电动车电池消防技术分析

潘小明 丁小汀（等同第一作者）

（国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京100160）

电动车消防装置主要是关于发生火情时对电池的自动灭火，其作为电动汽车的最后一道屏障，和汽车的安全性直接相关，另外，消防装置的设置对电动汽车的载荷能力、舒适性等方面也会产生一定的影响。

1 电池消防的技术主题分析

根据灭火方式的不同，电池的消防大体上可以分为物理方法和化学方法，而物理方法又可以分为三类，一、电池着火后，直接在电池上面喷洒阻燃的物质，从而实现灭火的目的；二、电池着火后，对电池的空间进行封闭，从而使电池空间内的氧气迅速耗尽，实现电池的灭火；三、检测到电池的温度超过安全值后，迅速对其降温，从而实现电池的消防（如图1）。物理方法中的第一类，直接在电池上面喷洒阻燃物质，在电池着火的时候，能够快速的使电池与氧气隔绝，从而实现灭火的目的，该方法能够使汽车的安全性能得到较大的提升，但是该方法的缺点是需要在电动车里面设置容器，来承载灭火物质，由于电动车的结构一般都比较紧凑，所以会对电动车的设计提出一定的挑战，同时也可能对电动车的舒适性和运行里程造成一定的影响。物理方法中的第二类，对电池的空间进行封闭从而使氧气耗尽的灭火方式，不用像第一类那样，设计单独的容器来承载灭火材料，所以一般不会对电动车的设计、舒适性、运行里程等造成影响，但是该方法的缺陷是不会使电池的火情迅速得到控制，需要有一个氧气耗尽的过程，该过程可能会对电池或电动车造成进一步的伤害例如电池爆炸等，所以该方法对电动车的安全性能提升的有限。物理方法中的第三类，对电池降温，从而阻止其燃烧的消防方式，需要同第一类一样，添加另外的电池降温装置，该装置的添加也可能会对电动车的设计带来一定的影响，从而影响电动车的舒适性和运行里程，该方法单纯从电动车的安全角度来说，优势和劣势同样明显，当电池出现故障时，例如电池老化，充电过程着火，温度会是一个较缓慢的上升过程，该方法在能够抑制电池的温度上升，使电池不能达到着火的温度，从而将事故防范于未然，使电动车的安全性能得到大幅度提升，但是如果电池的温度瞬间剧烈上升（例如出现碰撞等事故），则该方法可能短时间内来不及对电池降温，就会引起火灾等事故，从而使电动车的安全性能并未得到有效提升。化学方法主要是在电池周围布置化学材料，当发生火情时，化学材料发生化学反应，释放出灭火材料，从而使电池的火情得到控制，由于发生化学反应的时候通常也会消耗氧气，吸收热量，所以该方法具有上述三类物理方法的所有优点，会使电动车的安全性能得到极大的提升，而且由于通常选用的是少量物质即能释放大量灭火物质的化学材料，所以不用设置较大容器来承载化学材料，不会对电动车的设计、舒适性、运行里程等造成明显影响，该方法最明显的缺点是技术要求较高，对化学材料的选取、保存、有效性的维持等都要求较高。

图1 电池消防的技术主题

2 重点企业的技术特点分析

中国企业的电池消防关于物理方法和化学方法都有涉及，涉及到物理方法的有国家电网、吉利、奇瑞，涉及到化学方法的主要有北汽新能源和浙江超威。国家电网作为一家非汽车生产公司，也在电池消防方面进行了研发，其主要是利用物理方法中的第一类即直接喷洒灭火材料来实现电池的灭火。

吉利公司的电池消防主要涉及物理方法中的两类，一、在电池周围布置灭火材料，当电池出现异常状态或着火时，将材料释放，来实现灭火的目的，二、在电池周围布置吸热元件，当电池出现异常温度时，吸收热量，来实现阻燃目的。奇瑞公司的电池消防也主要涉及物理方法中的第一类，即通过外部设备喷洒灭火材料，其技术特点在于分为了主动方式和被动方式，从而更一步提高了电动车的安全性能，北汽新能源的电池消防方法与国内其它几家都不同，其主要是利用化学反应实现消防，其在电池周围设置了防火层，当电池燃烧时，引起电池周围的防火层燃烧，而防火层燃烧的时候会吸热 同时发生化学反应，产生阻碍燃烧的物质来实现电池的消防。

浙江超威的电池消防方法也是化学方法，而且在这个领域申请量相对于国内外其它企业都要大，可见电池消防是浙江超威的研发重点，在浙江超威的一系列申请中，化学材料都是采用的碳酸氢钠，其发生化学反应，分解成碳酸钠、水和二氧化碳。日韩企业主要是利用物理方法实现电池的消防，其主要涉及物理方法中的第一和第二类，其突出特点是布局的比较早，丰田甚至在2001 年就进行了电池消防专利方面的专利申请布局。丰田的技术也是涉及物理方法中的第一大类，直接喷洒灭火材料。 LG 的技术特点也是用物理方法中的第一大类直接喷洒灭火材料实现灭火。现代的技术特点不同于其它的日韩企业，其主要涉及物理方法中的第二大类，封闭空间，耗尽氧气，从而实现灭火。欧美的企业在电池消防方面的主要技术手段也是通过物理手段实现灭火，其主要涉及物理方法中的第一和第三类，其申请的年代比中国要早，但是普遍上晚于日韩企业。特斯拉的技术特点是在控制系统里面集成设置了灭火系统，也是直接喷洒灭火材料进行灭火。博世的技术特点不同于其它欧美企业，主要是从物理方法中的第二大类，防止电池过热入手，当电池温度出现极致时，采取措施，将电池的温度降下来，从而使电池不会燃烧，从而实现消防的目的。

表1 电池消防分支主要企业的重点布局情况

3 结论

从上面的分析可以看出，物理方法中的第一大类，直接喷洒灭火物质是电池消防领域的主流做法，其技术也最成熟和完善，丰田等大型汽车企业更是在20 世纪初就提出了相关的申请，而中国企业由于电动车起步较晚，申请的年代相对较晚，而喷洒的物质和喷洒的方式各个企业的选择也不同，喷洒的物质基本上分为惰性气体、液氮甚至沙子等，而控制方式大部分是利用控制系统自动喷洒，也有少部分是由操作人员主动去控制（例如国家电网公司和奇瑞公司），该方法实现容易，灭火迅速，能大幅度提升电动车的安全指数，但是由于其需要随车携带灭火材料，所以也给电动车的结构设计、舒适性、行车里程等方面带来了一定的影响，这也促使企业去寻找各种更为方便的灭火方式，近些年封闭空间耗尽氧气、电池降温阻止燃烧甚至是化学方法实现灭火等方式都开始在中内外企业的专利申请中出现（例如吉利、现代、博世等企业），而在这些电动车电池消防方式中，中国企业已经走出了自己的研发之路，集中体现在利用化学方法给电池灭火的方式上，目前浙江超威和北汽新能源公司在这方面的申请上处于领先地位，化学方法具有几类物理方法中的全部优点，而且国外企业并没有在这方面予以重点关注，所以只要国内企业持续投入研发力量，克服好化学材料的选择、保存、有效性的持续等问题，肯定会在这一细分领域烙上深深的中国印记。