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基于大数据和AI的电池安全风险态势感知及热失控快速处置技术

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来源:本站 时间:2024.11.11 阅读:

需求内容:

1.需求解决的技术问题

研发基于大数据、物联网等新一代电子信息技术的云端协同管理方案,在监控、管理电池的同时将电池运行数据实时上传云端,利用云端服务器近乎无限的存储能力和运算能力,针对非平稳变化、多维度海量电池数据,基于机器学习方法构建大数据分析模型,进而实现对锂电池更为强大的云端协同管理、全生命周期管理和个性化管理。

2.技术需求提出背景及技术应用领域

随着我国能源结构的调整,国家出台扶持政策,新能源汽车浪潮汹涌而来,电动汽车开始迅速普及。根据公安部发布的最新数据,截至2023年6月底,全国的机动车数量达到4.26亿辆,其中汽车数量为3.28亿辆,新能源汽车数量为1620万辆,登记数量创历史新高。今年7月,工业和信息化部、商务部、海关总署、市场监管总局公告,2022年度中国境内125家乘用车企业共生产/进口乘用车2176.03万辆。自2015年起,中国新能源汽车产销量连续7年位居世界第一,新能源汽车市场方兴未艾。

与此同时,随着新能源汽车销量规模及保有量规模的不断扩大,关于新能源汽车尤其是纯电汽车自燃、碰撞后起火的事故也越来越多。数据显示,2022年一季度,新能源汽车共发生火灾事故超600起,平均每日火灾事故超7例。与2021年同期相比,2022年一季度新能源汽车火灾事故数量增加32%,高于交通工具火灾事故8.8%的平均增幅。其次,上至百万超跑,下到十万代步,电池起火屡屡成为召回祸首。

今年3月15日,贵州省六盘水市一充电站内新能源汽车充电后起火。6月5日,杭州市高速公路一辆浙A牌照的小型普通客车沿S2沪杭高速驶出杭州收费站时,碰撞收费站设施后起火,造成车上4人死亡。8月21日,湖南省常德市一辆新能源车辆充电时突然起火烧毁。8月27日,海南省海口市海口一公交车在站内充电时起火烧毁,周边5辆汽车不同程度受损。

电动汽车动力电池自燃和发生碰撞等事故后容易燃烧等问题仍然是消费者们心中的一根“刺”,严重影响电动汽车产业的发展。同时,动力电池发生火灾后,冒烟、起火、爆炸的危害,特别是火灾难扑灭、用水多、耗时长、易复燃等特点,更是让广大机关、企事业单位、公共场所如芒在背,不敢放心支持电动汽车进入单位庭院或地下车库。试想一下,一旦政府机关或大型商业综合体等重要场所地下车库发生电动汽车动力电池火灾,消防车无法进入扑救,火灾连续燃烧冒烟30个小时造成的财产损失和舆情后果有多么严重?

随着“电动四川”“电动宜宾”项目的推进,我市电动汽车数量将急剧增加,电动汽车动力电池火灾事故的发生概率也将猛然加大。一旦在关键时刻、敏感时段或重要地段发生动力电池火灾事故,如果不能及时处置将造成严重的社会经济损失甚至造成救援人员伤亡,引发社会舆情,打击我市蓬勃发展的汽车产业发展。因此,面对当今巨大的市场需求以及未来更加宽广的前景,保障好电动汽车的安全性能是首要任务,而如何解决好电动汽车动力电池发生的火灾难题,更是目前的当务之急。

此外,新一代网络信息技术革命席卷全球,并广泛渗透于经济、社会、文化、生态等领域,重塑着人们的生产生活及思维方式,人类社会迈入以数字化生产力为主要标识的发展新阶段。5G通信、人工智能、物联网、智能制造、云计算、锥体区块链等创新技术正在颠覆人类生活的方式。因此,采用大数据、人工智能、物联网、云计算等新一代电子信息技术,应用到电动汽车动力电池火灾防控处置难题中,实现技术突破,就变得尤为重要。

3.技术难点

3.1电动汽车动力电池火灾成因及灭火时的危险性

电动汽车发生火灾的主要原因是动力电池的化学能释放,表现形式为热失控和热失控扩展引起的燃烧或爆炸,同时碰撞、充电过量、泡水也都是其热失控的主要诱因。目前,市场上以锂电池为动力源的电动汽车占据主导地位,但锂电池锂属干活泼金属,易与空气中的氧发生剧烈的化学反应,存在中毒和爆炸的危险,同时电动汽车发生火灾时,具有火势蔓延迅速,燃烧温度高等特点,其危险性极大。

3.2电动汽车发生火灾事故多、随机性强

伴随新能源汽车的快速发展,汽车起火事故也呈现长期居高不下的趋势。据应急管理部消防救援局发布数据显示,2021年,全国新能源汽车火灾共发生约3000余起,新能源车的火灾风险总体高于传统汽车。目前,电动汽车火灾发生率随着保有量的增加正在逐步增多。不论是行驶过程当中,还是充电状态,电动汽车都有发生自燃的案例。

