編者：近來新能源汽車行業(yè)發(fā)生若干起起火事故（參見：電動大巴起火 動力電池安全需升級）。在報道之外，我們邀請行業(yè)內(nèi)外人士對此撰文，為新能源汽車的安全建言獻策。西安西聯(lián)熔斷器研究所總工程師何可平撰寫了“4?26電動大巴起火：向特斯拉學(xué)習(xí)過流熔斷保護”之后，引發(fā)了讀者的討論，因此我們邀請他再次就此撰文如下。歡迎大家來信參與討論（投稿發(fā)至content@d1ev.com）。

【第一電動網(wǎng)】（特約作者 何可平）早在2006年，西安西聯(lián)電器公司就為承擔(dān)新能源汽車科研項目的清華、同濟、復(fù)旦大學(xué)等，配套完成車用高壓熔斷器的研制生產(chǎn)任務(wù)，同時為起步最早的東風(fēng)和比亞迪汽車供應(yīng)鋰電池和充電機所需的各種熔斷器。

車用高壓熔斷器，是動力電池系統(tǒng)過流保護必配的重要電器，因為要適應(yīng)電動汽車的純直流專屬用途，第一應(yīng)具備直流快速保護特性，以完成重過載和短路電流的迅速熔斷；第二應(yīng)具備體積緊湊、抗振耐用、通用互換的結(jié)構(gòu)特征；第三尤為重要但也常被忽略的是：熔斷器管殼材質(zhì)應(yīng)具備抗高溫、不助燃也不自燃的安全防火特性。車用高壓熔斷器長期工作在封閉狹小的安裝空間內(nèi)，無法得到有效地冷卻降溫，特別是與電池組共處一個持續(xù)高溫的閉合環(huán)境中時，材質(zhì)選型不當(dāng)將會引發(fā)管殼的熱熔與燃燒事故。正所謂“成也蕭何，敗也蕭何”，為周全之計，對車用高壓熔斷器的合理選型一定要高度重視并慎思慎行。

電動汽車為什么要用高壓熔斷器做鋰電池系統(tǒng)的過流總保護，一是基于國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18384.1的明確規(guī)定，更是因為鋰電池系統(tǒng)發(fā)生重過載和短路故障時，必須有一道堅固可靠的“閘門”截斷并消除這些破壞力極強的短路能量，有效制止高壓過流事故的擴大和蔓延。因為車載空間狹小有限，無法安裝龐大而昂貴的直流斷路器，只能選用體積不大、相對低廉并可緊湊安裝的直流快速熔斷器，作為限制和開斷異常電氣事故的主保護器，這已是國內(nèi)外電動汽車業(yè)界公認的一種安全標(biāo)準(zhǔn)配置。

直流快速熔斷器在管殼內(nèi)焊裝純銀熔體，填充密實固化的高純石英砂。正常工作時熔斷器自身的微歐級電阻可以忽略不計。當(dāng)電池系統(tǒng)出現(xiàn)數(shù)千安培的重過載和短路電流時，銀熔體與石英砂會在幾個毫秒內(nèi)協(xié)同完成“熔化-滅弧-斷流”全過程，將高壓浪涌電流和高能熱量在管體內(nèi)全部消耗吸收。在這個熔斷過程中，管殼要承受內(nèi)部高壓電弧產(chǎn)生的200-300MPa擴張壓力，以及超過1000℃異常高溫的擴散熱輻射，如不具備足夠的抗高溫機械強度指標(biāo)，管體就會破損炸裂、噴出電弧進而高溫碳化、自燃起火。

