王式民，劉 暢，楊濤濤

（棗莊科技職業(yè)學院，山東棗莊 277599）

0 引言

在我國貫徹落實新能源汽車戰(zhàn)略的環(huán)境背景下，電動汽車行業(yè)已經(jīng)成為國家重點進行扶持的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，在能源機構(gòu)改革方面、環(huán)境保護方面具有重要意義，但是近幾年來電動汽車在實際應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)火災(zāi)事故問題，容易引發(fā)生命財產(chǎn)安全隱患，使人們對電動汽車使用的安全性產(chǎn)生質(zhì)疑，甚至加大了人們對其安全隱患的憂慮，使電動汽車的推廣受到一定影響。因此，未來應(yīng)重點關(guān)注電動汽車動力鋰電池應(yīng)用的安全性，嚴格分析火災(zāi)危險性特點與規(guī)律準確的進行處理，從根源上預(yù)防安全隱患問題所來的影響。

1 電動汽車動力鋰電池火災(zāi)危險性分析

1.1 熱失控風險分析

實際上，動力鋰電池出現(xiàn)火災(zāi)事故風險問題的原因就是電池釋放出化學能之后會有熱失控的現(xiàn)象、熱失控擴展的現(xiàn)象，最終引燃或者爆炸事故。從鋰離子電池的熱失控理論情況、反應(yīng)特點、熱模型情況、模擬情況和實驗操作情況來講，熱失控主要就是電解質(zhì)陽極與陰極相互之間出現(xiàn)了放熱反應(yīng)，導致溫度有所提升，壓力有所增加，使得鋰電池出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象、噴射現(xiàn)象甚至還會有火災(zāi)事故、爆炸事故。使用化學熱力學技術(shù)措施、能源釋放技術(shù)措施，評價電解質(zhì)情況，通過測試掃描量熱儀設(shè)備開展測試活動，可以明確發(fā)現(xiàn)，鋰離子電池在應(yīng)用期間具有較高程度的機械刺激敏感性、爆炸威力很高，在充電放電期間，熱慣量可能會導致整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到影響，并且大功率的充電也可能會使得電池的耐用性降低、安全性受到不利的危害，主要原因就是在發(fā)熱量不斷提升、電池容量衰減的情況下，電極鍍層也會呈現(xiàn)出衰減的態(tài)勢，會引發(fā)動力鋰離子電池出現(xiàn)熱失控的現(xiàn)象。另外，電池應(yīng)用期間具體的穩(wěn)定性會在剩余容量增多的情況下降低，最終可能會引發(fā)熱失控傳播，出現(xiàn)嚴重的多米諾效應(yīng)，導致整體電池的使用安全性降低。

在高攝入熱的通量環(huán)境下，鋰電池通常會出現(xiàn)猛烈燃燒的現(xiàn)象，放熱速率峰值、還有其中的總熱量，也會在高熱量攝熱增多的情況下增大，導致最終的起火放熱速率峰值時間降低，總熱量會不斷增多。鋰電池的燃燒情況大致分為起火階段、穩(wěn)定燃燒階段和熄滅階段，也可能會有冒煙噴射的現(xiàn)象，甚至會有爆炸燃燒、噴射火的情況，在熱功率逐漸增多的同時，燃燒時間也會有所減少，但是實際上燃燒特性不會受到電壓的影響。另外，在應(yīng)用過程中，當鋰電池的表面溫度超出150 ℃時熱失控風險發(fā)生率會升高。

目前在動力鋰電池應(yīng)用期間出現(xiàn)火災(zāi)事故的，通常為單個或是單組鋰電池出現(xiàn)熱失控的現(xiàn)象，在較為封閉的環(huán)境中，熱傳播速度加快，使得電池整體的安全性降低、一些專家開始將鋰離子電池模組、火災(zāi)實驗?zāi)Ｐ彤斪鍪侵饕难芯糠较?，?chuàng)建火災(zāi)實驗?zāi)Ｐ?，對熱失控之后的熱傳播特點進行研究，發(fā)現(xiàn)在封閉空間環(huán)境中，沒有充足的散熱條件，電池模組就會出現(xiàn)熱量不斷提升的現(xiàn)象，發(fā)生故障問題，最終引發(fā)活性電池爆炸，產(chǎn)生連鎖性的反應(yīng)。如果不能合理、嚴格地進行控制和預(yù)防，將會在出現(xiàn)熱失控現(xiàn)象之后引發(fā)嚴重后果，不僅不能確保動力鋰電池的良好運用、安全使用，而且還會造成不良的影響、不利的危害，不符合當前的發(fā)展特點。

