车用动力锂离子电池涉水燃烧机理探索与预防
发布时间:2016-11-02 11:37:00
关键词:锂离子电池动力电池电池技术

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  中国化学与物理电源行业协会于2016年10月13日-14日在杭州召开了“第二届混合动力车市场与先进电池技术发展研讨会”,会议受到了国内外电池、材料、设备和汽车领域众多企业的广泛关注,400多位国内外嘉宾参会。自2014年4月中国化学与物理电源协会在北京组织了“第一届混合动力车市场与先进电池技术发展研讨会”以来,在国内外纯电动车和插电式混合动力车取得较快发展的同时,混合动力车辆,特别是微混车辆也在国际上得到预期的快速发展。特别是近来进一步提出了发展48V电池体系与技术的要求,使电池行业又出现了一个新的发展热点。

  “第二届混合动力车市场与先进电池技术研讨会”的举办,给大家提供了一个交流的平台,帮助大家了解国内外在混合动力汽车产业方面的发展动向、最新进展,交流适用于混合动力汽车发展的各种电池技术及其最新进展。希望通过技术交流,能对我国混合动力汽车产业的发展起动一定的借鉴和推动作用,加快我国混合动力汽车用各类电池技术的快速发展。

  在本次会议上,苏州宇量电池有限公司董事长兼总经理毛焕宇博士做了“车用动力锂离子电池涉水燃烧机理探索与预防”的专题报告,以下是根据速记整理的文字,未经本人审核,仅供参考。

  电动车进水而燃烧事件不是最近才发生的,在2012年就发生过一次重大的进水燃烧事件,16辆豪华Fisk的PHEV车停在美国的纽约附近的海港停车场上,当时来了一个飓风,停车场就进水了,只有四个小时水就退去了,没有想到到晚上16辆车全部烧掉了,这是一个很大的事件,但是没有引起大家的关注。后来2014年又发生一个事故,GM Volt的PHEV车试验后淋雨过后就烧起来了,我认为也是进水以后燃烧的。今年七八月份的时候南京这边发大水,有两个地方的纯电动公交车烧掉了,这就是典型的进水燃烧。这也是今年发生的,进水以后纯电动中巴车烧掉了。我亲自目睹了一个事件,这是在室内停车场,前面第三台车烧起来了,情况非常紧急,因为是在停车场里面,经过大量的营救把火扑灭了。这些事情发生以后引起了我们的一些重视,这是视频,后来有人给出了照片,停车场发生这种火灾,这是非常紧急而且恶劣的事情。

  到底是怎么回事?我们从发生火灾的特点出发,然后如何去预防它。有几个特点,第一个特点,有一个延时的作用,这也是我经历的一件事情,某年某月某日下午三点左右有某某纯电动乘用车进行涉水试验,就有一个故障,开到停车场采集数据,然后人员走了,晚上9点钟车烧起来了。这里两辆车,今年某月7日,A和B两台车放在低洼的地方,下雨之后水浸上来,7天6点左右A车自燃,到了8号早上5车自燃,七天以后A车又自燃,后来发现是两个独立的电池包,烧了一个又烧了一个。第二个特点,一般都有气体产生,快要烧的车发现有许多电池包拱起来了,你想想里面的压力有多大,然后打开看发现里面有水,还有泥浆。刚开始百思不得一解,水浸染可以进得去,为什么气跑不出来,气体的流动性比液体要好很多,为什么气跑不出来?很简单,非常简单的道理,下大雨的时候水带泥浆,缝隙在电池箱底部,水进去经过一段时间以后沉降了,把缝隙给堵死了,气就不能出去了,气能够出去的话就不会发生事故了。还有第三个特点,我们发现烧掉的车里面电路板烧得特别凶,有些电路板整个是烧掉了,烧穿了孔,如果你拿一个电池板去烧不会烧出一个洞,最后我们找到了一个没有烧起来的接插件,这里肯定发生过火。

