編者：近來(lái)新能源汽車(chē)行業(yè)發(fā)生若干起起火事故（參見(jiàn)：電動(dòng)大巴起火 動(dòng)力電池安全需升級(jí)）。在報(bào)道之外，我們邀請(qǐng)行業(yè)內(nèi)外人士對(duì)此撰文，為新能源汽車(chē)的安全建言獻(xiàn)策。西安西聯(lián)熔斷器研究所總工程師何可平撰寫(xiě)了“4?26電動(dòng)大巴起火：向特斯拉學(xué)習(xí)過(guò)流熔斷保護(hù)”之后，引發(fā)了讀者的討論，因此我們邀請(qǐng)他再次就此撰文如下。歡迎大家來(lái)信參與討論（投稿發(fā)至content@d1ev.com）。

【第一電動(dòng)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(chē)科研項(xiàng)目的清華、同濟(jì)、復(fù)旦大學(xué)等，配套完成車(chē)用高壓熔斷器的研制生產(chǎn)任務(wù)，同時(shí)為起步最早的東風(fēng)和比亞迪汽車(chē)供應(yīng)鋰電池和充電機(jī)所需的各種熔斷器。

車(chē)用高壓熔斷器，是動(dòng)力電池系統(tǒng)過(guò)流保護(hù)必配的重要電器，因?yàn)橐m應(yīng)電動(dòng)汽車(chē)的純直流專(zhuān)屬用途，第一應(yīng)具備直流快速保護(hù)特性，以完成重過(guò)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(chē)用高壓熔斷器長(zhǎng)期工作在封閉狹小的安裝空間內(nèi)，無(wú)法得到有效地冷卻降溫，特別是與電池組共處一個(gè)持續(xù)高溫的閉合環(huán)境中時(shí)，材質(zhì)選型不當(dāng)將會(huì)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(jì)，對(duì)車(chē)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(dòng)汽車(chē)為什么要用高壓熔斷器做鋰電池系統(tǒng)的過(guò)流總保護(hù)，一是基于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18384.1的明確規(guī)定，更是因?yàn)殇囯姵叵到y(tǒng)發(fā)生重過(guò)載和短路故障時(shí)，必須有一道堅(jiān)固可靠的“閘門(mén)”截?cái)嗖⑾@些破壞力極強(qiáng)的短路能量，有效制止高壓過(guò)流事故的擴(kuò)大和蔓延。因?yàn)檐?chē)載空間狹小有限，無(wú)法安裝龐大而昂貴的直流斷路器，只能選用體積不大、相對(duì)低廉并可緊湊安裝的直流快速熔斷器，作為限制和開(kāi)斷異常電氣事故的主保護(hù)器，這已是國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車(chē)業(yè)界公認(rèn)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(shí)固化的高純石英砂。正常工作時(shí)熔斷器自身的微歐級(jí)電阻可以忽略不計(jì)。當(dāng)電池系統(tǒng)出現(xiàn)數(shù)千安培的重過(guò)載和短路電流時(shí)，銀熔體與石英砂會(huì)在幾個(gè)毫秒內(nèi)協(xié)同完成“熔化-滅弧-斷流”全過(guò)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(gè)熔斷過(guò)程中，管殼要承受內(nèi)部高壓電弧產(chǎn)生的200-300MPa擴(kuò)張壓力，以及超過(guò)1000℃異常高溫的擴(kuò)散熱輻射，如不具備足夠的抗高溫機(jī)械強(qiáng)度指標(biāo)，管體就會(huì)破損炸裂、噴出電弧進(jìn)而高溫碳化、自燃起火。

進(jìn)入2014年以后，隨著電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)量的大幅增長(zhǎng)，上路運(yùn)行的車(chē)輛越來(lái)越多，動(dòng)力電池儲(chǔ)能容量越來(lái)越大，用有機(jī)材料制作熔斷器管殼先天不足的致命弱點(diǎn)，在一些意外事故中逐步暴露出來(lái)。用戶反映有機(jī)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(dòng)大巴的充電過(guò)程發(fā)生，特別是當(dāng)鋰電池使用壽命已超過(guò)質(zhì)保期、或安裝熔斷器使用有機(jī)材料底座、或?qū)щ娺B接螺釘出現(xiàn)了松動(dòng)、或管殼過(guò)于靠近箱體鐵板等細(xì)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(chǎng)采集的信息不夠全面，有些整車(chē)制造和電池企業(yè)不愿披露過(guò)多事故細(xì)節(jié)，因此，鋰電池過(guò)充失控引發(fā)的泄漏、短路及熔斷器安裝使用不當(dāng)問(wèn)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(jī)復(fù)合管殼為何會(huì)熱熔自燃？而內(nèi)部熔體與石英砂卻基本完好？這股強(qiáng)勢(shì)短路浪涌究竟從何而來(lái)？不僅讓供需雙方陷入了長(zhǎng)時(shí)間的迷惑不解和爭(zhēng)論之中，也使公眾對(duì)新能源電動(dòng)汽車(chē)的乘用安全產(chǎn)生質(zhì)疑與不安。