進入2014年以后，隨著電動汽車產(chǎn)量的大幅增長，上路運行的車輛越來越多，動力電池儲能容量越來越大，用有機材料制作熔斷器管殼先天不足的致命弱點，在一些意外事故中逐步暴露出來。用戶反映有機復(fù)合管熔斷器發(fā)生的多起管殼燃燒事件，大多在500V以上電動大巴的充電過程發(fā)生，特別是當(dāng)鋰電池使用壽命已超過質(zhì)保期、或安裝熔斷器使用有機材料底座、或?qū)щ娺B接螺釘出現(xiàn)了松動、或管殼過于靠近箱體鐵板等細微因素，都易引發(fā)意外的電擊燃弧事故。此前因事發(fā)現(xiàn)場采集的信息不夠全面，有些整車制造和電池企業(yè)不愿披露過多事故細節(jié)，因此，鋰電池過充失控引發(fā)的泄漏、短路及熔斷器安裝使用不當(dāng)問題，一直未被納入事故誘因做深入的分析考慮。高壓熔斷器有機復(fù)合管殼為何會熱熔自燃？而內(nèi)部熔體與石英砂卻基本完好？這股強勢短路浪涌究竟從何而來？不僅讓供需雙方陷入了長時間的迷惑不解和爭論之中，也使公眾對新能源電動汽車的乘用安全產(chǎn)生質(zhì)疑與不安。

隨著對熔斷器有機管殼熱熔自燃現(xiàn)象的深入研究，發(fā)現(xiàn)有機復(fù)合材料高溫軟化變形溫度均低于200℃，在電池箱或高壓箱封閉高溫狀態(tài)下長期工作，尤其當(dāng)熔斷器被安裝在通風(fēng)散熱極差的狹窄角落里時，其材質(zhì)會發(fā)生明顯的衰退性熱老化，機械強度與絕緣強度均呈梯度下降。而鋰電池充電時的過充失控現(xiàn)象，尤以電動大巴在500V以上高壓充電時較為常見，過充導(dǎo)致電池泄漏或電容擊穿產(chǎn)生的短路浪涌，會逆向沖擊繼電器和熔斷器，使箱體內(nèi)異常高溫迅速攀升，加劇了有機管體的軟化變質(zhì)，當(dāng)環(huán)境溫度超過有機材質(zhì)的熱熔點時，管殼就會迅速全面碳化，原先的絕緣層變成了導(dǎo)電層，高壓浪涌沿管壁形成外部電弧通道，猛烈灼烤有機膠體使之熱熔自燃，高壓箱體內(nèi)的電氣線纜同步引燃，直至引發(fā)整車的起火燃燒。事故過程據(jù)目擊者描述僅需幾秒時間，但其破壞能量卻相當(dāng)驚人。

左圖：管體碳化；中圖：膠體燃燒；右圖：管殼燒毀

以上事故的起因推論，終于通過2015年8月9日第一電動網(wǎng)公布的深圳4.26電動大巴自燃調(diào)查報告得以證實：國內(nèi)電動汽車整車及動力電池、電氣、充電等領(lǐng)域的14名專家，受深圳市計量質(zhì)量檢測研究院委托組成專家組，經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查與勘驗，以及事故驗證測試，得出了動力電池過充導(dǎo)致電池泄漏及短路乃至火災(zāi)的調(diào)查結(jié)論”，這一調(diào)查結(jié)論揭示了早前發(fā)生熔斷器管體熱熔燃燒的深層原因，有著重要的啟迪作用。

目前各種類型的電動大巴，凡因電池、電容過充短路造成的熔斷器管殼熱熔燃燒事故，現(xiàn)場情景基本如圖4所示：超高溫的浪涌電弧沿著管體表面快速擴散灼燒，不僅燒熔了銅質(zhì)接線端子，還能燒穿高壓箱體5mm的鋼板，熔化銅鐵的溫度達到1200℃以上。在此超高溫的環(huán)境里，僅能耐受200℃的有機復(fù)合材料管殼，瞬間化為灰燼，管體內(nèi)部的熔片與填砂雖有所殘留，但熔斷器開斷短路浪涌的保護功能早已喪失殆盡。我們據(jù)此認為，在電動大巴BMS和充電樁管理系統(tǒng)對鋰電池過充、過放故障尚未達到100%有效控制的情況下，選用有機復(fù)合材料制作高壓熔斷器管體外殼，不是一個科學(xué)合理的安全優(yōu)選方案。