1.2 火災(zāi)危險性的特點分析

電動汽車動力鋰電池發(fā)生火災(zāi)事故的特點較為明顯，一方面，火勢蔓延的速度非?？欤紵^程中的溫度很高，另一方面，存在很多潛在性的風險問題，例如：中毒風險、爆炸風險，另外燃燒的持續(xù)性時間很長，還有二次燃燒的可能性。據(jù)調(diào)查單個鋰電池很有可能會釋放很大的熱量，熱量的強度很高，還有可能會釋放毒氣體如二氧化碳、一氧化碳等，在電池電解質(zhì)分解的過程中還有可能產(chǎn)生甲烷氣體，而甲烷會和氧氣出現(xiàn)完全燃燒或者不完全燃燒反應(yīng)，最終生成一氧化碳和二氧化碳氣體，這也表明鋰電池火災(zāi)事故具有一定的危險性。鋰電池燃燒情況很容易受到SoC（System on Chip，系統(tǒng)級芯片）數(shù)據(jù)值的影響，在數(shù)據(jù)值較低的情況下，鋰電池在火災(zāi)過程中熱釋放率就會增多、有毒氣體排放量增加、電池本身的溫度也會大幅上升，甚至還會釋放出有毒氣體氫氟酸，尤其是在SoC 數(shù)據(jù)值為0%的情況下，所產(chǎn)生的一氧化碳氣體非常高，煙氣的毒性也很強。在SoC 數(shù)據(jù)值為50%的情況下，所生成的煙氣量最高，但一氧化碳的含量卻有所減少。除此之外，在應(yīng)用過程中動力鋰電池還可能會受到一些因素的影響出現(xiàn)火災(zāi)危害的問題，如燃燒過程中釋放的有毒氣體、煙氣等，會危害人們的身體健康乃至于生命安全。

2 電動汽車動力鋰電池火災(zāi)危險的防控措施

2.1 預(yù)防措施

為最大限度預(yù)防電動汽車鋰電池出現(xiàn)火災(zāi)風險隱患，未來應(yīng)采取合理的研發(fā)預(yù)防措施，在科學預(yù)防的情況下規(guī)避安全隱患，尤其需要大力進行具有阻燃特點的電解液研究，開發(fā)研制耐高溫性能、耐高壓性能的隔膜材料，并且在實際研究中重點開發(fā)溫度范圍很寬、安全性較為良好的固態(tài)鋰電池，創(chuàng)建熱失控火災(zāi)實驗?zāi)Ｐ?，完善鋰電池的火?zāi)危險性評估體系，在生產(chǎn)過程中進行針對性評估，及時了解風險隱患問題并合理處置。在具體工作中，還需增強火災(zāi)防控的性能，建設(shè)初期火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)、防控系統(tǒng)，合理選用先進的滅火器材料，改善滅火技術(shù)。

（1）在實際研究過程中應(yīng)盡可能地增加科研經(jīng)費費用，合理進行新型材料的研究，盡量增加電池的能量密度，從根本上提升安全性，積極借鑒國內(nèi)外先進的技術(shù)，保證鋰電池的使用安全。

（2）應(yīng)階段性的進行熱失控、引發(fā)燃燒試驗活動，歸納匯總溫度數(shù)據(jù)值、火焰數(shù)據(jù)值、噴射距離數(shù)據(jù)值、釋放可燃數(shù)據(jù)值、釋放有毒有害氣體數(shù)據(jù)職等，便于研發(fā)出可行性的預(yù)防風險方案。

