性是通過模擬碰撞試驗來檢驗碰撞加速度對動力電池系統的破壞。而在新版本的國家強制標準GB 38031《電動汽車用動力蓄電池安全要求》中特別增加了底部機械防護的安全要求，此項要求可以采用底部刮底試驗（俗稱‘汽車托底’）或者底部撞擊試驗進行。這兩項試驗都是通過碰撞引發的動力電池包結構形變來測試動力電池系統抗碰撞的安全性。”張雨說。
曹廣平指出，目前電池產品的技術仍在發展之中，因此車輛電動化方面的法規要求也必然會長期處于“既發展又不完全完善”的過程中。
04
多元化方案降低碰撞安全風險
針對減少碰撞引發的安全風險，張雨介紹，國內外主流的解決方法主要包括幾個方面：
一是通過動力電池系統設計降低碰撞風險。汽車碰撞通常發生在前后或者是側面，發生在底部或者頂部的可能性不大，所以動力電池系統通常設計成扁平狀，減少了被直接撞擊的面積，配合汽車本身的承力結構，降低直接撞擊的風險。
二是通過加強結構抗擊撞擊。扁平化形狀雖然可以降低被車輛撞擊的風險，但是無法降低汽車托底帶來的撞擊風險。為了對抗托底的風險，動力電池系統底部通常是加厚防護的厚度，還有必要的加強結構來承受撞擊，動力電池系統頂部有車體和乘員艙的保護，通常不需要特殊的設計。整車廠會通過托底試驗、底部球擊、底部針刺來檢驗設計的有效性。
三是從電池發展的路線圖上看，沒有液體電解質的固態電池是未來重要的發展方向。
四是部分廠家采用了主動避撞、主動消防干預等措施降低碰撞帶來的安全風險。
厲運杰介紹，針對可能出現的碰撞安全，國軒高科在電池模組設計、整個電池系統的設計方面做了大量防護，包括電池箱體采用高強度材料，模組之間采取多層絕緣防護防止短路，模組采用高強度側板，電芯之間采取隔熱絕緣防護等；此外還在產品設計端就加強了對因意外碰撞導致變形和短路風險的防護；同時對電芯在不同形變量下的安全風險與邊界，也進行了有效摸索，這些摸索可以為因事故造成的電芯形跡安全風險評估提供依據。
“現階段國內動力電池與國外的在安全設計方面基本無大的區別，電池作為能量體，安全基本上相當，但是不同整車廠的電池系統對于安全的要求與所做的安全防護不一樣，因為電池設計需要兼顧安全與輕量化要求。未來的發展方向應該主要是從軟件及人工智能方面尋求突破，從碰撞安全到預防碰撞，最大程度保障絕對安全。”厲運杰說。
最后，某位不愿具名的動力電池技術專家對記者介紹了電動汽車相關的消防知識：
1、哪里風險最高？在封閉空間內出現大量煙霧，尤其是鋰離子電池所特有的白煙，特別是沉在地面的白色濃稠流動煙霧，它們很可能會快速起火，非常危險，必須盡快撤離。
2、什么時候是安全的，可以抓緊時間救人？當電動車輛電池緩慢冒出絲絲白煙濃度還不高的時候，此時一來溫度不高，二來可燃煙氣濃度很低，均不滿足起火、爆炸條件，要第一時間破窗救人。
3、當車內已經彌漫煙霧了，應該怎么做？如果煙霧不濃，不要猶豫，馬上開門或破窗讓煙氣消散，以避免煙氣達到燃燒爆炸的濃度，絕對不要對著里面的人噴粉末。
4、真起火了怎么辦？還是不要噴粉末，粉末只是用于電氣火災，也就是僅用于撲滅電氣部件的火災，電車的電氣部件在BDU里面，而非電池箱外面，更不是在乘客轎廂里。對于乘客艙，首先要救人，若無法開門就先破窗，用水噴去降溫，快速把艙內煙氣濃度降低（否則一旦爆炸大家都有危險），救人并防范車輛燃燒傷及周邊。
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