電車資源訊：
5月17日，電車資源主辦的2019中國(guó)（西安）新能源汽車產(chǎn)業(yè)生態(tài)大會(huì)在星河灣大酒店召開。中國(guó)科學(xué)院電工研究所研究員廖承林圍繞“電動(dòng)汽車安全事故機(jī)理分析、電動(dòng)汽車滅火機(jī)理分析、電動(dòng)汽車智慧消防安全解決方案”等幾大重點(diǎn)，發(fā)表了“新能源汽車消防安全”專題演講。
中國(guó)科學(xué)院電工研究所研究員廖承林
以下是廖承林演講的主要內(nèi)容：
背景和意義
2018年我國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷量分別完成了127萬(wàn)輛和125.6萬(wàn)輛，同比分別增長(zhǎng)了59.9%和61.7%。預(yù)計(jì)2019年新能源汽車產(chǎn)銷量將超過200萬(wàn)輛，保有量將達(dá)到450萬(wàn)輛。歐陽(yáng)明高院士預(yù)測(cè)，到2030年電動(dòng)汽車保有量樂觀估計(jì)占比將可達(dá)50%，數(shù)量最高將可達(dá)1億輛。電動(dòng)汽車快速發(fā)展，意味著電動(dòng)汽車更嚴(yán)峻的安全考驗(yàn)。
《中國(guó)新能源汽車大數(shù)據(jù)研究報(bào)告（2018）》顯示，新能源車在使用期間發(fā)生質(zhì)量問題的比率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)燃油車，日故障率達(dá)到18.39%。廖承林表示，質(zhì)量問題頻發(fā)的主要原因是2014年和2015年新能源汽車激增，大量存在質(zhì)量瑕疵的產(chǎn)品涌入市場(chǎng)，他認(rèn)為后期故障率將會(huì)逐漸下降。
業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，安全問題將決定整個(gè)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的成敗。中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高認(rèn)為產(chǎn)品質(zhì)量問題是近期新能源汽車起火事件主要原因。提議提高準(zhǔn)入門檻，實(shí)施安全年檢。國(guó)家新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新工程專家組組長(zhǎng)王秉剛認(rèn)為對(duì)安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流于形式。消防部門也一直在關(guān)注新能源汽車的消防安全問題。上海消防研究所十二五期間承擔(dān)了國(guó)家“863”計(jì)劃子課題“電動(dòng)汽車消防安全技術(shù)規(guī)范體系研究”項(xiàng)目研究任務(wù)，提出了《電動(dòng)汽車行業(yè)消防安全技術(shù)規(guī)范體系框架》。中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)和中國(guó)消防協(xié)會(huì)聯(lián)合組織了七項(xiàng)電動(dòng)汽車消防安全團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。
電動(dòng)汽車，尤其是公共交通出行領(lǐng)域電動(dòng)汽車的消防安全問題，引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注，對(duì)公共安全、國(guó)家消防應(yīng)急管理和新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，加強(qiáng)消防安全保障已成為推動(dòng)新能源汽車產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急和重中之重。廖承林提出基于智慧消防對(duì)電動(dòng)汽車消防安全事故進(jìn)行全天后監(jiān)控，提前預(yù)判并及時(shí)預(yù)警。如何控制或延緩早期安全失控事故的發(fā)生，如何提高電動(dòng)汽車消防救援技術(shù)水平和能力等，既是目前的研究盲點(diǎn)，也是當(dāng)前形勢(shì)下國(guó)家應(yīng)急管理部門亟待解決的重大課題。
