新能源汽车,因为环保受到了全球业内外人士的好评,可谓是近几年来汽车领域火爆的一个热门话题。2009年以来,欧盟新乘用车及轻型商用车开始实施强制性二氧化碳排放标准,欧洲汽车市场正在加速电气化。2019年5月份,欧洲市场共售出37399辆电动汽车,较去年同期攀升28%。主流汽车市场销量则停滞不前,同比微增0.04%。
虽然道路上出现了越来越多的电动汽车或混合动力汽车,但人们却普遍缺乏对这些新能源汽车的火灾风险认识。电动汽车所使用的锂电池发生故障时,有可能带来的风险与灾难,也成为越来越关注的话题,因此对其安全性进行研究成了当务之急。
风险视角和风险管理
从风险角度看,内燃机车与电动汽车或混合动力汽车的区别在于火源的位置和特征。内燃机车的火源主要集中在发动机舱内,而电动或混合动力汽车的火源可能会出现在车辆的不同位置。由于电气元件的敏感性和可能发生火灾的类型,通常在处理电动汽车火灾时会将不同的灭火剂组合使用。
在安装灭火系统之前,必须进行火灾风险分析,以确定潜在的火灾风险。然后对火灾的严重程度和概率进行评估,设计出最优的车辆防火方案。瑞典国家研究院(RISE)发布的《车辆火灾风险管理规程》被用作火灾风险评估的基本原则。
无论是用于储能应用的大型电池,还是用于电动汽车的电池,都可能存在先天固有的危险性。锂电池容易因过热发生自燃和爆炸,过热现象可能由电气短路、快速放电、过充、制造缺陷、设计问题或机械损坏等原因引起。热逸散会产生足够的热量,导致相邻的电池起火,从而在每个电池上反复燃烧。与普通火灾相比,锂电池火灾具有不同的特点,其传播速度更快,灭火难度更大。
在燃料、火源和氧气可能相互作用的地方就会存在火灾隐患。危害识别的目的是判断出这种情况可能在哪里发生,何时发生,如何发生以及为什么会发生。
危害识别后,应采用风险评估对风险进行量化。其目标是量化风险,以便根据需要的优先次序和行动对风险进行分类。汽车工业中常用的一种方法是故障模式与影响分析,该方法也可用于车辆火灾风险的量化。识别出的危害根据发生概率、严重性和检测失败概率的量化,给出风险优先级编号。火灾的严重程度可以通过对车辆、司机、乘客以及周围环境造成的潜在后果进行评估来量化。当火灾风险被量化后,再将其进行分类,把需要处理的风险与可接受的风险分开。
当前的解决方案
风险评估之后,必须对每个确定的火灾风险制定行动计划。如:通过设计来实现消除风险或风险最小化;安装主动和被动消防系统;改进维护和清理程序;加强培训,提高质量等。
目前,欧洲厂商开发了一种全覆盖式临时多区域消防解决方案。该方案采用了一种无腐蚀性的液体灭火剂,并提供了有效的冷却能力来减缓火灾的发展,让乘客安全疏散。为了覆盖电动汽车或混合动力汽车的所有风险区域,该方案为车辆划分了4个保护区:一区为辅助加热器和冷气,防止因泄漏而喷在高热表面的易燃燃料引起的火灾;二区为电池室,保护电池免受外部火灾,遏制电池着火、热散逸;三区为电气柜,短路、电弧等引起的电气相关火灾的防护;四区为发动机舱,内燃机(混动车)和电气元件(电动车)的防护。
通过有效的探测和灭火系统(液体和气体灭火组合),以多种方式保护不同的区域。
法规的支持
2016年,联合国欧洲经济委员会(以下简称“欧洲经委会”)发布了第107号条例的附录文件,其中包括了公共汽车和客车发动机机舱灭火系统的防火检测规程。
2018年7月11日起,欧洲经委会发布相关规定,强制要求M2、M3类单层、双层车辆,尤其是载客量超过22人(除驾驶员外)的“III类”车辆安装灭火系统。III类车辆仅设有座位区,通常称为“旅行大巴”。2019年7月11日起,应用于所有新型III类车辆。至2020年9月1日,将对新型单层、双层M2 或M3类车辆,尤其是载客量超过22人(除驾驶员外)的“I类和II类”车辆安装灭火系统强制安装灭火系统。I类车辆设置了供乘客站立乘车的区域,方便他们在车内移动。II类车辆以座位区为主,同时在过道或不超过两个双人座位的空间提供站立区域,通常称为“城市公交车和城际巴士”。从2021年9月1日起,将应用于所有新的I类和II类车辆。
灭火系统制造商要取得欧洲经委会的核准,也是客车制造商获准生产的前提条件。
未来的研究方向
锂电池仍然是一项相对较新的科技产物,其安全性一直是近年来的一个研究难题。事实上,法规和标准在一定程度上已经落后于技术的发展。
未来的安全解决方案正在研究当中,包括系统设计、电池放置、通过电池管理系统监控和分析现有数据,实现电池故障的早期检测,以便在发生彻底热逸散之前切断电源。
据悉,欧洲一些国家还将进一步研究锂电池驱动的车辆,并研究以优化的方式,应用何种灭火系统,包括细化灭火剂的配方和可行的锂电池一体化设计。此外,还将调研把感烟传感器与控制系统集成到车辆的KAN总线控制系统中的可能性。锂电池一旦发生火灾便很难控制。因此,早期检测将是未来解决方案的关键。(石威编译自《国际消防》2018年11月 )