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《廣東電池》2019年12月

借鑒筆記本和電動(dòng)汽車(chē)電池組來(lái)制定電動(dòng)自行車(chē)安全標準

時(shí)間：2020-04-13    來(lái)源：    作者：陳朝陽(yáng)
作者：陳朝陽(yáng)，V1, 2019-11-6
國家機械安全防爆小組專(zhuān)家，部級鋰電安全專(zhuān)家，廣東省電池行業(yè)協(xié)會(huì )副主任
 

【摘要】中國的電動(dòng)自行車(chē)數量超過(guò)3億輛，發(fā)生燃燒的比例在6到20ppm，燃燒甚至帶來(lái)人員傷亡�，F有的國標GB17762-2018未能識別足夠的安全缺陷，滿(mǎn)足國標的電動(dòng)車(chē)大量燃燒。建議借鑒筆記本和電動(dòng)汽車(chē)的電池組的安全實(shí)踐，修訂電動(dòng)自行車(chē)的安全標準，補充識別安全缺陷來(lái)增加安全措施，包括：（1）每個(gè)電池未單獨檢測電壓造成過(guò)充電起火風(fēng)險，應修訂為對每個(gè)電池監控電壓；（2）電池包缺乏溫度探測信號未能發(fā)現異常電池發(fā)熱后惡化為起火，應增加溫度開(kāi)關(guān)連鎖斷電；（3）缺乏合理的熔斷器在電路的主回路和支路，導致很多電路在機械振動(dòng)損傷絕緣短路電弧，受潮或泡水電解腐蝕損傷或短路，接觸不良大電阻發(fā)熱點(diǎn)燃，應使用失效分析來(lái)合理安排熔斷器保護；（4）未徹底密封的電池如鉛酸電池在充電過(guò)程會(huì )釋放氫氣，應增加風(fēng)扇來(lái)安全稀釋氫氣濃度到不超過(guò)空氣體積濃度2%以下，或更換為密封的鋰離子電池；（5）未進(jìn)行功能安全分析，諸多的電子器件某些器件失效后引起的燃燒未分析，導致燃燒風(fēng)險概率過(guò)高，應使用功能安全分析，控制燃燒風(fēng)險滿(mǎn)足SIL 3級別的殘余風(fēng)險不超過(guò)1E-8次/小時(shí)（即萬(wàn)年一遇）；（6）未進(jìn)行壽命預測檢測，導致超期的安全缺陷電池燃燒，應開(kāi)展壽命預測檢測，在壽命接近終止關(guān)斷使用，壽命不夠國標品質(zhì)要求要賠償或召回。
【關(guān)鍵詞】電動(dòng)自行車(chē)  電動(dòng)車(chē)  安全  燃燒  標準
 
1. 前言

中國有全世界最大數量的電動(dòng)自行車(chē)，飽和量達到3億輛【1】。電動(dòng)自行車(chē)的燃燒比例在6到20ppm[2]，ppm是百萬(wàn)分之一，每年有很大數量的電動(dòng)自行車(chē)起火事故�，F有的國標GB17762-2018 《電動(dòng)自行車(chē)安全技術(shù)規范》【3】沒(méi)有充分識別產(chǎn)品安全缺陷，滿(mǎn)足國標的電動(dòng)自行車(chē)仍舊大量燃燒，其中重要的原因是電動(dòng)自行車(chē)對比筆記本和電動(dòng)汽車(chē)的電池組的安全設計差距巨大。本文對比電動(dòng)自行車(chē)、筆記本、電動(dòng)汽車(chē)的電池組的安全設計，建議借鑒來(lái)改善電動(dòng)自行車(chē)的安全設計和安全標準。
 
2. 電動(dòng)自行車(chē)發(fā)生燃燒的原因

  分析中國知網(wǎng)的論文，列出了電動(dòng)自行車(chē)的燃燒原因[1~2,4~9]， 結合電路圖復核[10,11], 歸納為如下幾種情形， 對比結果見(jiàn)表1 對比筆記本電動(dòng)自行車(chē)電動(dòng)汽車(chē)的安全設計。

