編者：近來新能源汽車行業發生若干起起火事故（參見：電動大巴起火 動力電池安全需升級）。在報道之外，我們邀請行業內外人士對此撰文，為新能源汽車的安全建言獻策。西安西聯熔斷器研究所總工程師何可平撰寫了“4?26電動大巴起火：向特斯拉學習過流熔斷保護”之后，引發了讀者的討論，因此我們邀請他再次就此撰文如下。歡迎大家來信參與討論（投稿發至content@d1ev.com）。

【第一電動網】（特約作者 何可平）早在2006年，西安西聯電器公司就為承擔新能源汽車科研項目的清華、同濟、復旦大學等，配套完成車用高壓熔斷器的研制生產任務，同時為起步最早的東風和比亞迪汽車供應鋰電池和充電機所需的各種熔斷器。

車用高壓熔斷器，是動力電池系統過流保護必配的重要電器，因為要適應電動汽車的純直流專屬用途，第一應具備直流快速保護特性，以完成重過載和短路電流的迅速熔斷；第二應具備體積緊湊、抗振耐用、通用互換的結構特征；第三尤為重要但也常被忽略的是：熔斷器管殼材質應具備抗高溫、不助燃也不自燃的安全防火特性。車用高壓熔斷器長期工作在封閉狹小的安裝空間內，無法得到有效地冷卻降溫，特別是與電池組共處一個持續高溫的閉合環境中時，材質選型不當將會引發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，對車用高壓熔斷器的合理選型一定要高度重視并慎思慎行。

電動汽車為什么要用高壓熔斷器做鋰電池系統的過流總保護，一是基于國家標準GB/T18384.1的明確規定，更是因為鋰電池系統發生重過載和短路故障時，必須有一道堅固可靠的“閘門”截斷并消除這些破壞力極強的短路能量，有效制止高壓過流事故的擴大和蔓延。因為車載空間狹小有限，無法安裝龐大而昂貴的直流斷路器，只能選用體積不大、相對低廉并可緊湊安裝的直流快速熔斷器，作為限制和開斷異常電氣事故的主保護器，這已是國內外電動汽車業界公認的一種安全標準配置。

直流快速熔斷器在管殼內焊裝純銀熔體，填充密實固化的高純石英砂。正常工作時熔斷器自身的微歐級電阻可以忽略不計。當電池系統出現數千安培的重過載和短路電流時，銀熔體與石英砂會在幾個毫秒內協同完成“熔化-滅弧-斷流”全過程，將高壓浪涌電流和高能熱量在管體內全部消耗吸收。在這個熔斷過程中，管殼要承受內部高壓電弧產生的200-300MPa擴張壓力，以及超過1000℃異常高溫的擴散熱輻射，如不具備足夠的抗高溫機械強度指標，管體就會破損炸裂、噴出電弧進而高溫碳化、自燃起火。

進入2014年以后，隨著電動汽車產量的大幅增長，上路運行的車輛越來越多，動力電池儲能容量越來越大，用有機材料制作熔斷器管殼先天不足的致命弱點，在一些意外事故中逐步暴露出來。用戶反映有機復合管熔斷器發生的多起管殼燃燒事件，大多在500V以上電動大巴的充電過程發生，特別是當鋰電池使用壽命已超過質保期、或安裝熔斷器使用有機材料底座、或導電連接螺釘出現了松動、或管殼過于靠近箱體鐵板等細微因素，都易引發意外的電擊燃弧事故。此前因事發現場采集的信息不夠全面，有些整車制造和電池企業不愿披露過多事故細節，因此，鋰電池過充失控引發的泄漏、短路及熔斷器安裝使用不當問題，一直未被納入事故誘因做深入的分析考慮。高壓熔斷器有機復合管殼為何會熱熔自燃？而內部熔體與石英砂卻基本完好？這股強勢短路浪涌究竟從何而來？不僅讓供需雙方陷入了長時間的迷惑不解和爭論之中，也使公眾對新能源電動汽車的乘用安全產生質疑與不安。