電動(dòng)汽車安全事故機(jī)理分析
從消防的角度，電動(dòng)汽車安全事故主要可以分為三類：電池?zé)崾Э匾鸬陌踩鹿?、車輛引起的安全事故和充電設(shè)施引起的安全事故。
電池?zé)崾Э氐陌踩鹿始皺C(jī)理分析：?jiǎn)误w動(dòng)力電池的熱失控過程可以分為三個(gè)階段：使用過程中電池會(huì)發(fā)熱，出現(xiàn)安全隱患后發(fā)熱增加到接近100攝氏度的位置即熱引發(fā)階段，此后進(jìn)入自生熱加速期階段，從引起SEI膜分解開始，逐步產(chǎn)生隔膜閉孔、負(fù)極與電解液反應(yīng)。熱失控階段發(fā)生大規(guī)模內(nèi)短路、正極材料分解，產(chǎn)生大量熱量引起電解液開始燃燒，電池的溫度可升高400至1000度。而電池健康狀態(tài)出現(xiàn)問題到熱失控是一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的化學(xué)反應(yīng)過程，因此，廖承林認(rèn)為，從預(yù)警來(lái)說更多要關(guān)注熱引發(fā)之前怎么判斷出電池受損，怎么預(yù)防、報(bào)警、處理。
車輛引起的安全事故及機(jī)理分析：新能源電動(dòng)汽車車輛本身也會(huì)引起安全失控，主要包括碰撞安全和電氣安全。碰撞安全方面，常規(guī)汽車主要的安全就是碰撞安全，但新能源汽車碰撞有可能導(dǎo)致電池?zé)崾Э?，從而引起火?zāi)。電氣安全方面，主要表現(xiàn)為短路引起火災(zāi)，包括使用過程中電氣線路如電機(jī)控制器和IGBT短路或暴雨積水長(zhǎng)時(shí)間浸泡導(dǎo)致進(jìn)水引起短路等。
充電設(shè)施引起的安全事故及機(jī)理分析：充電設(shè)備的質(zhì)量問題、規(guī)范問題、管理問題和充電設(shè)備與電動(dòng)汽車之家的通信可靠性問題，都是重要的安全隱患。
廖承林表示，三類事故中，鋰離子電池起火的主要原因主要是電池過熱而造成的熱失控，這種過熱在電池充放電過程中最容易發(fā)生。如果熱量不能夠及時(shí)地快速散出，高溫會(huì)加速動(dòng)力電池老化甚至出現(xiàn)熱失控，從而引發(fā)起火災(zāi)、爆燃等事故。新能源車起火的顯著特點(diǎn)是：自帶氧、自封閉、難目測(cè)、易復(fù)燃、危害大。
電動(dòng)汽車滅火機(jī)理分析
根據(jù)電池?zé)崾Э貦C(jī)理可知，從電池出現(xiàn)問題到熱引發(fā)階段需要較長(zhǎng)時(shí)期，一般監(jiān)控手段無(wú)法判斷，更無(wú)法目測(cè)，需要通過對(duì)電池安全狀態(tài)建模，研究安全預(yù)警分級(jí)算法，才能給出足夠的處理時(shí)間。當(dāng)熱失控不可逆到能夠目測(cè)到煙霧等信息時(shí)，一般只有幾分鐘時(shí)間。當(dāng)出現(xiàn)煙霧等信息到發(fā)生猛烈燃燒，一般只有短短幾十秒。
從滅火機(jī)理而言，主要包括冷卻滅火、窒息滅火、隔離滅火、抑制燃燒連鎖反應(yīng)滅火。針對(duì)電池包而言，主要是通過冷卻降溫、抑制燃燒連鎖反應(yīng)和通過一些滅火器把氧氣隔絕開。2019年3月1日正式實(shí)施的交通運(yùn)輸行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市公共汽電車車輛專用安全設(shè)施技術(shù)要求》（JT/T 1240）中，對(duì)電池艙和電池箱滅火裝置等一系列安全設(shè)施做出了明確規(guī)定：新能源公交車應(yīng)配置具有熱失控預(yù)警、火災(zāi)報(bào)警及火災(zāi)抑制功能的電池箱滅火裝置，裝置應(yīng)在檢測(cè)到儲(chǔ)能裝置熱失控和火情時(shí)發(fā)出警報(bào)，并明確要求“確保熱事故信號(hào)發(fā)生后5分鐘內(nèi)沒有發(fā)生電池箱外部起火或爆炸”。
