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杭州起火事件分析:搭载超级电容的公交车为什么会频起火?

2015-09-18 14:39:10 零排放汽车网-专注新能源汽车,混合动力汽车,电动汽车,节能汽车等新闻资讯 网友评论 0

有些问题是本来可以避免的,但由于我们对超级电容系统结构的认识不足,以为其比较皮实耐用,特别是号称寿命长,与车同寿命等等,忽略了很多结构设计要素(与电池包相比),使电容系统先天不足。

2015年9月16日晚7点左右,杭州一辆290路公交车突然起火,短短几分钟整辆车就被烧成空壳。9名乘客在疏散时受伤(参见:杭州一辆290路油电混合动力公交车起火)。事故发生后,电动公交车安全性的话题再次被热议。

自燃公交车起火点位于后舱

“记者了解到,事发的290路公交车采用的是厦门金旅牌油电混合动力车型。不少目击者和乘客都表示,事发前公交车后部传来一声巨响,之后才发出浓烟和火光,而最先燃烧的部位也在车厢后部。”这是司机或者目击者的证言,这个结论是否准确应由“有关部门”检查后下结论,但是至少有一点是肯定的:和动力供电系统有关。

 “自燃公交车在出场前曾做过检查,当时并没有发现异常。目前,我们初步判定起火点位于车辆后部的动力舱,也就是最后一排座位的后方。动力舱内安装有电瓶、电容器以及其他一些动力设备,目前还无法判断是哪个部件出了问题。到底是本身设计有缺陷、质量有隐患,还是我们后期保养不当,还有待进一步调查。”杭州市公交集团副总经理翁军说。事发后,公交车生产商、公交、消防和车辆生产商的技术人员对公交车进行了检查。

根据这段话,提到了几个关键词:“设计缺陷”,“质量隐患”,“保养不当”。下面就这几个关键词谈谈笔者的看法。

关于“设计缺陷”

“系统动力电池组件由超级电容器及其控制电路构成,在当时的宣传中声称超级电容器实际使用寿命可达10年,基本与车辆同寿命。该批车辆搭载的超级电容由美国Maxwell供应,型号为BMOD0165 P048,电池组额定电压为16V(应该是48V)。”

根据这段话,笔者斗胆认为:问题出在用Maxwell超级电容组成的动力电池组件结构设计不合理,存在设计缺陷。见图1。

杭州起火事件分析:搭载超级电容的公交车为什么会频起火?

图1

从图中可以看出,接线柱是方形的,连接片是圆形的,采用螺栓压接固定,这种接线方法是电力系统之大忌。首先,接触面积有限,容易导致接触电阻过大。其次容易松动,特别在汽车上使用,遇到振动冲击,螺丝就会松动。流经此端子的电流起伏很大,瞬时达到数百安培。我们知道,超级电容是功率器件,其放电电流很大,所以常用于车辆起步发动机点火等需要短时大功率的场合。但是,超级电容也有其弱点,那就是耐高温和散热性能不好。为了使单位体积的电容量更大,其中的隔膜既要很薄(微米级)又要耐高温高绝缘,对材料和工艺的要求都很高。目前国内普遍使用的还是MAXWELL的产品,尽管价格不菲,相对来说还可以接受。但笔者一直怀疑是否有更大的安全隐患在其中,那就是当长时间用于高电压大电流情况下,电容的劣化问题如何监控,可能有的电容单体已经出现问题而我们察觉不到。

还有缺陷就是,货架式电容包,见图2:

杭州起火事件分析:搭载超级电容的公交车为什么会频起火?

图2

所有的电容模块是通过导线串联起来,因为数量较多可能会分层做成货架结构。货架使用型钢焊接而成,整体结构刚度并不牢固,在振动的作用下也可能会产生共振。我们知道,公交车振动幅度最大的地方是车的尾部,而“货架”恰恰放在这个部位,下面还有一个发动机,货架不仅要承受振动颠簸还要承受发动机热量的炙烤,简直是雪上加霜。这样的结构,每一层的电容器会不会因为颠簸而导致连接导线松动,轻微的松动是不容易察觉到的。所以公交公司的人说,“公交车在出场前曾做过检查,当时并没有发现异常。”请问这种异常您发现得了吗?