隨著對熔斷器有機管殼熱熔自燃現象的深入研究，發現有機復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下長期工作，尤其當熔斷器被安裝在通風散熱極差的狹窄角落里時，其材質會發生明顯的衰退性熱老化，機械強度與絕緣強度均呈梯度下降。而鋰電池充電時的過充失控現象，尤以電動大巴在500V以上高壓充電時較為常見，過充導致電池泄漏或電容擊穿產生的短路浪涌，會逆向沖擊繼電器和熔斷器，使箱體內異常高溫迅速攀升，加劇了有機管體的軟化變質，當環境溫度超過有機材質的熱熔點時，管殼就會迅速全面碳化，原先的絕緣層變成了導電層，高壓浪涌沿管壁形成外部電弧通道，猛烈灼烤有機膠體使之熱熔自燃，高壓箱體內的電氣線纜同步引燃，直至引發整車的起火燃燒。事故過程據目擊者描述僅需幾秒時間，但其破壞能量卻相當驚人。

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2015年8月9日第一電動網公布的深圳4.26電動大巴自燃調查報告得以證實：國內電動汽車整車及動力電池、電氣、充電等領域的14名專家，受深圳市計量質量檢測研究院委托組成專家組，經過現場調查與勘驗，以及事故驗證測試，得出了動力電池過充導致電池泄漏及短路乃至火災的調查結論”，這一調查結論揭示了早前發生熔斷器管體熱熔燃燒的深層原因，有著重要的啟迪作用。

目前各種類型的電動大巴，凡因電池、電容過充短路造成的熔斷器管殼熱熔燃燒事故，現場情景基本如圖4所示：超高溫的浪涌電弧沿著管體表面快速擴散灼燒，不僅燒熔了銅質接線端子，還能燒穿高壓箱體5mm的鋼板，熔化銅鐵的溫度達到1200℃以上。在此超高溫的環境里，僅能耐受200℃的有機復合材料管殼，瞬間化為灰燼，管體內部的熔片與填砂雖有所殘留，但熔斷器開斷短路浪涌的保護功能早已喪失殆盡。我們據此認為，在電動大巴BMS和充電樁管理系統對鋰電池過充、過放故障尚未達到100%有效控制的情況下，選用有機復合材料制作高壓熔斷器管體外殼，不是一個科學合理的安全優選方案。

事故發生前后有機復合材料管殼的變化

2014年8月，西聯熔斷器研究所對國內50多家電動整車及電池集成企業，做過一次廣泛的安全問卷調查，其中認可“管體不燃燒”選項的用戶為97%，認可“高強度瓷管”選項的用戶為64%。根據用戶對車用熔斷器絕對安全素質的多數取向，我們毅然摒棄了使用八年的有機復合材料，改用高絕緣、抗高溫、不燃燒的高強度95氧化鋁(Al2O3剛玉)瓷制作熔斷器管體，以電動汽車的絕對安全為首選目標，實施產品更新換代和批量生產。

表1：車用熔斷器管體材質性能對照表

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20萬只標準產品裝車運行，只有一次因用戶安裝錯誤造成的意外燃弧事故發生，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損，經受住了一次嚴峻的高溫考驗。除此以外，尚未見一例瓷管型熔斷器發生破裂、噴弧、燃燒的客戶投訴，證明選擇95氧化鋁高強度瓷管制造車用高壓熔斷器，是一個正確合理的安全優選方案。

近期按照中國CCC強制安全認證規定，一個500V/ 400A車用高壓熔斷器，在通以20KA短路電流時，僅用7.22毫秒就完成了熔化-滅弧-斷流的全過程，充分證實了瓷管型熔斷器不僅抗高溫不自燃，還具有在9.43 KA強制限流和5.49 ms瞬間滅弧的性能。

2015年8月6日，工信部發布《關于開展節能與新能源汽車推廣應用安全隱患排查治理工作的通知》，通知顯示，近期個別地區出現純電動客車、混合動力客車自燃事故。為吸取教訓，預防類似事故再次發生，在各節能與新能源汽車推廣應用城市、節能與新能源汽車生產企業開展安全隱患排查治理工作。我們希望國內整車制造和電池企業，通過閱讀本文，在安全隱患排查治理中，對電動汽車高壓熔斷器的材質結構與合理選用予以高度重視，不以裝了車用熔斷器就可“保險”無憂，排查治理先要立足于熔斷器“未燃”之際。

同時我們建議電池企業，不要把高壓熔斷器安裝在電池箱內，最好將其隔離安置于一個獨立箱體，這樣既安全又方便及時檢修更換，更無需對電池箱做經常性的拆裝啟合。畢竟當電動汽車大量售出之后，更換熔斷器這個易損器件的人群，大多是非專業人士。

作者何可平為西安西聯熔斷器研究所總工程師

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