1) 每個(gè)電池未單獨檢測電壓造成過(guò)充電起火風(fēng)險，應修訂為對每個(gè)電池監控電壓。筆記本電腦或電動(dòng)汽車(chē)的電池組，都采用了每個(gè)電池監控電壓的安全方案；而電動(dòng)自行車(chē)卻不監控每個(gè)電池電壓，只監控整個(gè)電池包的電壓，非常容易出現部分電池電壓不一致的過(guò)充電現象，過(guò)充電容易引發(fā)燃燒。 電動(dòng)自行車(chē)的電池包電壓在48V, 單體容量典型值在20AH，整體容量為240AH左右，遠大于筆記本電腦電池組（電壓在9V到12V, 通常4到6個(gè)電池，每個(gè)電池容量5AH，電池組容量在20到30AH）。 容量介于筆記本電腦和電動(dòng)汽車(chē)之間，沒(méi)有理由不采用每個(gè)電池電壓都監控的安全方案。

2) 電池包缺乏溫度探測信號未能發(fā)現異常電池發(fā)熱后惡化為起火，應增加溫度開(kāi)關(guān)連鎖斷電。筆記本電腦和電動(dòng)汽車(chē)電池組都有溫度傳感器（ 包括溫度開(kāi)關(guān)），但是電動(dòng)自行車(chē)的電池包通常沒(méi)有溫度開(kāi)關(guān)，應當補充。

3) 缺乏合理的熔斷器安裝在電路的主回路、支路，導致很多電路在機械振動(dòng)損傷絕緣短路電弧、受潮或泡水電解腐蝕損傷或短路、接觸不良大電阻發(fā)熱點(diǎn)燃，應使用失效分析來(lái)合理安排熔斷器保護。 在筆記本電腦和電動(dòng)汽車(chē)電池組基本都有熔斷器（或類(lèi)似的PTC熱敏電阻）保護，電動(dòng)自行車(chē)的電路不應該缺少這種保護。

4) 未徹底密封的電池如鉛酸電池在充電過(guò)程會(huì )釋放氫氣，應增加風(fēng)扇來(lái)安全稀釋氫氣濃度到不超過(guò)空氣體積濃度2%以下，或更換為密封的鋰離子電池。鉛酸電池是沒(méi)有徹底密封的電池，當電池容量不一致時(shí)刻充電造成部分電池過(guò)充電，過(guò)充電的電池電解水釋放氫氣和氧氣來(lái)鉗制電壓，微量的氫氣和氧氣在電池內部的容器里面堆積，遇到催化劑緩慢反應形成水；如果反應激烈，氫氣和氧氣體積過(guò)大，就會(huì )沖開(kāi)容器的橡膠密封口（安全閥）釋放出來(lái)【12.13】，所以鉛酸電池又稱(chēng)為“閥控鉛酸電池”。在鉛酸電池有個(gè)俗語(yǔ)為“開(kāi)鍋”，就是指過(guò)充電電解水來(lái)徹底充足電，釋放的氫氣、氧氣和熱量就像燒開(kāi)了水一樣劇烈。 氫氣的爆炸范圍是占空氣體積比例為4%到76%,依照國家安全標準應當設置強制通風(fēng)確保稀釋氫氣濃度不超過(guò)2%體積比例才安全。 依照中國接受使用的聯(lián)合國標準（《關(guān)于危險貨物運輸的建議書(shū)》 第19次修訂版本, 依照產(chǎn)生氫氣速率來(lái)判斷貨物的危險性： 遇水發(fā)出燃氣速率等于大于 每千克物質(zhì)在每小時(shí)釋放1升為第4.3類(lèi)遇水發(fā)出易燃氣體的危險物質(zhì)；要求包裝分級： （I）產(chǎn)氣速率 ≥10升/(千克*分鐘)要求用I類(lèi)包裝; (II) 產(chǎn)氣速率 ≥20升/(千克*小時(shí)), 但是低于10升/(千克*分鐘) 要求用II類(lèi)包裝; (III) 產(chǎn)氣速率 ≥1升/(千克*小時(shí)), 但是低于20升/(千克*小時(shí)) 要求用III類(lèi)包裝。鉛酸電池雖然不是遇水放出氫氣物質(zhì)，但是容量不一致的電池過(guò)充釋放氫氣，也可參考釋放氫氣的速率來(lái)判斷危險性。