事故發(fā)生前后有機復(fù)合材料管殼的變化

2014年8月，西聯(lián)熔斷器研究所對國內(nèi)50多家電動整車及電池集成企業(yè)，做過一次廣泛的安全問卷調(diào)查，其中認可“管體不燃燒”選項的用戶為97%，認可“高強度瓷管”選項的用戶為64%。根據(jù)用戶對車用熔斷器絕對安全素質(zhì)的多數(shù)取向，我們毅然摒棄了使用八年的有機復(fù)合材料，改用高絕緣、抗高溫、不燃燒的高強度95氧化鋁(Al2O3剛玉)瓷制作熔斷器管體，以電動汽車的絕對安全為首選目標(biāo)，實施產(chǎn)品更新?lián)Q代和批量生產(chǎn)。

表1：車用熔斷器管體材質(zhì)性能對照表

2014年9月起，我們正式推出了瓷管型全系列熔斷器，迄今已有近20萬只標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品裝車運行，只有一次因用戶安裝錯誤造成的意外燃弧事故發(fā)生，熔斷器端子、端帽被電弧灼燒受損，但95氧化鋁瓷管整體完好無損，經(jīng)受住了一次嚴(yán)峻的高溫考驗。除此以外，尚未見一例瓷管型熔斷器發(fā)生破裂、噴弧、燃燒的客戶投訴，證明選擇95氧化鋁高強度瓷管制造車用高壓熔斷器，是一個正確合理的安全優(yōu)選方案。

近期按照中國CCC強制安全認證規(guī)定，一個500V/ 400A車用高壓熔斷器，在通以20KA短路電流時，僅用7.22毫秒就完成了熔化-滅弧-斷流的全過程，充分證實了瓷管型熔斷器不僅抗高溫不自燃，還具有在9.43 KA強制限流和5.49 ms瞬間滅弧的性能。

2015年8月6日，工信部發(fā)布《關(guān)于開展節(jié)能與新能源汽車推廣應(yīng)用安全隱患排查治理工作的通知》，通知顯示，近期個別地區(qū)出現(xiàn)純電動客車、混合動力客車自燃事故。為吸取教訓(xùn)，預(yù)防類似事故再次發(fā)生，在各節(jié)能與新能源汽車推廣應(yīng)用城市、節(jié)能與新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)開展安全隱患排查治理工作。我們希望國內(nèi)整車制造和電池企業(yè)，通過閱讀本文，在安全隱患排查治理中，對電動汽車高壓熔斷器的材質(zhì)結(jié)構(gòu)與合理選用予以高度重視，不以裝了車用熔斷器就可“保險”無憂，排查治理先要立足于熔斷器“未燃”之際。

同時我們建議電池企業(yè)，不要把高壓熔斷器安裝在電池箱內(nèi)，最好將其隔離安置于一個獨立箱體，這樣既安全又方便及時檢修更換，更無需對電池箱做經(jīng)常性的拆裝啟合。畢竟當(dāng)電動汽車大量售出之后，更換熔斷器這個易損器件的人群，大多是非專業(yè)人士。

作者何可平為西安西聯(lián)熔斷器研究所總工程師

第一電動網(wǎng)將繼續(xù)追蹤深圳“4·26”電動大巴起火事件，同時我們也想知道您對此次事件的分析和見解，請在下面的評論區(qū)寫出您的看法，或撰文發(fā)送至content@d1ev.com。

相關(guān)報道：

專題：電動大巴起火 動力電池安全需升級

4?26電動大巴起火：向特斯拉學(xué)習(xí)過流熔斷保護

獨家報道 | 深圳4.26電動大巴起火調(diào)查結(jié)果公布：過充引發(fā)火災(zāi)

從深圳4?26電動大巴起火看系統(tǒng)安全方法

五洲龍電動公交起火，有關(guān)沃特瑪電池知多少？

廈門混動公交起火 分析動力電池是否存在安全風(fēng)險

揭秘電動汽車電池起火原因 電池安全性及其監(jiān)測技術(shù)知多少

應(yīng)對新能源公交起火：電池包主動安全設(shè)計必不可少

返回第一電動網(wǎng)首頁 >