  刚才说了三个特点,延时、有气体产生、电路板烧掉,我们就一一来验证。我们把电池放在一个玻璃瓶里面,这是我们家里的玻璃花瓶,上面搞一个气球,放在清水里面,这个电池总总量是1/4千瓦时,48小时以后胀起来了,那么大了,同时还产生了沉淀,这个沉淀也跟刚才一样,哪怕进去的是清水也会由于产生沉淀把缝隙给堵塞,然后气体出不去。我们分析了沉淀,沉淀是那些氢氧化镍和氢氧化铁这些。我们首先想验证一下气体是不是可燃可爆,我们把煤气灶的两个触点用了两个针头做成这样的东西,把点煤气灶的电源连接上去,发现也是可以起弧的,我们把针头扎到气球里面,我不敢用太多的电池,太可怕了,证明有起弧,电火,马上就爆炸了。我们把视频放到1/10的速度,就发现这里有火,证明气体是可燃易爆的。我们看一下气体是一些什么东西,铝壳电池进水的后果,用了6串,比单个激烈多了,而且24小时之后就把铝壳都穿掉了,里面极组都暴露在水中间,正极、负极、隔膜都在水中间,负极反应会产生巨量的氢气出来。我们把这些反应的方程式罗列了一下,这些方程式可能不太正确,还没有来得及验证,我相信如果产生铝壳的话会有更多氢气出来,特别是锈的时间长一些,几组暴露在水中间会更加可怕。

  有了可燃气体,没有火种不会爆炸,刚才电路板有烧掉,这是一个电池包,我们把它装好,正常从控电路板,然后放在水里面,浸泡3分钟的时候就冒烟了,半个小时以后涨到68度。下面我们还有更精彩的演示,这边是一个视频,我们把水倒到从控,然后等了一段时间,几个小时以后电路板就这样了,为什么?这个电路板是32串,你想想电压有多高,几十到上百伏的电压,遇水就烧。这样来看可以对它的机理做一个判断,进水以后肯定会产生气体,经过证明气体是可燃的,再加上电路板的引燃,那么南京的烧车就不可避免。我昨天在2016年新能源会议上看到工信部的一些总结,根本就没有统计到这些,所以还是有点问题。

  要一段时间才能烧起来,这一段时间就是酝酿期,不会马上遇水爆。这个酝酿期是电池要与水发生反应需要时间产生足够的气体,仅仅产生气体还不够,我们做了实验,并不是引爆就爆的,我们有时候引爆不了,因为要达到一定的比例,燃料跟氧气的比例不到一定程度是烧不起来的,氢气和氧气有一个比例,跟空气慢慢地达到一定比例才能燃烧。还要等到电路板、接插件开始着火,这个电路板也不是马上着火,所以有一个着火的酝酿期。这个酝酿期是一个比较危险的事,那辆大巴车从进水的地方正常地开到了室内停车场,还放到最里面,以为没有事了,结果20小时以后,我自己亲自在场,我在处理另外一个事情,只听见有人往那边跑,说有车在爆了,我跑过去就看到这个场面。所以说这个酝酿期一定要引起重视。还有几天以后烧起来的,有可能在车进水之后继续开,在马路上跑,还装上一车的人,突然一下爆了,这是一个很危险的事情。电动汽车进水以后在酝酿期的车辆可以正常开动,但是一旦发生事故是比较危险的。

  如何防止这个事情?我想还是很简单,所有的箱体要做到IP67,不能漏水。但是我们确确实实也做到了IP67的还是出了事故,为什么?箱体的质量没有控制好,本身就有缺陷,这些问题经过一段时间以后就开始出问题  了。另外就是BMS的问题,BMS没有采取一个比较好的方式,整个算法和检测度都不够,进了水也没有预报预警,有的预报报一点点,那都是三级预警,司机照样开,一级才开始注意采取措施,所以在BMS的绝缘报警应该更加清楚一些。另外也要把BMS与电池包隔离放置。

  最后小结一下,动力电池包漏水会产生大量可燃可爆气体,电池包内的电气原件、接插件会着火引燃气体,如果进水了还不知道有可能造成人员伤亡。我们必须达到IP67的防水标准以及改进BMS的报警,谢谢各位!


稿件来源: 中国国际电池展
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