電動公交電池箱絕緣防火方案設計

曾禹喬，劉　平，熊宇舟（西南交通大學機械工程學院，四川成都　610031）

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電動公交電池箱絕緣防火方案設計

曾禹喬，劉平，熊宇舟
（西南交通大學機械工程學院，四川成都610031）

摘要：目前市面上的電動公交數量不斷增長，電動公交自燃事件也隨之增加，而大部分自燃事件都是由于電池箱著火引起的，因此做好電池箱絕緣防火是相當重要的。本文從電池箱與整車絕緣、電池箱熱管理系統、電池箱火災控制3個方面進行分析，針對已經成型的純電動公交設計一套電池箱絕緣防火方案。

關鍵詞：電池箱防火；整車絕緣；熱管理；火災控制

電動公交中電池箱的絕緣防火是相當重要的，一旦電池箱漏電或起火都會威脅到駕駛員和乘客的人身安全，因此，設計一套高效的絕緣防火方案是非常有必要的。本文針對CDK6600CABEV型純電動公交車，考慮了電池箱與整車絕緣、電池箱熱管理系統、電池箱火災控制3個方面，提出了一套將電池箱與車體絕緣，并在電池箱起火時及時報警和滅火的完整方案。

圖1　左右兩側和前方的電池箱布置情況

1　電動公交電池箱布置情況

圖1為成都客車股份有限公司生產的CDK6600CABEV型純電動公交車左右兩側和前方的電池箱布置情況。可以看出左右兩側電池箱與車廂廂體間的間距較為狹小，設計難度較大且設計方案較單一；前方電池箱與車廂廂體間的間距較大，設計起來比左右兩側容易且設計方案較多。因此，兩處電池箱需要采用不同的設計和方案來達到預期要求。

2　電池箱絕緣防火方案設計

2.1電池箱和整車絕緣設計

該電動汽車動力電池為377.6 V的高壓，為避免電池箱漏電對駕駛員和乘客造成傷害，做好絕緣措施是必要的。電池箱和整車絕緣設計方案如下。

首先，在電池箱安裝導軌與車廂廂體之間安裝5mm硅橡膠絕緣板，然后用螺栓固定導軌，具體安裝方案如圖2所示。同時，在螺帽和平墊圈、螺母和平墊圈之間分別都墊一層絕緣墊片，增強絕緣效果。

2.2電池組熱管理系統設計

電池組熱管理主要對電池組的溫度進行測量與控制，電池組溫度過高或者過低時進行散熱或加熱。由于電池箱體已由其他廠家設計好，所以不能做太大改動以免影響電池的性能和安全使用，只能在原有基礎上稍加改動以達到熱管理要求。

圖2　電池箱絕緣方案

2.2.1電池組降溫

電動公交起停頻繁，特別是夏季長期暴曬導致電池溫度過高，很容易引起電池箱自燃，因此，必須及時對電池進行降溫處理。考慮到安裝空間有限、電池箱底部與車廂距離小且電池箱內部結構改動困難，因此，本文采用串聯式風冷降溫［1-2］，利用空氣作為傳熱介質，讓空氣直接穿過電池箱內部以達到冷卻，如圖3所示。具體實施方案如圖4所示。在電池箱前方開一道孔，該孔與一根鋁合金材料（鋁合金材料具有良好的熱導性［3］）制成的導管相連，公交車行駛時，通過導管將冷空氣引入電池箱內部，再將熱空氣從散熱風扇排出。這種方式結構簡單，成本低，加工也比較容易，缺點在于與電池壁面之間換熱系數低［4］，空氣從前方進入后會將流過地方的熱量帶到后方，使電池箱內部的熱量分布不均勻。

圖3　串聯式風冷降溫示意圖

圖4　電池箱散熱方案

2.2.2電池組加熱

該車使用的動力電池為磷酸鐵鋰電池，由于外界溫度導致電池溫度低于正常工作溫度或者由于冷卻系統導致散熱過度使電池溫度低于正常工作溫度時，電池內阻增加導致大部分能量用于加熱電池，且溫度低還會使電池的可充入容量和可放出的容量均降低，直接影響電動汽車的續駛里程；低溫不僅會影響續駛里程還會使放電電壓平臺降低［3］，影響電池組的放電效率；電池長期在溫度過低環境下工作，還會加速產生不可逆物質從而縮短電池壽命［5］，因此在溫度過低時需要對電池進行加熱。本文通過在電池箱內部鋪設硅膠加熱帶的方法進行電池加熱［6］，硅膠加熱帶價格便宜、壽命長、加熱均勻且安裝方便，將其貼在電池箱側壁或者直接貼在電池單體上即可，且硅膠加熱帶還能起到減震和緩沖的效果。實施方案如圖5所示。首先在電池箱內部放置硅膠加熱帶并貼在電池單體表面。因為該硅膠加熱帶用12 V電壓控制，因此直接用車載蓄電池供電。為安裝方便、減少成本，硅膠加熱帶用開關控制，并將開關放置駕駛室由駕駛員直接操控。為方便駕駛員能快速知道電池箱內溫度，在電池箱內部放置一個溫度傳感器，并將溫度的具體值傳送至駕駛室，當電池溫度過低或者超過正常工作溫度時，駕駛員能及時打開或關閉硅膠加熱帶。

