总结:
一点产品经验,目前来看,并没有有效的方式来阻止电池热失控引起的着火,根源在电池本体,但并不是所有的着火都不可灭。
燃烧的三要素:可燃物、助燃物、着火源。想要发生燃烧,三要素缺一不可。
燃烧的必要条件
燃烧是有条件的,它必须是可燃物质、氧化剂和火源这三个基本条件同时存在并且相互作用才能发生。也就是说,发生燃烧的条件必须是可燃物质和氧化剂共同存在,并构成一个燃烧系统;同时,要有导致火的火源。
燃烧的充分条件
上述谈到的燃烧的三个基本条件在数量上的变化,也会直接影响燃烧能否发生和持续进行。例如,氧在空气中含量降低到14%~16%时,木材的燃烧即停止。而且,着火源如果不具备一定的温度和足够的热量,燃烧也不会发生。又如,锻件加热炉燃煤炭时飞溅出的火星可以点燃油、棉、丝或刨花,但如果溅落在大块木材上,就会发现它很快就熄灭了,不能引起木材的燃烧,这是因为火星虽然有超过木材着火的温度,但缺乏足够热量的缘故。实际上,燃烧反应在可燃物、氧化剂和着火源等方面都存在极限值。
所以,燃烧必须具备以下条件:
1)一定的可燃物含量;2)一定的含氧量;3)一定的着火源能量;
燃烧的三个基本条件需相互作用,燃烧才能发生和持续进行。
以上主要针对的是物理燃烧,而化学燃烧从热量的角度来讲主要是将化学键进行断裂。
燃料/氧化剂 吸收能量使得化学键断裂,生成大量碎片(自由基),这个过程是吸热的,之后,游离的自由基们相撞后形成新的化学键进而生成新的分子或自由基,而这个成键过程会释放能量(比如自由基反应生成CO2 和 H2O)。所以,只要有合适的初始的能量源(或者初始自由基来源)做火种 2. 成键时释放的总能量大于断键所需要的总能量,就有可能形成化学燃烧。
而对于新能源汽车的起火,多是物理和化学燃烧同时存在,根据统计数据来看, 主要来自电池的燃烧最大。由于当前的新能源乘用车多数采用电池包一体的方式安装,因此包内已经具备了两大条件,只需满足一定的着火能量后电池就有可能发生燃烧甚至可能爆炸。
常见的新能源汽车电池起火,一般由于电池热失控原因引起,也就是电池本体存在的潜在风险从而引发各种事故。对于因为高温、线路老化等原因引起的着火,只要未涉及到电池,多数可以直接通过水来扑灭。
电池热失控:指由于锂离子液态电池在外部高温、内部短路,电池包进水或者电池在大电流充放电各种外部和内部诱因的作用下,导致电池内部的正、负极自身发热,或者直接短路,触发“热引发”,热量无法扩散,温度逐步上升,电池中负极表面的SEI膜、电解液、正负极等在高温下发生一系列热失控反应。
电池热失控带来的危害巨大,小到电池损坏,元件损毁,大到燃烧爆炸,伤人伤财。目前来讲一旦热失控发生,迅速能够引起电池燃烧,如果火势迅猛,基本没有有效的手段应对,这也是目前新能源汽车发展遇到的一个重大待解决问题。
而由于电池热失控引发的多案例来说,一方面国家出台相应的标准,要求电池制造企业所生产的电池必须留下相应的逃离时间,确保人员安全,另一方面鼓励企业想办法抑制此类现象的发生和延缓。
市面上呈现主流的两种控制方式,一种针对本质性的电池研发,对于材料端和燃烧构成要素进行解体电池,从源头上进行控制;另一种就是通过监测的来进行预警,换句话说就是既然不可抑制,那就从现象级找出一种方式来保护生命安全和财产损失;前者主要在电池企业,后者则集中于bms系统供应商。
由于电池箱的密闭性与燃烧时的危险性,导致现有的锂电池灭火手段主要从以下三种机理展开: 1 冷却灭火机理 锂电池由于其高能量化,发生火灾时会产生大量热量,故灭火时需对其进行大量降温以灭火和防止复燃; 2窒息灭火机理 由于锂电池在燃烧时会分解出氧气,且电池箱密封性较好,对电池箱内的氧含量进行稀释,降低其氧浓度,以达到降低其燃烧速度。 3抑制燃烧连锁反应灭火机理 锂电池起火时电池单体破坏,所含能量迅速爆发,燃烧链式反应剧烈,故通过灭火剂与自由基结合中断火焰链式反应可有效灭火。
从两个方面来看,将商用车和乘用车分开。
先来看新能源商用车,此类主要包括公交、大巴、重卡等!而公交技术相对成熟。
电动公交车的灭火,其实目前已经有推广的办法,电池bms的检测系统能够监测电池的状态,通过热失控的现象,然后通过一定的手段来进行灭火。
目前已运用于车用动力锂电池的灭火剂技术
(1)超细干粉(磷酸铵盐、氯化钠、硫酸铵)
主要通过化学抑制、隔离窒息灭火。微颗粒,具严重残留物、湿度大对设备具腐蚀性;
(2)气溶胶(混合金属盐、二氧化碳、氮气)
主要通过大量产气释氧以及化学抑制灭火。亚纳米微颗粒(霾),金属盐,具残留物、对设备具腐蚀性及产高热性损坏;
(3)气体灭火剂(二氧化碳、七氟丙烷)
无颗粒物,无残留物、对设备不具腐蚀性、二氧化碳高压存储、对金属设备具冷激效应,即对高热设备元件具破坏性,同时对火灾场景密封环境要求高。
从传统的灭火器,干粉的、泡沫的、二氧化碳的,无论是手提的还是推车的,到七氟丙烷气溶胶类的,到水基灭火器等,无论液体的、气体的、还是固体的方式都在极力的保护车辆和人员安全,所采取的应对手段正如前面所讲,物理/化学双重灭火。
而由于商用车空间大,对于人员活动方便,所以相对容易,尤其是公交先行的示范作用,将来可以进一步推广到其他商用车,有待于进一步的研究。
乘用车的任务任重道远,受制于车内空间和电池的安装方式,一旦起火,人员的反应速度和车辆电池的燃烧速度,都会很大程度上导致事故发生。
而由于电池包自身的密闭性,无论电池自身原因还是碰撞引起的其他原因,当电池进入燃烧状态泄压阀并没有完全打开的情况下,二次燃烧的发生更会加快爆炸类现象的引起,所以,一旦发现此种状态,最好的办法就是立刻,毫不犹豫的离开现象,相对于物质的损毁,生命的重量更值得珍惜。
新能源汽车的发展尽管很快,但带来的安全隐患同时存在,尤其是针对失火爆炸类现象,所引起的社会恐慌和情绪蔓延,是发展过程中的很大挑战;
而电池的安全性,需要厂商在设计端进行严格把控,采用先进的工艺和材料从源头控制电池着火燃烧爆炸现象,失火后的监测毕竟带不来本质上的克服。
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