電動汽車電氣火災(zāi)防護技術(shù)研究

劉佳盟　鄭天宇

【摘要】針對電動汽車電氣火災(zāi)防護技術(shù)的現(xiàn)狀，介紹了電動汽車發(fā)生電氣火災(zāi)的主要原因和特點，對其原因進行了分析和研究，提出了主要技術(shù)難點。總結(jié)了電動汽車電氣火災(zāi)防護技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀，并對今后的研發(fā)方向做了展望。

【關(guān)鍵詞】電動汽車電氣火災(zāi)防護安全

電動汽車的高壓電路（指區(qū)別于12V、24V的高電壓）較傳統(tǒng)汽車更為復(fù)雜，電氣火災(zāi)的風險也更高。高壓系統(tǒng)在啟動、運行、停止的過程中都有可能面臨各種各樣高壓安全故障問題。一般而言系統(tǒng)安全故障可以分為六大類典型故障。主要由絕緣故障、斷路故障、動力蓄電池組故障、短路故障、上電瞬態(tài)沖擊故障、事故故障組成。在這些故障中短路、絕緣失效等問題，極易造成電氣火災(zāi)，危險性極大，其他故障也極易造成重大損害。電動汽車低壓電系統(tǒng)與傳統(tǒng)汽車沒有區(qū)別，普通汽車的電氣火災(zāi)發(fā)生的方式在電動汽車上都有可能發(fā)生。常見的電動汽車在這些故障中每一類故障都可能會造成電動汽車的安全事故，造成安全隱患。根據(jù)電動汽車電氣火災(zāi)的結(jié)構(gòu)特點，火災(zāi)風險主要存在電氣特性和電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上。實際的研究也主要集中在理論分析電動汽車的電氣故障及可能引起的電氣火災(zāi)隱患。實際進行的實驗性研究不多，對實驗的數(shù)據(jù)也沒有進行系統(tǒng)的歸納總結(jié)。電氣火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)在電動汽車的應(yīng)用性研究處于剛剛起步階段，可借鑒的經(jīng)驗有限，主要技術(shù)難點體現(xiàn)在以下三個方面：

1電動汽車火災(zāi)預(yù)警技術(shù)

通過調(diào)查電動汽車的電氣火災(zāi)原因，發(fā)現(xiàn)充放電控制器、動力電池、供配電線路、電動機、空調(diào)等電器設(shè)備均有發(fā)生電氣火災(zāi)案例。電氣火災(zāi)發(fā)生前，一般都伴隨有電氣系統(tǒng)的絕緣、短路、超溫、電弧放電等故障現(xiàn)象發(fā)生。電氣火災(zāi)防控產(chǎn)品應(yīng)通過監(jiān)測這些特征可以做出預(yù)警，防止電氣火災(zāi)的發(fā)生。但是現(xiàn)有技術(shù)研究大多應(yīng)用于建筑場所，在電動汽車內(nèi)并不適用。如何在電動汽車內(nèi)充分利用有限的電力資源、空間資源和運算資源，并克服電動汽車運行中帶來的震動、溫度等方面的不良影響。是目前研究的主要發(fā)展方向。

2動力蓄電池充放電管理技術(shù)

我國電動汽車使用的蓄電池主要有鉛酸電池和鋰電池，由于鋰電池具有較高的能量質(zhì)量比，因此鋰電池更廣泛地應(yīng)用于電動汽車中。由于單節(jié)鋰電池電壓不高的特點，電動汽車的鋰電池采用串聯(lián)和并聯(lián)相結(jié)合的方式組成鋰電池組，以滿足電動汽車高電壓大電流的需要。這樣對電池的一致性提出了更高的要求。但是，在實際使用中，隨著使用時間的增加，各節(jié)鋰電池的內(nèi)阻

會發(fā)生不同的變化，電池之間的一致性也會下降，各節(jié)鋰電池之間也會呈現(xiàn)不同的充電、放電特性。目前，對鋰電池的充放電管理一般采用對電池組整體管理的方式，由于鋰電池抗過充過放能力較差，這種方式會造成部分電池過充、過放的問題，從而造成火災(zāi)隱患。針對以上問題，電氣火災(zāi)技術(shù)研究應(yīng)主要對電動汽車的蓄電池組采用分組管理的方式進行充放電管理。電動汽車的蓄電池組集成度很高，以電動大巴車普遍采用的360Ah電池組為例，采用了4并104串的電池結(jié)構(gòu)，無法對每節(jié)電池都進行獨立的充放電管理。如何對電池進行分組，采用何種充放電管理方式，是其研究內(nèi)容的一個難點。解決方向應(yīng)著力于研究電動汽車動力電池的充放電特性，根據(jù)充放電特性研究電池的分組管理方式;采用實驗驗證的方法，優(yōu)化電池的分組方式;研究電池充放電管理的動態(tài)邏輯控制網(wǎng)絡(luò)及電池動態(tài)分組管理的方法。

3電動汽車電氣火災(zāi)防護產(chǎn)品抗干擾技術(shù)

電動汽車的電器設(shè)備種類多樣，電氣線路復(fù)雜，電動機和空調(diào)設(shè)備通過輻射、傳導(dǎo)的方式在電氣線路中都會造成很強的脈沖和浪涌信號，電動汽車在啟動時也會產(chǎn)生很強脈沖信號。在電氣火災(zāi)探測時，這些信號都是干擾信號，容易引起電氣火災(zāi)防控產(chǎn)品的誤報和漏報。