圖5　電池箱加熱方案

圖6　干粉滅火器

2.3電池箱火災控制裝置設計

電池箱自燃后如果不及時處理火情，會造成整車報廢甚至威脅到駕駛員和乘客的安全。因此，在電池箱著火后必須迅速控制災情，以免造成不可挽回的損失。火災控制設計方案如下。

首先左右兩側和前方均需要在電池箱附近放置煙霧傳感器，將電池箱的信息及時送達駕駛員，使之能夠及時發現災情，必要時采用手動滅火器直接撲滅火源。

1）前方電池箱火災控制設計方案：先單獨設計一個箱體將滅火器、煙霧報警器和電池箱合裝在一起后再進行安裝。考慮到成本和安裝空間，本次在箱體內安裝2個如圖6所示的滅火器，分別位于電池箱左前方和右前方［7］。由于煙霧報警器和選用的自動滅火器尺寸較大，所以將煙霧報警器和滅火器組裝在一起后，再進行安裝以節約空間，組裝方式如圖7所示。最后在電池箱后方安裝2個進氣風扇［8］，在2個煙霧報警器后方分別加工一個出風口，在箱體左右兩側分別開一個接線口。當電池箱內部著火后，先將煙霧通過排氣扇吹出，然后進氣風扇將煙霧從出風口吹出，煙霧報警器就能感應到煙霧并進行報警，這里采用進氣風扇也可起到電池箱降溫的目的。安裝方式如圖8所示。

圖7　自動滅火器和煙霧報警器組合安裝

圖8　前方電池箱布置方案

2）左右兩側電池箱火災控制設計方案：左右兩側電池箱空間過于狹小，無法使用前述電池箱火災控制方案。為安裝方便、節省空間和成本，仍采用圖6所示的滅火器。在靠近電池箱的上方、左側和右側的車廂廂體中分別開一個孔，使滅火器的噴口穿過該孔，對準電池箱。需在噴口與電池箱之間留有足夠距離，避免因距離不足導致滅火時噴口不能完全打開，達不到理想的滅火效果。

3　總結

本文首先從目前電池箱的布置情況進行了分析，在滿足電池箱與車廂廂體之間的間距的前提下，為電動公交設計了一套包含絕緣、熱管理及火災控制的方案，能在達到預期絕緣防火的同時，盡量使該裝置使用壽命更長（裝置使用期可以達到10年，滅火劑使用期可以達到5年）、成本更低（費用在人民幣2000元以內）且安裝方便。該方案針對性強，已在CDK6600CABEV型電動公交應用并進行試驗，效果明顯。

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（編輯楊景）

Insulation and Fireproofing Design of Electric Bus Battery Chamber

ZENG Yu-qiao，LIU Ping，XIONG Yu-zhou
（School of Mechanical Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China）

Abstract：With the growing number of electric bus on the market nowadays，electric bus spontaneous combustion incidents are also increasing at the same time，while most of them are caused by battery chamber on fire，hence it is important to strengthen the insulation and fireproofing of the battery chamber.The author conducts analysis on three aspects，including the insulation between battery chamber and vehicle，battery chamber thermal management system and battery chamber fire control，designs a complete set of insulation fireproofing plan for battery chamber on pure electric bus.

Key words：battery chamber fireproofing；vehicle insulation；thermal management；fire control

中圖分類號：U469.72

文獻標識碼：A

文章編號：1003－8639（2016）06－0004－03

收稿日期：2016-01-29；修回日期：2016-03-01

基金項目：四川省科技廳項目（2015GZ0126）

作者簡介：曾禹喬（1992-），男，四川人，碩士在讀，研究方向為電動汽車及其控制；劉平（1969-），男，四川人，副教授，博士，研究方向為汽車電子控制、電動汽車及其控制、汽車排放與控制；熊宇舟（1993-），男，湖北人，碩士在讀，研究方向為電動汽車及其控制。