发表时间：2020-06-02T01:54:01.578Z 来源：《建筑学研究前沿》2020年4期作者：闫敏良
[导读] 随着新能源汽车产业的蓬勃发展，锂离子动力电池系统（以下简称“电池系统”）的需求量也在逐年增多，未来电池系统装配车间的建设也会随之增加。作为电动汽车除冲、焊、涂、总之外的第五大生产车间，电池系统装配车间的火灾危险性类别的确定将直接影响整车厂规划方向和投资。
闫敏良
中国汽车工业工程有限公司天津 300113
摘要：随着新能源汽车产业的蓬勃发展，锂离子动力电池系统（以下简称“电池系统”）的需求量也在逐年增多，未来电池系统装配车间的建设也会随之增加。作为电动汽车除冲、焊、涂、总之外的第五大生产车间，电池系统装配车间的火灾危险性类别的确定将直接影响整车厂规划方向和投资。本文结合生产实际，从锂电池电芯组成、材料特性、国家规范等方面对电池系统装配车间的火灾危险性类别和消防措施进行了探讨。
关键词：锂离子动力电池系统；装配车间；火灾危险性类别；消防措施
1 引言
锂离子动力电池具有电压高、能量密度大、充放电迅速、寿命长、无记忆效应、生产和使用对环境无污染等优点。随着锂离子单体电池从小容量到大容量、高比能的技术开发不断成熟，其应用领域不断扩大，替代传统铅酸、镉镍、镍氢电池已成为必然选择，可广泛应用于太阳能及风力发电、车辆船舰、通信电力、UPS应急电源、军工等领域。作为驱动、储能电源，可有效提高能源利用率，减少环境污染，是当代最有前景的绿能源。
近年来，随着国内外电动汽车产业的快速发展，作为核心零部件，电池系统的安全性备受各方关注，也决定着电池系统装配车间火灾危险性类别及消防措施。本文将结合实际生产，从锂电池电芯组成、材料特性、国家规范等方面对电池系统装配车间的火灾危险性类别和消防措施进行分析和探讨。
2 动力电池组成和材料特性
动力电池系统由壳体、线束、电器附件、保温棉、连接件、模组（由电芯组成）等组成，除电芯外，其他零部件大部分为不燃材料（金属壳体、连接螺栓等），部分为阻燃材料（高分子材料壳体、线束、电器附件等），极少部分为可燃材料（比如保温棉等）。
表1 锂电池电芯组成和材料特性表
由表1可以看出，锂电池电芯原材料里大部分是不可燃物质，部分为可燃物，只有电解液为易燃物。
3 国家规范条文
建筑物火灾危险性类别定性的基本依据为《GB 50016-2014（2018年版）建筑设计防火规范》，然而该规范中并未提及和锂电池特性相近物质的火灾危险性类别，这就造成了设计院在设计动力电池系统装配车间时缺少了规范参考，从而制约了行业的健康发展。
根据《GB/T 31485-2015 电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》，合格电芯和模组需符合以下条件：在发生短路持续10min后，1h以内不起火、不爆炸；跌落后1h以内不起火、不爆炸；受到挤压后1h内不起火、不爆炸。
根据《GB/T 31467.3-2015 电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第3部分安全性要求与测试方法》，合格电池包在发生短路持续10min以内不起火、不爆炸；跌落后1h以内不起火、不爆炸；受到挤压后1h内不起火、不爆炸；过充后2h内不起火、不爆炸。根据《GB/T 50177-2015 电动汽车电池更换站设计规范》12.0.2，充换电间火灾危险性类别为丁类，耐火等级为二级。其条文解释中描述“电池采用的是密封式锂电池，安全可靠性高，所用电池均符合现行汽车行业标准《电动汽车用锂离子蓄电池》QC/T 743的要求，在电池
充电、电池更换过程中发生意外情况概率低”以及“当电池内部意外发生短路时会造成电池内部过热，可能引起电池内部燃烧，外部表征为产生烟雾”，并且说明了当电池发生这种紧急情况时，可以根据电池种类和特点选择不同的消防形式，该规范还举例指出了已建成的几座电动汽车更换电站、充电站的火灾危险性类别为丁类，这符合“预防为主，防消结合”的消防设计指导方针。
4 电池系统装配工艺流程
根据多个项目总结，动力电池系统的装配工艺流程大致如下：下壳体上线→下壳体扫码预装→水冷管气
密性测试→模组入壳→模组固定→模组连接→低压线束安装→安装电器附件、BMS→安规测试→充放电测试→上盖涂胶→上盖拧紧→整包气密性测试→下线。装配过程中大部分工序为机械连接，只有个别工位进行充放电检测，存在有限的热失控概率。
5 电池系统装配车间火灾危险性类别定性分析
根据2~4节分析，并结合多个实际项目调研总结：因为电芯成品作为电池系统的原料，其合格品是没有起火风险的，同时电池模组、电池系统在正常存储及装配过程中也不会有起火、爆炸现象发生。如果由于工人误操作引起电池模组或电池包冒烟或起火，可以立即采用灭火毯或灭火沙控制火势后将工件转运至车间外的灭火水箱，此方法可以有效控制电池燃烧。因此建议电池系统装配车间的火灾危险性类别定为丁类。
6 电池系统装配车间消防措施
根据灭火实验并结合实际案例，我们知道对于电池起火最有效的消防形式为采用大量的水进行控制或者直接将电池完全浸入水中，其他消防形式基本无效。电池热失控的过程分为升温、冒烟、起火、爆燃，所以在升温和冒烟阶段有效控制和消除危险是应对电池热失控的关键阶段。在风险较高的充放电测试区设置红外温感、烟感可以发现前两个阶段危险，并配以灭火毯、沙箱辅助后迅速将失效电池转移至室外水池或者专用灭火箱处理。同时建议在充放电测试区附近设置消火栓，消火栓数量视区域大小而定，采
用该措施应对没来及转移到安全地带的情况，并注意收集灭火废水，以免污染其他排水系统。
7 结论及建议
由于电动汽车生产厂区内一般要包含电池系统生产，目前阶段产能一般规划较小，一条电池系统装配线即可满足产能需求，同时装配线占地面积较小。而电池系统作为整车的关键部件，从工艺合理角度，电池系统生产最好作为分装线设置在总装车间，可以大大节约建设和运营成本。
本文通过对电池系统组成零部件的材料特性分析，参考国家相关行业规范中的描述，结合多个项目生产实际，总结得出锂离子动力电池系统装配车间的生产火灾危险性类别为丁类的建议。并根据灭火实验和实际案例，给出了电池系统装配车间的消防措施设置建议。为今后电池系统装配车间的火灾危险性类别定性及消防措施的选择提供了参考。
参考文献
[1] 建筑设计防火规范 [S].GB 50016-2014（2018年版）.
[2] 电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法 [S].GB/T 31485-2015.
[3] 电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第3部分安全性要求与测试方法 [S].GB/T 31467.3-2015.
[4] 电动汽车电池更换站设计规范 [S].GB/T 50177-2015.
作者简介：闫敏良（1987—），男，工程师，研究方向为新能源三电、燃料电池、试验中心等领域的工程设计等。
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