电动车入户充电引发爆炸!拆掉这颗定时炸弹,应该如何做?

作者: 张浩

来源: 我是科学家iScientist

发布日期: 2021-09-24

本文讨论了电动自行车电池入户充电引发火灾的问题,分析了电动自行车电池的燃烧原因及其与电动汽车电池的比较,提出了减少电动自行车火灾事故的建议。

9月20日凌晨,北京通州一居民家中因电动自行车电池入户充电引发火灾,造成5人死亡。此类新闻,近年来屡屡出现。上海市消防救援总队火灾调查处周明川介绍称,截止2021年8月,上海市已发生500起电动自行车造成的火灾事故,有10人在事故中死亡。而据应急救援部公布数据,2021年1-7月间,我国共发生6462起电动自行车引发的燃烧事故。

为什么电动自行车引起的火灾如此密集且严重?应当怎么做才能减缓甚至避免电动自行车事故?目前,电动自行车、尤其是高端电动自行车,主要使用锂离子电池。电动自行车用的锂离子电池按照正极活性物质来区分,主要有三元、磷酸铁锂和锰酸锂三种。无论哪种体系的锂离子电池,都是应用有机可燃电解液的含能体系,都有发生剧烈氧化还原反应进而燃烧爆炸的潜在可能。

电动自行车电池的燃烧之所以难以避免,归根结底是概率问题。首先,电池本征特性是易燃;其次,电动自行车电池生产企业产品质量控制及安全技术尚未达到行业最高水平,因此就在一定程度上提高了电动车电池安全事故的发生几率。因此,电动自行车是有可能发生热失控,在非外力碰撞、滥用的情况下着火并引发火灾,这是个概率论的问题。

当电动自行车保有量已超3亿并以每年30%速度高速增长时,少数发生燃烧事故就是必然。

另有一个问题相信大多数读者也注意到了——电动自行车燃烧的事故率是高于电动汽车的!据北京理工大学电动车辆国家工程实验室孙逢春院士介绍,2019年电动汽车燃烧事故率为万分之0.49,乍看是略低于电动自行车万分之一的事故率的。但不要忘了,电动汽车平均的电池装配量(基于容量)要比电动自行车高20倍以上。也就是说,对同样体量的电池来说,电动汽车的电池低于电动自行车事故概率的1/40。

电动自行车电池使用寿命小于电动汽车电池的原因,除了电池本身的品质差一些外(成本控制),还有电源控制系统的原因。电动自行车的电池控制系统只能通过电压情况粗算剩余容量,完全没有对系统内不同电池进行监控和调节的设置;电动汽车的电池控制系统则要复杂和先进太多。

另外,有些小厂或电动自行车营业部从因性能不足而退坡下来的电动汽车电池组中摘出电池单体,重新串并联、封装成电动自行车用电池给用户使用,这种做法为电动自行车电池系统平添了更大安全风险。

总之,电池本身品质较差和控制系统能力较低,使得电动自行车的事故率明显高于电动汽车,相对更“不安全”。三元真的比铁锂更不安全吗?与同样容量和结构的三元电池相比,铁锂电池因滥用造成的热失控相对不激烈。

而三元电池的温度极值更高,通常能达到800度以上,且伴随着两次明显的喷火现象。对于一个电动自行车体量的电池组来说,三元电池自发热失控后,第一波喷射火焰常大约1m左右,一般在30秒之内会喷射出第二道更猛烈的火柱,长度可达3m,偶尔还会发生整个电池包由于反应过于激烈炸开的现象。

铁锂电池热失控的放热总量和速率均低于三元电池,也鲜有爆炸的情况发生,但这并不意味着其危险性更低。

在热失控的初期,铁锂电池会开阀释放出可燃性气体。对于电动自行车里的小型电池,这些可燃性气体弥散到空气中后即可变得较为稀薄且迅速降温,并不会有燃爆的事故发生。但对于大型的储能电站,由于电站的储能箱体空间有限,这些可燃性气体喷出时就已经聚集了较高浓度,保持的温度也较高,可能导致瞬间发生剧烈的爆炸事故,破坏性不亚于三元电池。

但对于电动自行车体量的电池组和其使用环境来说,铁锂电池的总体安全特性会更好一些。而铅酸电池,因为使用的是不可燃的水系电解液,安全性远高于锂离子电池。不过,铅酸电池最大的不足是能量和功率密度低。但对于一般电动自行车30~50公里的续航里程和20~30公里的最高时速,铅酸电池的性能是够用的。

有些用户觉得铅酸电池电瓶较重,拎上楼充电比较困难。但如果居民区的室外充电口足够多足够方便,这个问题便能解决。笔者认为,在当前和未来的3~5年内,购买铅酸电池的电动自行车能大幅度降低电动自行车火灾发生的风险。况且,铅酸电池回收体系成熟、环保。与之相比,现在锂离子电池还没有成熟高效的回收技术,除了三元体系电池外回收残值不高,且副产品氟化物较难处理,对环境来说也有较大压力。

为什么入户充电事故多发且危害大?电动自行车入户充电的工况,多是夜间。对正常使用的电池来说,充电是最容易发生自发性热失控的时刻,而且越到充电后期,电池发生事故的概率越大。对一般的居民来说,电池充电的后期正是后半夜,居民们正处于熟睡的状态。这意味着,电池最危险的时刻,是众人皆在梦乡的时刻。可想而知,当一个3米的火柱在家里客厅或卧室喷出时居民却难以在第一时间做出反应,会有怎样的后果!

因此,电动自行车入户充电相当于将多种灾害可能性进行了叠加,可谓危险至极,必须严令杜绝。基于目前我国国情和电动自行车的市场情况,从尽快减少电动自行车带来的火灾事故的出发点考虑,建议政府有关部门加强法规建设与市场管理。

以下建议仅代表个人观点:1、电动自行车电池三年强制报废,电动自行车的总体厂家负责电池回收、谨慎地梯次利用与严格地的资源化循环利用和环保无害化处理;2、严禁电动汽车电池退坡后直接用于电动自行车,大力规范电池梯次利用,提高梯次利用的准入门槛与技术水平;3、严格执行禁止电动自行车电池进入狭窄空间,包括入室充电和在地下室存放,相关规定考虑纳入治安管理处罚条例;4、依托电网集团,引入民间资本,加快居民区电动自行车充电装置建设;5、在“十四五”期间,或考虑鼓励使用铅酸电池电动自行车。

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