新能源汽车到底有多受欢迎?据中汽协、乘联分会数据,截止今年7月,新能源汽车国内销量522.6万辆,同比增长34.3%,渗透率达51.1%,同比提升15%。换句话说,每销售100辆乘用车,一半都是新能源。
8月11日,国务院印发《关于加快经济社会发展全面绿色转型的意见》,意见指出要大力推广新能源汽车,推动城市公共服务车辆电动化替代,到2035年,新能源汽车成为新销售车辆的主流。
然而,随着新能源汽车的大量普及,自燃、爆炸事故时有发生。
新能源汽车电池为何频频起火?
8月初,韩国仁川一公寓地下车库停放的电动汽车自燃引发火灾,40辆汽车被烧毁,100辆车遭到热损和熏黑,480多户停水停电,灭火动用了80部消防车,200余名消防人员,事故损失高达千万元。
据央视网今年6月的一则报道,近六年的新能源汽车火灾报告显示,每年6~8月都是自燃高发期,但自燃率呈下降趋势,已经从2021年的1.85/10000降低到了0.96/10000,甚至低于燃油车的1.5/10000。
尽管如此,这并不意味着可以掉以轻心,事实表明,新能源车自燃后更难扑救。由于灭火时有水做导体,很容易引起复燃,甚至间隔5~6天还可能发生复燃。
为什么新能源汽车频频起火?主要原因分两大类。一类是内因,如电池企业在电芯制造过程中混入粉尘杂质、极片边缘毛刺,枝晶、析锂等;另一类是外因,如车辆碰撞、异物刺入、电池过充过放、高温暴晒等。这些诱因会造成电池热失控,进而引发电池起火。
电池热失控时都发生了什么?
热失控是指电池单体放热连锁反应引起电池温度不可控上升的现象。从开始自产热到热失控结束,锂离子电池会经历高温容量衰减、SEI 膜分解、负极活性物质与电解液反应、隔膜熔化、正极活性物质分解、电解液分解、负极活性物质与黏结剂反应、电解液燃烧等过程。
整个过程会生成大量气体,如氧气、二氧化碳、乙烯、乙烷、丙烯、一氧化碳、氢气等,并产生大量的热,其在电池内部快速积累,使电池内部温度、压力迅速增大,进而引起燃烧甚至爆炸事故。
多篇报道显示,电池从冒烟到起火,短则5秒,长不过3~5分钟;从车外可见明火到驾驶舱起火,仅有64秒,留给人们的处理、逃生时间非常有限。
如何提升电池安全?
为保障新能源汽车动力电池安全,我国出台了三项强制标准,《电动汽车安全要求》(GB 18384-2020)、《电动客车安全要求》(GB 38032-2020)和《电动汽车用动力蓄电池安全要求》(GB 38031-2020)。
今年5月还对GB 38031进行修订,发布《电动汽车用动力蓄电池安全要求》(征求意见稿)。其适用范围从原来的“电动汽车用锂离子电池和镍氢电池等可充电储能装置”扩大至各类“电动汽车用动力蓄电池”,且要求动力电池要最终达到“发生热失控后不起火、不爆炸”,让车内乘员有足够的逃生时间。
为了提升电池安全,各大电池厂商及车企纷纷在电池的材料、结构、电池管理等方面不断加码。
电池材料上,磷酸铁锂电池热稳定性较好,耐高温,三元锂电池、锰酸锂电池、钴酸锂电池次之;
防火隔热材料上,多采用气凝胶、云母、防火涂料、热陶瓷等,其中气凝胶是电芯隔热最理想的材料,不仅质量轻、强度高,隔热效果也是传统隔热材料2至5倍;
结构设计上,一般会进行防尘防水、防火阻燃、泄气阀等设计。也有车企采用新型设计,如小米SU7采用“电芯倒置”技术,泄压阀朝下,极端情况快速向下释放能量,最大程度保证乘员舱安全;
电池管理上,通过电池管理系统(BMS),对电芯的电压、电流、温度等进行监测,结合自然散热、强制风冷、液冷、直冷等方式,保持电池内和电池间的温度均衡,防止电池过热。
热失控前的最后一道防线
值得注意的是,利用多原理传感技术对电池热失控前期进行监测,并联动汽车消防灭火装置遏制火灾发生,是新能源汽车电池安全的最后一道防线。
《电动汽车用动力蓄电池安全要求》(征求意见稿)给出“针刺、外部直接加热、在电池单体内部布置加热片”三种热失控触发试验方式,制造商可任选其一。如未触发,则试验通过;如电池单体发生热失控,则应提供报警信号,且报警信号的发出时间应不晚于触发单体热失控之后的5分钟。
电池热失控的不同阶段会析出多种气体,并能引发温度、气压等参数的变化。基于此,汉威科技集团研发推出锂电池热失控多合一传感器。
据了解,锂电池热失控多合一传感器可以对PACK电池包热失控触发前释放的微量CO2、CO、VOC气体浓度,以及温度、压力进行实时精准监测,并与汽车BMS联动,一旦监测到指标异常,将立刻发出预警,启动电池消防灭火装置,为驾乘人员争取更多逃生时间。
同时,新能源汽车电池发生热失控之前会分解出少量的气体,并造成电池鼓包形变,或是因外部碰撞造成电池包变形,这些都会导致电池包表面的压力发生变化。基于此,汉威科技集团还创造性地将阵列式柔性薄膜压力传感器用于PACK电池包的鼓包检测。
阵列式柔性薄膜压力传感器可以及时监测到轻微的压力变化,结合汽车BMS,可以智能评估、分析发生燃烧、爆炸的可能性,并更早地发出预警,联动电池消防灭火装置,为驾乘人员争取更长的应急处理及逃生时间。
电池安全不仅关系到新能源汽车自身驾乘人员的生命财产安全,还关系到周边车辆、人员、建筑及空气、水土等的公共安全与公众利益。通过多技术路径融合发展,共同保障电池安全,已经成为业界共识。
据悉,汉威科技集团已与部分车企就相关传感器产品建立合作关系,未来将与电池厂商、新能源车企一道,共同为汽车消费者打造更安全、健康、舒适、智能的驾乘环境。
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