總體而言，防范電動(dòng)汽車起火及爆炸，應(yīng)預(yù)防為主，滅火為輔，提升監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)并介入必要的自動(dòng)滅火措施。
美國(guó)國(guó)家消防協(xié)會(huì)針對(duì)電動(dòng)汽車消防安全涉及的個(gè)人防護(hù)設(shè)備、消防滅火策略、火災(zāi)后的最佳清理措施等研究多年。使用大量的水作為電動(dòng)汽車電池?zé)崾Э氐臏缁饎?。廖承林表示，主要可借鑒的是，使用大量的水作為電動(dòng)汽車電池?zé)崾Э睾笙谰仍畷r(shí)的滅火劑；使用干粉、二氧化碳、泡沫滅火劑的效果不好，因?yàn)闊o(wú)法與電芯直接接觸。
電動(dòng)汽車智慧消防安全解決方案
消防安全不是單純說誰(shuí)的事情，需要連接很多方面，所以智慧消防可以用到車聯(lián)網(wǎng)的一些理念。解決思路主要包括：從產(chǎn)品質(zhì)量入手，包括制定嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，提高準(zhǔn)入條件；對(duì)新能源汽車的消防安全進(jìn)行全天候無(wú)死角的實(shí)時(shí)監(jiān)控；從政策上把安全放在首位，納入城市消防體系。
廖承林提到的智慧消防的一個(gè)總體解決方案思路，實(shí)際上類似于一般物聯(lián)網(wǎng)，通過多維度全面感知，包括溫度、一氧化碳、煙霧等，利用智能終端的邊緣計(jì)算和處理能力可以實(shí)時(shí)提前判斷火災(zāi)前期的產(chǎn)生和簡(jiǎn)單處理，還可以通過遠(yuǎn)端云平臺(tái)的智慧算法給出進(jìn)一步的計(jì)算結(jié)果和處理意見。邊緣處理的部分功能實(shí)際也可以通過管理系統(tǒng)BMS來(lái)實(shí)現(xiàn)。
廖承林表示，消防平臺(tái)很重要就是要有一個(gè)專業(yè)的團(tuán)隊(duì)，或者專業(yè)運(yùn)維人員和企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠?qū)Υ罅繗v史數(shù)據(jù)信息處理和自動(dòng)產(chǎn)生響應(yīng)，而不是說有人值班的時(shí)候才可以看到。通過一些智慧消防措施，讓大數(shù)據(jù)挖掘的信息通過專業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)能夠體現(xiàn)發(fā)掘出來(lái)。消防平臺(tái)還涉及到跟國(guó)家應(yīng)急安全管理部門智慧消防平臺(tái)的連接，而且涉及到用戶、車主通過云平臺(tái)對(duì)接，全方位保證安全事故在全面監(jiān)控管理狀態(tài)下。智慧消防平臺(tái)的功能主要包括：車輛監(jiān)控功能、行駛位置監(jiān)控、安全預(yù)警監(jiān)控、安全預(yù)警分析功能、處置功能等。
消防平臺(tái)的核心算法要和BMS進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，建立核心算法，算法更強(qiáng)調(diào)基于電池模型，另外是基于大量歷史數(shù)據(jù)，在平臺(tái)上進(jìn)行大數(shù)據(jù)的分析挖掘，甚至建立一些專家系統(tǒng)，計(jì)算出現(xiàn)電池安全故障或者電池監(jiān)控受損的狀態(tài)，及時(shí)給出一個(gè)預(yù)警報(bào)警值，或者及時(shí)提醒相應(yīng)人員進(jìn)行維護(hù)和處理，更好保障安全。
廖承林表示，目前，基于智慧消防安全解決方案已經(jīng)定制了一個(gè)北京公交車車輛消防安全解決方案，在進(jìn)行小批量使用，有30多臺(tái)車裝了完整系統(tǒng)，也建立了專門云平臺(tái)和核心算法。這套系統(tǒng)裝上以后很快就發(fā)揮了作用，發(fā)現(xiàn)電池連接部分出現(xiàn)了冒煙，一氧化碳濃度急劇增加，系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)以后防范了重大事故發(fā)生。
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