（3）借助先進的仿真模擬軟件系統(tǒng)，對電池熱失控所引發(fā)的整體電動汽車火災(zāi)的熱釋放速率情況、熱傳播途徑情況、燃燒途徑情況等進行模擬，明確具體演變規(guī)律，便于篩選針對性的預(yù)防措施，同時還要結(jié)合火災(zāi)模型實驗的具體情況，為電動汽車鋰電池創(chuàng)建完善的安全技術(shù)標準要求，在生產(chǎn)期間結(jié)合基礎(chǔ)標準執(zhí)行工作，使其可以滿足火災(zāi)安全的基本要求。

（4）創(chuàng)建初級性的火災(zāi)預(yù)警指標系統(tǒng)，對初期發(fā)生火災(zāi)的情況進行研究，在預(yù)警系統(tǒng)的幫助下，可以初期發(fā)出警報信息，并且利用干粉滅火方式、氣體滅火方式等，預(yù)防發(fā)生更為嚴重的火災(zāi)事故。

需要注意的是，在預(yù)防過程中應(yīng)提出不同的防控措施、仿真模擬的措施等，以增強預(yù)防的準確度、有效性，杜絕發(fā)生安全隱患。

2.2 控制措施

在使用期間，如果電動汽車的鋰電池出現(xiàn)火災(zāi)危險事故，就要盡快進行滅火，預(yù)防出現(xiàn)火勢蔓延的現(xiàn)象，盡可能提早了解到熱失控的征兆與情況，然后進行熱失控控制后，阻止初期火災(zāi)。在此過程中，首先應(yīng)該積極創(chuàng)建撲救動力鋰電池初級火災(zāi)的防控裝置設(shè)備，結(jié)合鋰電子電池熱失控的整個流程情況、溫度變化特點等，設(shè)置50 ℃、70 ℃、80 ℃三個等級的預(yù)警系統(tǒng)，在保證系統(tǒng)性能的情況下可以提前預(yù)測火災(zāi)風險問題、提前做出預(yù)警，便于消除火災(zāi)。也可以運用空氣冷卻技術(shù)、液體和熱管冷卻技術(shù)對電池進行熱管理，在熱傳播或熱失控的情況下消除最初的火災(zāi)安全隱患。

另外，還需研究開發(fā)發(fā)生火災(zāi)過程中的撲救技術(shù)與機械設(shè)備，提高撲救的成功率，以免發(fā)生火災(zāi)蔓延問題、火災(zāi)事故嚴重性問題。為增強動力鋰電池的火災(zāi)危險性控制效果，應(yīng)健全相應(yīng)的管理機制，重點根據(jù)動力鋰電池的火災(zāi)危險性特點、應(yīng)用的危險性情況等，科學化的運用控制措施和控制手段進行處理，尤其是要事前設(shè)定相應(yīng)的火災(zāi)危險性預(yù)警機制，在動力鋰電池運行過程中如果有火災(zāi)的危險性因素、風險元素，就要及時做出風險預(yù)警和危險警告，使電動汽車使用者可以快速了解危險信息，自主解決問題或到維修店進行處理，這樣不僅能降低火災(zāi)危險事故的發(fā)生率，還能提高動力鋰電池使用的安全水平。

需要注意的是，應(yīng)向電動汽車使用者宣傳相關(guān)的火災(zāi)危險性控制信息、防控知識，使其在使用期間能自覺預(yù)防、控制動力鋰電池的火災(zāi)隱患，保證應(yīng)用的安全性能。

3 結(jié)束語

綜上所述，電動汽車動力鋰電池可能會因為熱失控或其他風險隱患引發(fā)火災(zāi)危險，出現(xiàn)火災(zāi)危險事故之后會釋放出有毒氣體、有害氣體，對周圍環(huán)境和設(shè)備的安全性造成不利影響。因此，在其使用過程中，應(yīng)該重點考慮如何預(yù)防控制火災(zāi)危險性隱患，在設(shè)備生產(chǎn)環(huán)節(jié)、研發(fā)環(huán)節(jié)應(yīng)研究開發(fā)先進的技術(shù)措施，在先進技術(shù)的幫助下有效預(yù)防風險隱患，并且通過先進的預(yù)警系統(tǒng)、火災(zāi)撲救系統(tǒng)等，在發(fā)生火災(zāi)風險時維護設(shè)備安全性，從根本層面入手規(guī)避安全隱患風險或其他問題。