基于物联网技术的电动车锂电池安全预警系统

  据国家消防救援局官方不完全统计，2021年电动车（两轮、三轮电动车，下同）火灾事故高达1.8万起。电动车着火基本都是源起于它的动力锂电池，锂电池因材料及结构原因，具有可燃属性，短期内技术上很难有实质性突破。目前电动车保有量已达3亿辆，使用锂电池的近1亿辆。随着电动自行车新国标的落地，电动车锂电池的占比会进一步增加。如果没有可以真正避免锂电池起火的解决方案，电动车火灾事故将不断增加，人们的生命财产安全将严重受到威胁！

  目前各地应对的策略，普遍是禁止电动车上楼入户，小区修建车棚集中到车棚内停放充电；电梯中安装电动车识别摄像头进行自动阻梯，使电动车不能乘坐电梯上楼；增设充电桩（柜），要求电动车在户外充电；颁布新法规，对户内充电出现事故者将承受法律制裁等等。基本是在依靠控制车主行为的办法来应对目前频发的电动车锂电池起火事故。

  关于禁止电动车上楼入户，前提是小区要有足够数量的充电桩（柜），并且充电费用相当，才会有效果。否则电动车无处充电，车主势必要想办法上楼入户充电，否则就没办法享受方便的出行的啊。另外摄像头自动识别也是形同虚设，因为锂电池小而轻并多是可拆卸的，一个背包轻松装进去，不让车上楼，那就将锂电池放入背包你还咋识别。结果应该阻止的锂电池入户没有效果，却把使用铅酸电池的电动车拒之户外。那些很轻便的电动自行车本来是日用代步的，回家充电已经是多年的习惯了，突然不让上楼，又不能提供可靠可用平价的充电位，就这样一刀切，也难免很多车主不愿意配合。

  有人说颁布法规就是为了控制这些不配合的行为人的。但是对于电动车的重度使用者，电动车充电是他的生活必需，在没有更好的解决办法之前，势必会存在侥幸心理，明知不让也会想办法带回户内充电，所以一时间还很难奏效。

  再说措施实施后的电动车火灾事故，可以说有增无减，因为以上措施等于只是换了个地方燃爆，技术上没有任何改动，只是减少了对人员伤亡的概率而已。

  基于以上现状，针对电动车锂电池燃爆现象进行深入研究，发现在不改变现有锂电池结构和材料的情况下，是有办法有效避免燃爆事故发生的，初步估算可规避95%以上的电动车锂电池燃爆事故。

  在消防救援局的统计报告中，有提到电动车起火事故中，有80%是发生在锂电池充电过程中。因此有研发部门就认为解决好充电设备的安全控制，就能有效避免（至少那80%）锂电池着火事故发生。经过仔细实践研判，答案并非如此。所谓的超长时间充电，在目前绝大部分电动车的充电器中，都不存在这种情况，在充满后都会断开或电流将至十分微小，等同于停止充电了，所以通常理解的过充其实也不是主因。

  很多情况下（例如刚骑行完回来就立刻充电），在开始充电的时候，锂电池已经进入到一个相对不正常的工作条件下了。这时如果继续充电，会加剧条件的恶化，经过一段时间的积累，就有可能触发“热失控”这个锂电池着火的最直接起因了。而这段时间长度通常都远小于普遍认为的充电不能超过的N小时。

  所以单纯的更改充电设备是不能根治电动车频繁起火这个顽疾的。

  很多业内人士认为，合格的锂电池都是装有保护板（BMS系统）的，额外的设计都是画蛇添足。   的确现在的锂电池都有保护板，但如果锂电池的保护板对着火事故那么有效，就不会有这么多起得电动车着火事故发生。可能有人认为着火的都是保护板不合格，都是组装电池等等，但事实证明大品牌的锂电池业也出现在着火事故之列，且不是一例两例。

  为什么保护板已经对过大的电流和高温做了保护，锂电池还会燃爆呢，难道锂电池就是随机会燃爆吗？

  答案肯定不是。是保护板的本质作用及设计不同，保护板是为安全充放电设计的。   首先，因为锂电池保护板的功率器件与监测器件紧密相连，锂电池工作的时候，功率器件一直在处于较大电流下工作，过大的电流会使器件损坏，不稳定的电压也会使监测器件损坏，致使保护板自身难保，就等于裸奔了。   其次，保护性质不同和范围不同，保护板只是对极限值进行保护，但是很多情况下在各参数没到极限值，但由于各种燃爆诱因的积累，也会达到燃爆状态的。也就是还没等保护板监测到达到保护值时，锂电池就进入了潜在的热失控阶段，等保护板监测到极限值开始保护时，只是断开了电池与外部电路的连接。但已经到这个阶段，电池自身就会进入“热失控”循环，断开外电路已经不能终止“热失控”的继续了，进而达到燃爆。   再者，目前保护板大多数都不带物联网功能，无法利用云服务的运算能力和存储能力分析电池的健康状况，做出更全面、准确的判断。车主也无法得知各种诱因何时发生，如何避免等，车主完全处于一种盲用的状态。更无法对突发的变化情况做出及时的预警，不能为及时处理及逃生提供宝贵的时间前置。

  改人防为技防，实现如下需求，给出解决方案。

  经过深入实践分析，锂电池燃爆存在以下主要诱因：过充过放、高温充电、刚停即充、电气线路短路、私自加大电池容量、电池处于严重亏电时快速充电、过流过压工作、劣质电池、机械原因等等。很多时候，这些诱因可能都不是单独出现。

  除机械原因外，其他燃爆的诱因都可以通过技术手段监测到。如果在诱因出现时，在引发电池爆燃之前自动阻断并同时发出预警，则可有效避免电池向燃爆方向发展，并使车主知道当前是什么原因终止了电池的工作，做出适当的应对措施。