关于质量隐患

这种动力电源系统结构上已经存在隐患,其次是在生产组装过程中存在的质量隐患。比如,电容连接导线的质量,严格的讲,其连接电缆的线径应该有足够导电面积,每根连接电缆的上的连接片应该与电缆压接牢固,中间不允许有空洞。如果能灌锡更好(现在都不用此工艺了),使线鼻子与电缆连接更牢靠,严格讲应该进行100%导电性能检验。电缆与电池连接环节也很重要,螺栓拧紧力矩是有要求的,大了会把电容的螺孔破坏,小了又拧不紧,一般采用扭力扳手控制。这些都做到还不行,还要进行通电试验,要按照标准进行电容相关的性能和可靠性试验,合格了方能装车。我认为,这个环节大部分企业没做到,或者只做了部分工作。因为这不是简单的“望闻问切”,要借助试验仪器设备完成的,很多企业是不具备此条件的。说穿了,必要的检验没做到,也是相关的法规和标准的缺失造成的。

关于保养不当

公交公司如何保养这种电容混合动力汽车,我不得而知。但也可以想象得到,最多看看、听听、敲敲而已。你不是电气工程师,高压电你敢摸吗?就是有问题你也看不出来。公交公司有过把电容包卸下检查的经验吗?有对每根导线连接端子的情况进行检查的经验吗?有把电容模块拆开检查的经验吗?没有。公交司机最多就是直观看看有没有冒烟,有没有异味,有没有异响等等,除此什么也做不了。最搞笑的是,公交公司以为公交车后部都已经加装了自动灭火装置,只要起火就应该能够灭火。但是,此次事故起火点在车辆后部,可为何自动灭火装置并没效果呢?”对此,笔者的答案:超级电容起火的过程是,电芯发热-隔膜融化-电容极板短路-电容爆炸-起火。而爆炸这个过程非常快(毫秒级),瞬间释放巨大能量,形成大火。此时,再多的灭火器也无济于事。

结论

此次事故的产生绝不是孤立的,是有其深层次原因的。

1、 设计没有进行充分论证,也没有经过充分验证,存在安全隐患。有些问题是本来可以避免的,但由于我们对超级电容系统结构的认识不足,以为其比较皮实耐用,特别是号称寿命长,与车同寿命等等,忽略了很多结构设计要素(与电池包相比),使电容系统先天不足。

2、 装配质量的问题没有得到有效监管,导线的制作,性能的检验,整个系统性能的检验远没有做到位。对此,有些生产企业并不以为然,有些试验认为可做可不做,甚至认为没必要小题大做。这也反映出行业监管的漏洞,有些标准的缺失导致车辆安全隐患的存在,这是有必然联系的。举个例子,车辆在上公告时,对电容系统并没有相关要求,只对电容的模块进行试验,而系统性的问题根本得不到检查。现在新颁布的标准对电池包和系统已经做了要求,公告是也是强制按照新标准执行。然而,对电容系统就没有相关的规定,也不能按照电池包的标准来要求做试验。

3、 公交公司的说法证明他们的保养工作没做到位,对安全隐患也没有深刻的认识。按照记者报道:“事故车辆厦门金旅牌油电混合动力公交车,是公交集团在2008年9月采用投入营运的,同一批次同一型号总共只有45辆,全部投放在事发的290路的线路上,已经使用了7年。根据营运车辆使用8年后强制报废的规定,这批车辆已经接近“大限”。由于“昨天的自燃事件发生后,公交集团对事故同类型车辆进行了排查,暂时没有发现有什么隐患,”“不过,安全起见,今天14点前,所有同批次、同类型公交车已经全部停运,290线路上的车辆由其他类型公交补充。”翁军说。此外,公交集团也对其他公交车也进行了检查,只检查出一些小毛病,并未发现火险隐患。这些说法如果属实,风声过去,公交公司还准备把剩下的44台车投入运营。

我很担心,如果不对车辆进行彻底的专业的安全隐患检测,就再次把车投入使用,是拿谁的生命开玩笑呢?

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作者: 来源:电动汽车资源网 焦点

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