提高新能源汽车的安全设计,防患于未然

中国标准化 2018-01-11 11:34 次阅读
12月初,一辆停靠在上海某路边的纯电动汽车发生自燃。自新能源汽车发展至今,与其相关的每一起事故案例都备受社会关注。据不完全统计,2016年全球共发生35起新能源汽车起火事故,其中国外6起,国内29起,国内是起火事故的重灾区。 作为整个汽车产业转型的突破口,新能源汽车被多次写进《中国制造2025》《汽车产业中长期发展规划》等重大政策方针中。尽管目前新能源汽车保有量较低,新能源汽车火灾事故率还远低于传统燃油车,但不可否认新能源汽车安全的警钟已经敲响,为了维护社会公共安全以及保障产业健康发展,在研究新能源汽车技术发展路线的同时,有必要针对新能源汽车火灾进行专门探讨,提高新能源汽车的安全设计,防患于未然。 起火原因多为电气故障 公安部消防局天津火灾物证鉴定中心副主任刘振刚在接受本刊记者采访时表示,目前新能源汽车仍以电动汽车为主,电动汽车由于自身故障引发的火灾主要集中在电气系统。电动汽车的电气系统包含高压电气系统、动力电池系统、热管理系统、低压电气系统等。 据刘振刚介绍,高压电气系统的主要故障表现为线路的直接短路、电池固定带与电池放电熔断、高压线路接线端接触不良以及产生缺陷等。动力电池的危险主要来自于电池的内部短路和外部短路,其中,电池内短路发生在过充、放电的情况下较多,且很难完全避免。热管理系统在电池组温度不均,各电池模块、单体内阻和容量不一致及机舱散热能力降低等情况下,将降低电池充、放电循环效率,影响电池的功率和能量发挥,严重时还将导致热失控,影响电池的安全性与可靠性,甚至引发火灾。充电过程中起火也是电动汽车起火的一个主要原因,从目前发生的电动汽车火灾案例来看,多起与充电相关,表现为电池管理系统与充电系统的匹配问题、充电器内部问题、以及线路短路问题等。电动汽车的低压电气系统与传统燃油车相同,需要指出的是,油电混合动力车型由于在传统汽车基础上增加了纯电动部分,火灾危险性更加复杂。 预防电池热失控是关键 日前,由国家质检总局缺陷产品管理中心和公安部消防局天津火灾物证鉴定中心联合举办的中国汽车安全与召回技术论坛在天津举行,论坛的主题为“车辆火灾事故深度研究与预防”。此次论坛是我国首次关于车辆火灾事故深度研讨的学术会议,会上专门针对“新能源汽车火灾安全研究”议题进行了深度研讨,受到了行业的广泛关注。 据重庆车辆检测研究院新能源汽车检测中心副总工程师叶磊介绍,目前被国内相关媒体报道的29起新能源汽车起火事故,从起火车型来看,客车共18起,是新能源汽车起火事故的主力;其次是乘用车,共有10起。从起火原因来看,自燃引发9起,由动力电池导致的自燃是新能源汽车起火的首要原因;零部件故障引发6起;充电和浸水引各发3起。从新能源汽车类型来看,纯电动汽车是起火事故高发的车辆类型,共发生23起;其次是油电混合动力车型,共发生3起。 华南理工大学教授、广东省汽车工程学会副理事长兰凤崇认为,基于单体电池热失控原理及其传播规律,最后引发动力的电池包起火爆炸是导致电动汽车火灾事故的基本原理,符合目前理论研究和试验证明;各热失控影响因素之间的关联关系、热失控机理分析、热失控传播行为研究和热失控阻断技术的结合是从根源上防范火灾发生的措施,但要根本解决从概率上讲还很难。 事实上,影响动力电池安全性能的因素贯穿了一个动力电池从电芯选材到使用终结全生命周期的始终,这也是业内普遍关注的重点。动力电池应用分会秘书长张雨在接受本刊记者采访时表示:“材料本身的本征轨道能量、晶体结构和性状决定了一个电芯的本征安全性能;电芯的制造过程中每一个工艺环节精益求精的程度,自动化程度和化成条件设置决定了其循环性能和安全性能,影响其嵌锂稳定性和热稳定性;电池集成中关于BMS和安全性方面的设计可以切实地保障电池的安全性,但电池的制造和使用工况不可能始终处于理想状态,出现制造误差和滥用工况难以避免,在这个现实条件下,对电池发生热失控的各种预案设计就显得尤其重要。” 安全标准多为推荐性标准 而今,新能源汽车处于巨大风口上,无论是政策引导还是利益使然,伴随着资本的入驻及保有量的增加,企业过度追求能量密度及续航里程、低端过剩等一系列问题也逐渐浮出水面,促进产品质量提升是摆在整个行业面前的共同问题。 目前现行有效的关于新能源汽车的标准共有128项,涵盖整车、关键系统及零部件、接口及充电基础设施等多方面。