电动汽车防火安全策略

■ 韦家辉 温州市瑞安消防救援大队

传统汽车会造成严重的尾气污染问题，而且能源消耗量较大，限制了我国经济的可持续发展。近年来，电动汽车出现在人们的视野中，具有轻便的特点，符合清洁型产业的发展要求，是促进汽车行业转型升级的关键。电动汽车在成本、续航和充电等方面具有明显的优势，然而电动汽车会由于电池热失控而引发火灾，成为限制其推广应用的主要原因，同时也会给使用者造成损失。为此，应该强化对电动汽车的防火安全管理，保障电动汽车的安全、稳定运行。电动汽车原理与传统汽车有所不同，因此在采取防火安全措施时也应该更具针对性，分析电池的使用特点，降低热失控问题出现的概率，从而保障良好的整车性能安全。

一、电动汽车的火灾事故分析

由于消费者对电动汽车的电池寿命、防火安全和续航能力等不够信任，导致电动汽车的销量不高，影响了汽车行业的未来发展。特别是近年来出现的多起电动汽车自燃事故，使很多消费者望而却步，不利于汽车企业的市场拓展。电动汽车电池包会受到车辆剧烈碰撞的影响而出现自燃，进而引起整车的燃烧[1]。电池包当中有水分进入会引起短路故障，这也是导致电动汽车自燃的主要原因。此外，在充电过程中容易出现过载发热的情况，超出承受极限后引发火灾。外界环境温度长期过高或者过低，也会导致电池老化速度加快，火灾安全隐患增多。

二、电动汽车电池热失控的机理

锂离子电池是电动汽车的主要电池类型，当电池内部温度出现快速上升的现象时，会导致起火和冒烟等问题，这就是电池的热失控。电化学因素、机械因素和热因素等，是导致电池热失控现象发生的主要原因。如果电动汽车受到外界机械作用力而出现挤压和撞击等情况，则会导致电池受损，如果隔膜遭到严重的破坏，就会引发电池短路故障[2]。树枝状结晶是由于电池的长期充放电引发的，这就会对隔膜造成不同程度的破坏，这也是造成短路的主要原因。电池内部电解液温度会随着外界温度的升高而升高，当超过隔膜的耐受极限后容易出现熔解的情况。电池正负极材料会由于内部短路故障而产生化学反应，单体电芯温度增大。如果在此过程中出现电解液外漏的情况，则会对其他电芯造成引燃，进而引发火灾或者爆炸事故。

三、电动汽车防火安全策略

（一）电池包壳体防火

钣金材料在电池包壳体上的应用较多，而碳纤维、树脂、SMC和铝合金等轻量化材料多用于非结构件的上盖中，因此应该以外壳阻燃性能的强化为核心，防止在火灾中出现大面积的引燃状况，以保障整车安全性。对电池包的密封性加以优化，避免水分进入而引发的短路故障，同时阻止了燃烧的快速扩散。在发生火灾时电解液的温度骤增，会对铝合金材料造成灼穿，为了使其整体防火性能得到增强，可以运用防火胶实施处理，充分发挥壳体材料的吸能作用，提升电池包的安全性。运用耐火阻燃涂层处理壳体表面，并进行燃烧测试，确保其外部抗火焰能力得到全面改善，以避免造成大范围的火灾事故[3]。将防火毡材料应用于电池包壳体和电芯、模组中，也有利于促进阻燃隔热性能的提升，同时运用超细玻璃棉、云母板和高硅氧棉毡等制作防火罩，能在出现火灾时起到良好的阻隔作用，避免火势蔓延，火势走向也能加以控制，为火灾处理赢得宝贵的时间。然而，防火毡的运用也具有一定的缺点，会增加汽车整体重量，而且无法起到良好的散热效果，对电池散热系统的要求更高。

