電動車電池消防技術(shù)分析

潘小明 丁小汀（等同第一作者）

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心，北京100160）

電動車消防裝置主要是關(guān)于發(fā)生火情時對電池的自動滅火，其作為電動汽車的最后一道屏障，和汽車的安全性直接相關(guān)，另外，消防裝置的設(shè)置對電動汽車的載荷能力、舒適性等方面也會產(chǎn)生一定的影響。

1 電池消防的技術(shù)主題分析

根據(jù)滅火方式的不同，電池的消防大體上可以分為物理方法和化學(xué)方法，而物理方法又可以分為三類，一、電池著火后，直接在電池上面噴灑阻燃的物質(zhì)，從而實現(xiàn)滅火的目的；二、電池著火后，對電池的空間進行封閉，從而使電池空間內(nèi)的氧氣迅速耗盡，實現(xiàn)電池的滅火；三、檢測到電池的溫度超過安全值后，迅速對其降溫，從而實現(xiàn)電池的消防（如圖1）。物理方法中的第一類，直接在電池上面噴灑阻燃物質(zhì)，在電池著火的時候，能夠快速的使電池與氧氣隔絕，從而實現(xiàn)滅火的目的，該方法能夠使汽車的安全性能得到較大的提升，但是該方法的缺點是需要在電動車里面設(shè)置容器，來承載滅火物質(zhì)，由于電動車的結(jié)構(gòu)一般都比較緊湊，所以會對電動車的設(shè)計提出一定的挑戰(zhàn)，同時也可能對電動車的舒適性和運行里程造成一定的影響。物理方法中的第二類，對電池的空間進行封閉從而使氧氣耗盡的滅火方式，不用像第一類那樣，設(shè)計單獨的容器來承載滅火材料，所以一般不會對電動車的設(shè)計、舒適性、運行里程等造成影響，但是該方法的缺陷是不會使電池的火情迅速得到控制，需要有一個氧氣耗盡的過程，該過程可能會對電池或電動車造成進一步的傷害例如電池爆炸等，所以該方法對電動車的安全性能提升的有限。物理方法中的第三類，對電池降溫，從而阻止其燃燒的消防方式，需要同第一類一樣，添加另外的電池降溫裝置，該裝置的添加也可能會對電動車的設(shè)計帶來一定的影響，從而影響電動車的舒適性和運行里程，該方法單純從電動車的安全角度來說，優(yōu)勢和劣勢同樣明顯，當電池出現(xiàn)故障時，例如電池老化，充電過程著火，溫度會是一個較緩慢的上升過程，該方法在能夠抑制電池的溫度上升，使電池不能達到著火的溫度，從而將事故防范于未然，使電動車的安全性能得到大幅度提升，但是如果電池的溫度瞬間劇烈上升（例如出現(xiàn)碰撞等事故），則該方法可能短時間內(nèi)來不及對電池降溫，就會引起火災(zāi)等事故，從而使電動車的安全性能并未得到有效提升。化學(xué)方法主要是在電池周圍布置化學(xué)材料，當發(fā)生火情時，化學(xué)材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，釋放出滅火材料，從而使電池的火情得到控制，由于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的時候通常也會消耗氧氣，吸收熱量，所以該方法具有上述三類物理方法的所有優(yōu)點，會使電動車的安全性能得到極大的提升，而且由于通常選用的是少量物質(zhì)即能釋放大量滅火物質(zhì)的化學(xué)材料，所以不用設(shè)置較大容器來承載化學(xué)材料，不會對電動車的設(shè)計、舒適性、運行里程等造成明顯影響，該方法最明顯的缺點是技術(shù)要求較高，對化學(xué)材料的選取、保存、有效性的維持等都要求較高。

圖1 電池消防的技術(shù)主題

2 重點企業(yè)的技術(shù)特點分析

中國企業(yè)的電池消防關(guān)于物理方法和化學(xué)方法都有涉及，涉及到物理方法的有國家電網(wǎng)、吉利、奇瑞，涉及到化學(xué)方法的主要有北汽新能源和浙江超威。國家電網(wǎng)作為一家非汽車生產(chǎn)公司，也在電池消防方面進行了研發(fā)，其主要是利用物理方法中的第一類即直接噴灑滅火材料來實現(xiàn)電池的滅火。