如何識別這些干擾信號，建立電氣火災(zāi)探測的方法，是其研究內(nèi)容的另一難點。解決方向應(yīng)著力于研究采用時域分析和頻域分析的方法進行分析，進一步研究電動汽車各種干擾信號的特征和識別技術(shù)，并將干擾信號識別技術(shù)應(yīng)用于電氣火災(zāi)防控產(chǎn)品的設(shè)計中。當前，世界各國的許多研究機構(gòu)及科相關(guān)企業(yè)已經(jīng)開展了大量的研發(fā)工作，并有部分項目已經(jīng)投產(chǎn)。如Bender公司研究了電動汽車高壓系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測系統(tǒng)，以檢測絕緣故障，保護個人和系統(tǒng)安全。日本的汽車生產(chǎn)企業(yè)研制了電動汽車用高壓安全繼電器，用于電動汽車高壓系統(tǒng)的開斷。美國交通部公布了相關(guān)的技術(shù)標準。2016年我國已經(jīng)成為世界級電動汽車產(chǎn)銷大國，目前我國也已經(jīng)開展對電動汽車電氣火災(zāi)防護技術(shù)的研究。隨著關(guān)機技術(shù)的發(fā)展突破，電動汽車終將取代傳統(tǒng)汽車，因此將電氣火災(zāi)防護技術(shù)應(yīng)用到電動汽車中，并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，是電動汽車電氣火災(zāi)防護的發(fā)展趨勢。將成熟的技術(shù)進行推廣應(yīng)用，建立統(tǒng)一的標準是電動汽車電氣火災(zāi)防護的另一發(fā)展趨勢。電氣火災(zāi)防護技術(shù)的研究內(nèi)容緊密聯(lián)系電動汽車電氣火災(zāi)防護的實際需要，對保證電動汽車消防安全具有重要意義。研究成果將直接應(yīng)用于電動汽車的電氣火災(zāi)防護，有利于預(yù)

防電動汽車電氣火災(zāi)，提高電動汽車的安全性，對推動電動汽車技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有積極的作用。

4安全防護技術(shù)體系的研究

4.1電力可燃物特性研究

通過研究如變壓器、電抗器等油浸設(shè)備絕緣油的閃點、燃點、傾點、凝點等參數(shù)及其之間關(guān)系、

絕緣油熱釋放率，纖維類、紙類、復(fù)合品類絕緣材料、電纜聚合物等固體可燃物的氧指數(shù)參數(shù)、水平垂直燃燒參數(shù)、熱釋放速率和煙氣組分等參數(shù)，掌握電力設(shè)備燃燒機理，為仿真建模、研究新型電力材料提供理論依據(jù)，達到從材料本質(zhì)提高電力安全防護技術(shù)水平的目的。

4.2先進故障檢測技術(shù)研究

目前火災(zāi)預(yù)防性檢測技術(shù)有在線監(jiān)測技術(shù)、紅外測溫監(jiān)測技術(shù)、超聲波探測監(jiān)測技術(shù)和電工測量技術(shù)等多種科技手段，但很多設(shè)備尤其是干式設(shè)備，由于沒有絕緣油介質(zhì)作為信息載體，所以內(nèi)部故障因沒有先進的檢測手段而無法發(fā)現(xiàn)，也就無法進行火災(zāi)預(yù)防性檢查。因此，研究先進的故障檢測手段，可及時發(fā)現(xiàn)內(nèi)部故障并采取預(yù)控措施，減少火災(zāi)事故率。

4.3智能探測技術(shù)

多元數(shù)據(jù)融合智能火災(zāi)探測系統(tǒng)絕不是原有單一參數(shù)火災(zāi)探測器的簡單組合，而是模仿人對火災(zāi)的某些判斷過程，實施多元同步探測，并及時進行綜合智能信號處理。根據(jù)其同時測得的不同類型的火災(zāi)參數(shù)，應(yīng)用智能算法，對多傳感器的火災(zāi)參數(shù)進行融合，以判斷是否存在火災(zāi)危險。這樣不但大幅度提高可靠辨別真實與虛假火災(zāi)的能力，降低了誤報和漏報，而且對不同類型的火災(zāi)都具有較高的靈敏度，增強系統(tǒng)的可靠性，正是火災(zāi)報警系統(tǒng)新的要求。

（1）智能探測技術(shù)的研究途徑

1）避免和減少環(huán)境因素對誤報警的影響。該方法著眼于引起誤報警的環(huán)境因素，通過改進探測器結(jié)構(gòu)設(shè)計和規(guī)定使用條件入手來減低誤報警。

2）考察參量變化與實際火災(zāi)過程的比較。

該方法著眼于識別方式，通過模擬方式監(jiān)測某一物理參量的變化歷程，并與實驗所得火災(zāi)過程相應(yīng)物理參量變化曲線相比較，由此來判斷是否發(fā)生火災(zāi)。這種方法需要大量的火災(zāi)實驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。

（2）智能火災(zāi)探測技術(shù)的主要功能

1）火災(zāi)報警：當某個探測器判斷有火情發(fā)生時，應(yīng)該向區(qū)域報警控制器發(fā)出火災(zāi)報警信息;

2）實時控制：當區(qū)域報警控制器判斷有火情發(fā)生時，可以啟動自動滅火裝置實現(xiàn)自動滅火.

5結(jié)語

電力火災(zāi)“以防為主”，因此研究集探測和報警技術(shù)于一體的快速、高效、準確的新型探測系統(tǒng)

是電力火災(zāi)防御體系的關(guān)鍵。掌握電力火災(zāi)仿真和實驗技術(shù)是探索電力安全防護新技術(shù)和提高電力火災(zāi)科研能力的重要技術(shù)支撐。

參考文獻

[1]張俊.純電動汽車高壓電安全監(jiān)控系統(tǒng)研究[D].浙江工業(yè)大學，2013.

[2]張得勝等.電動汽車火災(zāi)原因調(diào)查研究[J].消防科學與技術(shù)，2014（9）.