根据工信部39号令要求,新能源汽车产品准入执行39项标准和1项技术条件,其中涉及新能源汽车及关键零部件的安全技术标准有31项,占比近80%。如GB/T31485-2015《电动汽车动力蓄电池安全要求及试验方法》对蓄电池单体、模块的过放电、过充电、短路等10项安全要求进行了严格规范;GB/T31498-2015《电动汽车碰撞后的安全要求》对于防触电保护、电解液泄露等提出了明确要求,如碰撞结束30分钟内,REESS不应起火和爆炸等。 “目前在标准制定上也反映出一些问题。”叶磊指出,“一是电动汽车安全标准目前都为推荐性标准,二是商用车领域的安全标准被忽视,三是缺少被动安全实验项目。”为此,国家标准委也在组织相关单位进行补充完善,GB《电动汽车用锂离子动力电池安全要求》正在制定中,其中新增了电池包、系统热失控扩展、系统低温保护、过流保护等实验项目,该标准于2016年8月立项,先后经过7次讨论,目前第二版正式草案已经发布,处于征求意见阶段。此外,GB《电工客车安全技术条件》也已经形成第一版草案,正在向社会征求意见。 车企应做好安全防护 对于新能源汽车企业而言,安全设计是一个系统工程,在设计之初就应该考虑好电池单体的安全设计、电池模组的安全设计、高压系统的安全设计以及整车的安全设计,同时从硬件上进行物理防护,从软件上进行策略保护。 刘振刚建议,首先,碰撞安全性是考察新能源汽车安全性的重要指标,动力电池、热管理系统都要布置在车辆内部不易受到碰撞损伤的部位,同时要采用必要的设计进行碰撞防护,如采用加强筋等措施;其次,电池舱部位要特别与乘员舱进行物理隔离,以避免电池舱起火后,火焰迅速蔓延到乘员舱减少逃生时间;第三,动力电池在密闭的电池箱内,针对动力电池火灾初期的灭火,可以考虑设置自动灭火装置;第四,电动汽车采用高压电,无论使用、维修、灭火施救等都存在电击的危险隐患,因此电动汽车要特别注意高压电的防护。 “新能源汽车生产企业对于产品安全负主体责任,对存在缺陷的产品召回也是避免重大安全事故的有效手段。”叶磊指出。据统计,2004~2016年,我国共实施缺陷汽车召回1296次,涉及汽车3669万辆,其中与火灾缺陷相关的召回有313次,涉及1007万辆,分别占全部次数和数量的24.2%和27.4%。尽管其中以传统燃油车为主,但是随着新能源汽车的大规模生产与应用,通过召回,为消费者消除安全隐患,实现质量提升,也将是其在后市场监管上的重要一环。
提高新能源汽车的安全设计,防患于未然
电池企业要提质增效 除了动力电池产品本身的安全性能,新能源汽车的安全还与后期在运营环节的维护有很大关系。张雨指出,当前舆论将起火完全归咎于动力电池并不妥当,也不利于行业的发展。但透过动力电池行业投资火热的大环境,一些严重问题也在凸显,如产品性能良莠不齐、低端产能过剩,锂电池虽为公认的理想储能元件,但目前还无法满足整车对于高安全性、高一致性的要求等。 张雨认为,动力电池企业应积极转变发展方式,从产能扩张转为提质增效。要坚持依靠科技创新,加快实现电池的智能制造。要与科研院所联合发展,与上下游产业紧密结合,加快动力电池的结构调整,满足新能源汽车对续航里程、高安全性、高一致性的要求。当前,动力电池行业已经进入“洗牌期”,动力电池的安全性问题研究仍任重而道远,唯有理论结合实际不断创新,才能迎来在高能量、高功率应用领域真正意义上的辉煌。 消费者需加强用电常识教育 对新能源车主来说,合理使用也是防止故障出现的有效措施,如遵守用户手册上注明的充电规范和流程、定期检查保养、不随意停放车辆等。 “要加强消费者的用电常识教育,特别是对慢充注意事项的教育。尽量使用充电桩,不要私接线路进行充电,不要使用延长线将连接市电的移动插座放在后备箱内进行充电。退一步讲,如果慢充使用延长线路一定选用厂家规定的合格优质符合功率要求的导线、不缠绕。消费者也不可随意拆卸部件,要特别注意防止触电事故的发生。”刘振刚建议。 此外,消费者发现车辆出现问题后,要与专业维修厂联系,把安全隐患特别是火灾隐患消除在萌芽状态,同时也要将安全隐患信息报送至国家质检总局缺陷产品管理中心及企业等,帮助车企及时发现缺陷,采取措施,提升产品质量。

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