3.3锂电池火灾难扑灭、用水多、耗时长、易复燃

因电动汽车的动力电池普遍采用锂电池,其内部是由电芯组成模块并集中分布在动力电池包中。当电池起火后,电芯内部化学反应未结束或被中断前,燃烧不会终止。同时,由于动力电池包防水密封性能好,灭火救援处置时,水等灭火剂无法直接射入动力电池包内部进行灭火,火灾很难被扑灭。所以市面上很多电动车品牌应急救援手册都会明确指出,电池着火可能需要24小时才能完全扑灭,并且,动力电池火灾被扑灭后极易复燃。2022年1月10日17时,宜宾市叙州区政务中心外一辆电动汽车起火,消防站立即出动3车16人前往处置,经过5个多小时的紧张扑救,明火终于被扑灭。随后,消防指战员利用抢险救援车吊臂将事故车辆进行翻转,4S店工作人员将事故车辆电池拆卸下,在一辆水罐消防车护送下运送到4S店进行后期处理。

此外,地下车库、斜坡路面等场景中,现有火灾防控处置技术很难起作用。地下车库等相对封闭空间中,电动汽车动力电池发生火灾后,消防车无法进入,动力电池泄露的易燃易爆气体很可能堆积进而发生空爆,将产生严重后果。斜坡路面停放的电动汽车动力电池发生火灾,很难采用围挡等方式用大量水进行浸泡灭火,且由于斜坡,将造成较大的环境污染。

4.主要技术经济指标

4.1研究锂电池安全性能演变机理及安全监控技术,研究基于大数据和AI的电池安全风险态势感知技术

研发基于大数据、物联网等新一代电子信息技术的云端协同管理方案,在监控、管理电池的同时将电池运行数据实时上传云端,利用云端服务器近乎无限的存储能力和运算能力,针对非平稳变化、多维度海量电池数据,基于机器学习方法构建大数据分析模型,进而实现对锂电池更为强大的云端协同管理、全生命周期管理和个性化管理。

4.2研发针对电动汽车动力电池火灾防控处置的有效方案、实用技术和装备

通过调研,探究电动汽车动力电池火灾处置的特点和难点,立足实际,针对不同场景、不同品牌、不同型号、不同材料等情况下,对电动汽车动力电池包进行深入研究,研制智能的电动汽车动力电池火灾处置系统装备。

4.3 制定针对电动汽车充电设施消防安全的系列标准

标准化是贯彻落实党的二十大精神,推进高质量发展的重要举措;是认真落实省委、省政府关于推动绿色低碳优势产业高质量发展的决策部署;是立足新发展阶段,完整、准确、全面贯彻新发展理念,服务和融入新发展格局的重要环节;是促讲全省动力电池产业发展壮大,推动新能源汽车产业提档升级,推动我省经济社会全面绿色转型提供重要支撑。

通过实地调研,针对不同场景和实际,制定针对电动汽车充电设施消防安全的省级或市级地方标准,为充分发挥标准化在电动汽车充电管理中的规范、调节、约束、控制功能,防止火灾发生,促进电动汽车产业发展提供技术支撑和宜宾方案。

现有基础:

1.开展的工作

宜宾市已经印发《全面推动“电动宜宾”工程实施方案(2022-2025年)》,明确了宜宾市动力电池产业和新能源与智能汽车产业的发展目标和配套措施,其中,对于新能源汽车领域的总体目标如下:

全市建设充电接口4万个以上、光储充检一体化充电站10座、重卡换电站60座、储能示范项目5个,构建以城市公共快速充电为主、内部专用充电为辅、私人充电随车配套、特定环境换电试点的充换电服务网络体系。大力营造新能源汽车加速推广应用良好氛围,公共领域、专用领域车辆保有量电动化率原则上达到90%以上,至2025年,全市新能源汽车市场渗透率达到30%。

2.所处阶段

新能源汽车产业高速发展,动力电池应用范围和规模与日剧增,随着电动宜宾的实施,市内公共领域电动化渗透率快速增长,无论是电动两轮车、电动乘用车还是电动重卡,均已经出现规模效应。为探索动力电池热失控机理和火灾防控处置实用技术的研发提供了经验和实证条件。

3.投入资金和人力

目前,已经成功获批全省唯一的“四川省动力电池产业创新中心”“宜宾动力电池特色小镇”,且已经印发了《全面推进“电动宜宾”工程实施方案(2022——2025年)》,出台配套政策9项,投入建设资金约16亿元,全市新能源汽车车桩比达到1.6:1、渗透率同比提高8.8个百分点、达到14.9%,电动化水平显著提升。

4.生产条件

宜宾市三江新区管委会通过招商引资,招引了欧阳明高院士工作站等科研机构、高校和高科技生产企业,具备高科技装备研发的基础。宜宾三江电子信息产业有限公司积极参与智慧城市和信息化建设,且依托本地国有资本优势和信息化应用场景资源,用市场化的机制完善产业链和培育产业生态,优化升级电子信息产业结构,形成可持续并有造血功能的生态体系。

产学研合作要求:

1.希望将具有电池安全监控算法研究、电池热失控检测能力的企业、研究机构、大学或其他单位的力量组合起来,与企业、消防安全管理部门等分工协作,共同推出该问题的宜宾方案。

2.充分发挥科研院所现有试验、检测设备条件,共同打造宜宾的竞争实力及其特色。

3.聘请知名学者、院士或其领导的团队骨干成员,主持相关的研究、开发工作。



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