吉利公司的電池消防主要涉及物理方法中的兩類，一、在電池周圍布置滅火材料，當電池出現(xiàn)異常狀態(tài)或著火時，將材料釋放，來實現(xiàn)滅火的目的，二、在電池周圍布置吸熱元件，當電池出現(xiàn)異常溫度時，吸收熱量，來實現(xiàn)阻燃目的。奇瑞公司的電池消防也主要涉及物理方法中的第一類，即通過外部設(shè)備噴灑滅火材料，其技術(shù)特點在于分為了主動方式和被動方式，從而更一步提高了電動車的安全性能，北汽新能源的電池消防方法與國內(nèi)其它幾家都不同，其主要是利用化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)消防，其在電池周圍設(shè)置了防火層，當電池燃燒時，引起電池周圍的防火層燃燒，而防火層燃燒的時候會吸熱 同時發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生阻礙燃燒的物質(zhì)來實現(xiàn)電池的消防。

浙江超威的電池消防方法也是化學(xué)方法，而且在這個領(lǐng)域申請量相對于國內(nèi)外其它企業(yè)都要大，可見電池消防是浙江超威的研發(fā)重點，在浙江超威的一系列申請中，化學(xué)材料都是采用的碳酸氫鈉，其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，分解成碳酸鈉、水和二氧化碳。日韓企業(yè)主要是利用物理方法實現(xiàn)電池的消防，其主要涉及物理方法中的第一和第二類，其突出特點是布局的比較早，豐田甚至在2001 年就進行了電池消防專利方面的專利申請布局。豐田的技術(shù)也是涉及物理方法中的第一大類，直接噴灑滅火材料。 LG 的技術(shù)特點也是用物理方法中的第一大類直接噴灑滅火材料實現(xiàn)滅火。現(xiàn)代的技術(shù)特點不同于其它的日韓企業(yè)，其主要涉及物理方法中的第二大類，封閉空間，耗盡氧氣，從而實現(xiàn)滅火。歐美的企業(yè)在電池消防方面的主要技術(shù)手段也是通過物理手段實現(xiàn)滅火，其主要涉及物理方法中的第一和第三類，其申請的年代比中國要早，但是普遍上晚于日韓企業(yè)。特斯拉的技術(shù)特點是在控制系統(tǒng)里面集成設(shè)置了滅火系統(tǒng)，也是直接噴灑滅火材料進行滅火。博世的技術(shù)特點不同于其它歐美企業(yè)，主要是從物理方法中的第二大類，防止電池過熱入手，當電池溫度出現(xiàn)極致時，采取措施，將電池的溫度降下來，從而使電池不會燃燒，從而實現(xiàn)消防的目的。

表1 電池消防分支主要企業(yè)的重點布局情況

3 結(jié)論

從上面的分析可以看出，物理方法中的第一大類，直接噴灑滅火物質(zhì)是電池消防領(lǐng)域的主流做法，其技術(shù)也最成熟和完善，豐田等大型汽車企業(yè)更是在20 世紀初就提出了相關(guān)的申請，而中國企業(yè)由于電動車起步較晚，申請的年代相對較晚，而噴灑的物質(zhì)和噴灑的方式各個企業(yè)的選擇也不同，噴灑的物質(zhì)基本上分為惰性氣體、液氮甚至沙子等，而控制方式大部分是利用控制系統(tǒng)自動噴灑，也有少部分是由操作人員主動去控制（例如國家電網(wǎng)公司和奇瑞公司），該方法實現(xiàn)容易，滅火迅速，能大幅度提升電動車的安全指數(shù)，但是由于其需要隨車攜帶滅火材料，所以也給電動車的結(jié)構(gòu)設(shè)計、舒適性、行車里程等方面帶來了一定的影響，這也促使企業(yè)去尋找各種更為方便的滅火方式，近些年封閉空間耗盡氧氣、電池降溫阻止燃燒甚至是化學(xué)方法實現(xiàn)滅火等方式都開始在中內(nèi)外企業(yè)的專利申請中出現(xiàn)（例如吉利、現(xiàn)代、博世等企業(yè)），而在這些電動車電池消防方式中，中國企業(yè)已經(jīng)走出了自己的研發(fā)之路，集中體現(xiàn)在利用化學(xué)方法給電池滅火的方式上，目前浙江超威和北汽新能源公司在這方面的申請上處于領(lǐng)先地位，化學(xué)方法具有幾類物理方法中的全部優(yōu)點，而且國外企業(yè)并沒有在這方面予以重點關(guān)注，所以只要國內(nèi)企業(yè)持續(xù)投入研發(fā)力量，克服好化學(xué)材料的選擇、保存、有效性的持續(xù)等問題，肯定會在這一細分領(lǐng)域烙上深深的中國印記。