隨著對(duì)熔斷器有機(jī)管殼熱熔自燃現(xiàn)象的深入研究，發(fā)現(xiàn)有機(jī)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(zhǎng)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(shí)，其材質(zhì)會(huì)發(fā)生明顯的衰退性熱老化，機(jī)械強(qiáng)度與絕緣強(qiáng)度均呈梯度下降。而鋰電池充電時(shí)的過(guò)充失控現(xiàn)象，尤以電動(dòng)大巴在500V以上高壓充電時(shí)較為常見(jiàn)，過(guò)充導(dǎo)致電池泄漏或電容擊穿產(chǎn)生的短路浪涌，會(huì)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(jī)管體的軟化變質(zhì)，當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)有機(jī)材質(zhì)的熱熔點(diǎn)時(shí)，管殼就會(huì)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(jī)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(chē)的起火燃燒。事故過(guò)程據(jù)目擊者描述僅需幾秒時(shí)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(guò)2015年8月9日第一電動(dòng)網(wǎng)公布的深圳4.26電動(dòng)大巴自燃調(diào)查報(bào)告得以證實(shí)：國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)及動(dòng)力電池、電氣、充電等領(lǐng)域的14名專(zhuān)家，受深圳市計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)研究院委托組成專(zhuān)家組，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與勘驗(yàn)，以及事故驗(yàn)證測(cè)試，得出了動(dòng)力電池過(guò)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(lèi)型的電動(dòng)大巴，凡因電池、電容過(guò)充短路造成的熔斷器管殼熱熔燃燒事故，現(xiàn)場(chǎng)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(kuò)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(dá)到1200℃以上。在此超高溫的環(huán)境里，僅能耐受200℃的有機(jī)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(kāi)斷短路浪涌的保護(hù)功能早已喪失殆盡。我們據(jù)此認(rèn)為，在電動(dòng)大巴BMS和充電樁管理系統(tǒng)對(duì)鋰電池過(guò)充、過(guò)放故障尚未達(dá)到100%有效控制的情況下，選用有機(jī)復(fù)合材料制作高壓熔斷器管體外殼，不是一個(gè)科學(xué)合理的安全優(yōu)選方案。

事故發(fā)生前后有機(jī)復(fù)合材料管殼的變化

2014年8月，西聯(lián)熔斷器研究所對(duì)國(guó)內(nèi)50多家電動(dòng)整車(chē)及電池集成企業(yè)，做過(guò)一次廣泛的安全問(wèn)卷調(diào)查，其中認(rèn)可“管體不燃燒”選項(xiàng)的用戶為97%，認(rèn)可“高強(qiáng)度瓷管”選項(xiàng)的用戶為64%。根據(jù)用戶對(duì)車(chē)用熔斷器絕對(duì)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(jī)復(fù)合材料，改用高絕緣、抗高溫、不燃燒的高強(qiáng)度95氧化鋁(Al2O3剛玉)瓷制作熔斷器管體，以電動(dòng)汽車(chē)的絕對(duì)安全為首選目標(biāo)，實(shí)施產(chǎn)品更新?lián)Q代和批量生產(chǎn)。

表1：車(chē)用熔斷器管體材質(zhì)性能對(duì)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(wàn)只標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品裝車(chē)運(yùn)行，只有一次因用戶安裝錯(cuò)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(wú)損，經(jīng)受住了一次嚴(yán)峻的高溫考驗(yàn)。除此以外，尚未見(jiàn)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(qiáng)度瓷管制造車(chē)用高壓熔斷器，是一個(gè)正確合理的安全優(yōu)選方案。

近期按照中國(guó)CCC強(qiáng)制安全認(rèn)證規(guī)定，一個(gè)500V/ 400A車(chē)用高壓熔斷器，在通以20KA短路電流時(shí)，僅用7.22毫秒就完成了熔化-滅弧-斷流的全過(guò)程，充分證實(shí)了瓷管型熔斷器不僅抗高溫不自燃，還具有在9.43 KA強(qiáng)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(kāi)展節(jié)能與新能源汽車(chē)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(gè)別地區(qū)出現(xiàn)純電動(dòng)客車(chē)、混合動(dòng)力客車(chē)自燃事故。為吸取教訓(xùn)，預(yù)防類(lèi)似事故再次發(fā)生，在各節(jié)能與新能源汽車(chē)推廣應(yīng)用城市、節(jié)能與新能源汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)開(kāi)展安全隱患排查治理工作。我們希望國(guó)內(nèi)整車(chē)制造和電池企業(yè)，通過(guò)閱讀本文，在安全隱患排查治理中，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)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(chē)用熔斷器就可“保險(xiǎn)”無(wú)憂，排查治理先要立足于熔斷器“未燃”之際。

同時(shí)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(gè)獨(dú)立箱體，這樣既安全又方便及時(shí)檢修更換，更無(wú)需對(duì)電池箱做經(jīng)常性的拆裝啟合。畢竟當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)大量售出之后，更換熔斷器這個(gè)易損器件的人群，大多是非專(zhuān)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(dòng)網(wǎng)將繼續(xù)追蹤深圳“4·26”電動(dòng)大巴起火事件，同時(shí)我們也想知道您對(duì)此次事件的分析和見(jiàn)解，請(qǐng)?jiān)谙旅娴脑u(píng)論區(qū)寫(xiě)出您的看法，或撰文發(fā)送至content@d1ev.com。

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