5) 未進(jìn)行功能安全分析，諸多的電子器件某些器件失效后引起的燃燒未分析，導致燃燒風(fēng)險概率過(guò)高，應使用功能安全分析，控制燃燒風(fēng)險滿(mǎn)足SIL C級別的1E-8次/小時(shí)（即萬(wàn)年一遇）。

6) 未進(jìn)行壽命預測檢測導致超期安全缺陷電池燃燒，應開(kāi)展壽命預測檢測，在壽命接近終止關(guān)斷使用，壽命不夠國標品質(zhì)要求要賠償或召回。
 


3. 現有標準缺陷造成極高燃燒率

現有國標GB17762-2018 《電動(dòng)自行車(chē)安全技術(shù)規范》【3】沒(méi)有充分識別產(chǎn)品安全缺陷,基本借鑒歐美等國家的標準，給出要求是帶腳踏、限制速度、限制重量、限制輸出功率、要求塑料阻燃性等簡(jiǎn)單要求，沒(méi)有識別第2段列出的安全缺陷，沒(méi)有列出安全措施。
電動(dòng)自行車(chē)電池包容量介于筆記本電池和電動(dòng)汽車(chē)電池之間，應該采納類(lèi)似的安全措施。但是電動(dòng)自行車(chē)選擇比兩者更低的標準，導致最高的燃燒比例，即 6ppm（即6E-6）到20ppm(即2E-5)[2]。中國認可的國際標準功能安全標準IEC61508 或GB/T20438 規定燃燒危害等級為SIL 3級別，要求殘余風(fēng)險為1E-8次/小時(shí)（即萬(wàn)年一遇水平）。滿(mǎn)足現有國標的電動(dòng)自行車(chē)的燃燒風(fēng)險，比國家和國際公認的功能安全的風(fēng)險高了千萬(wàn)倍，是安全不合格產(chǎn)品，應該修訂如此不安全的國標，來(lái)滿(mǎn)足中國和國際正常的功能安全需求。  
修訂的內容如第2 段列出內容，即表1 中內容。
  
4. 建議的推進(jìn)修改方式

由廣東省電池行業(yè)協(xié)會(huì )牽頭，從廣東省先行先試，先修訂廣東省地方標準，即在國標有明顯缺陷的情況下，廣東省使用類(lèi)似筆記本電池組和電動(dòng)汽車(chē)電池組的安全設計實(shí)踐，制定比國標更加嚴格的地方標準DB44-XXX 《廣東省電動(dòng)自行車(chē)安全標準》。這樣避免直接遭受編寫(xiě)國標團隊的反對，集中廣東省的專(zhuān)家力量、政府資源、檢測機構來(lái)完善更加嚴格，更加科學(xué)的安全標準。 待使用效果良好，再建議升級提到有安全缺陷的國標。
 


5. 參考文獻
[1] 來(lái)艷利。典型電動(dòng)自行車(chē)火災特征與防范。西安科技大學(xué) 碩士學(xué)位論文，2019年6月。第1頁(yè)。
[2] 李君。電動(dòng)車(chē)火災調查與物證檢測技術(shù)研究。華南理工大學(xué) 工程碩士學(xué)位論文，2017年5月。第2頁(yè)。
[3] 國家市場(chǎng)監督管理總局，中國標準化委員會(huì )。GB17762-2018 電動(dòng)自行車(chē)安全技術(shù)規范。
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[5] 饒球飛。電動(dòng)自行車(chē)火災原因分析及火災調查技術(shù)要點(diǎn)探討。消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2016年第10期。第65到67頁(yè)。
[6] 邵正賢。電動(dòng)自行車(chē)頻發(fā)火災原因分析。電動(dòng)自行車(chē)，2013年第8期。
[7] 曾朝軍。淺談電動(dòng)車(chē)安全隱患分析及預防措施。中國知網(wǎng)論文，2019年第06期。第61頁(yè)。
[8] 陳勝朋。樓梯間電動(dòng)車(chē)火災數值模擬研究�；馂目茖W(xué)，2018年06月。第27卷第2期。第100到106頁(yè)。
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[10] 劉春。電動(dòng)自行車(chē)依諾無(wú)刷控制器電路圖。中國知網(wǎng)。
[11] 李君。電動(dòng)自行車(chē)宇德無(wú)刷控制器電路圖。中國知網(wǎng)。
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