（二）电芯材料防火

为了减少电芯的内短路问题，从而起到有效的防火作用，还应该对电芯材料的防火性能加以优化，确保隔膜具有耐高温的特点。在传统生产制造工作中，往往会使用PE材料和PP材料等制作电芯隔膜，其耐高温作用不够显著，容易在使用中出现收缩熔融的情况，这是引发短路和自燃的主要原因。为此，应该运用SiO2、Al2O3和CaCO3等耐高温的无机纳米涂层进行处理，其基材也可以选择聚酰亚胺等材料，在高温环境下能确保电芯的良好状态，避免出现短路故障。近年来，羟基磷灰石和聚乙烯醇基纳米复合材料薄膜在实践中得到应用，相较于其他材料而言在热稳定性上具有更强的优势，防止出现锂枝晶而引发电池的短路。为了改善电解液的防火性能，可以运用阻燃剂进行处理，防止在火灾发生后造成大范围的燃烧，但是电解液的化学性能可能会受到一定程度的影响，电池成本也会升高[4]。为了改善电池的电化学性能，可以将五氟环三磷氰阻燃剂应用于电解液中，其含量在5%左右。在电动汽车的未来发展中，可燃性液态电解液和简单的隔膜会逐渐被淘汰，在设计隔膜时可以采用全固态电解质和凝胶电解质等，液体电解液由锂盐和聚合物等物质所替代，在相互作用中形成固态电解质复合物，能防止出现泄漏和燃烧的情况。当电动汽车电池出现热失控时，不会造成大范围的引燃状况，其能量密度相对较大，防止锂枝晶问题对电池性能造成的破坏，有利于提高电动汽车的安全性。在实践工作中，也可以运用a-MnO2纳米棒/碳纳米管阴极固态电池和聚丙烯酰胺聚合物电解质等，有效降低热失控问题对汽车安全的影响。

（三）电池散热系统优化

由于单体电芯的存在，会对电池包的散热性能产生影响，加剧电芯的老化，长此以往会导致热失控问题的出现，容易对电池包和模组造成威胁。为此，应该针对模组和电芯进行合理设计，确保其空间分布结构的合理性，对火灾中火势和烟雾的传播形成控制，防止形成大范围的燃烧。为了避免在热失控状况下出现快速蔓延的情况，应该对电芯之间的距离进行合理控制，通常在3mm以上，实现对电芯温度的合理掌控，防止造成剧烈的热量变化，进而对相邻的电芯起到良好的保护作用[5]。电芯热量会受到电池包串并联结构的影响，因此应该设计完善的电池散热系统，实现对电池温度的合理控制，在实践中一般采用液冷和风冷的方式。相变材料已经应用于散热材料的制作中，其形态会由于温度的差异而出现较大的不同，通过热量的吸收和释放来对温度加以控制，但是也存在低热率的问题，可以运用膨胀石墨、金属材料和导热颗粒等对其进行优化。

（四）热失控预警系统优化

热失控预警系统在电动汽车中的运用，可以针对电池的热失控问题及时发出警报信息，从而提醒人员及时采取控制措施，以避免酿成难以挽回的损失。在模组之间的热扩散作用会得到及时控制，以保障整个电池系统的安全，通过双闪报警和人机交互界面显示等方式提醒人员逃生，为火灾预防和控制赢得宝贵的时间[6]。热失控预警系统会自动对电压、温度和电流等参数进行实时监测，当出现异常参数时触发警报，为了防止出现误报的状况，可以加强对电池包压力和相关气体的监测，以获得可靠的监测结果。比如在热失控中会产生较多的一氧化碳和二氧化碳，则可以根据不同气体的密度来判断热失控问题[7]。此外，还应该通过自动灭火装置的应用来提高防火安全，实现对初期火灾的及时控制。

热失控压力智能监测技术在实践中的应用效果较好，可以实现对电池压力的实时化监测，如果压力参数出现异常状况，电池管理系统会进行判断和报警，以便及时控制电芯故障，防止造成严重的事故。在汽车停止和行驶状态下，可以对热失控加以抑制，防止造成整个电池的引燃，同时借助于联网报警获取消防人员的帮助。以BMS检测技术为核心，加强对烟雾报警装置和内部温度监测系统的应用，增强保护效果。

（五）整车非金属材料阻燃性能优化

高压电器件在电动汽车中的应用较多，应该以该类器件的防火为重点，促进整车非金属材料阻燃性能的优化，包括充电枪、充电桩和高压线束等，防止受到高压负载影响而出现燃烧的情况。温度和压力是影响整车非金属材料阻燃性的关键，容易造成大范围的连锁自燃反应。电动汽车内饰材料会受到火势影响而快速引燃，产生较多的有毒有害气体，威胁人们的生命安全。为此，应该选择低烟、无毒、环保材料保障车内的安全性。在设置织物材料和地板时也应该选择高阻燃性能的材料，在氧指数和烟密度等方面作出明确规定，防止在电动汽车运行中存在较大的安全隐患。

四、结语

电动汽车电池的热失控，是引发火灾的主要原因，因此会对汽车的安全性产生威胁。强化对电动汽车防火安全的重视，不仅有利于行业的快速发展，而且可以切实保障驾乘人员的生命财产安全，避免造成重大事故。在实践工作中，应该从电池包壳体防火、电芯材料防火、电池散热系统优化、热失控预警系统优化和整车非金属材料阻燃性能优化等方面入手，构建完善的防火安全机制，从而起到有效的预防和控制效果。