关注| 植保无人机户外作业时电池自燃,什么原因?

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摘要:[宇辰导读]必要时果断舍弃电池和设备,不要冒险扑救。随着天气逐渐炎热,不仅农业生产进入旺季,各类关于车内高温导致的惨剧也进入多发期。7月1日,在微信群里流传着一张照片,不仅让在全国各地奔忙的植保无人机

[宇辰导读]必要时果断舍弃电池和设备,不要冒险扑救。

随着天气逐渐炎热,不仅农业生产进入旺季,各类关于车内高温导致的惨剧也进入多发期。7月1日,在微信群里流传着一张照片,不仅让在全国各地奔忙的植保无人机作业人员倒吸一口冷气,也让无人机业内人士揪心。

在群内疯传的截图/图 来源微信群

图中白色车辆已经被完全烧毁,现场的工作人员透露,起火原因是车内无人机电池自燃,从截图上判断,车辆已经被烧得面目全非。

植保无人机大多使用锂离子电池,这种电池能量密度高、对环境友好、使用寿命长,与此同时,锂离子电池也十分危险,非常容易发生起火爆炸。据不完全统计,2016年锂电池 产业相关起火事故有40起,分布在锂离子电池的生产、运输、应用、回收等各个环节。

在新能源这条路上走的决绝的特斯拉,就曾因为电池的原因几度中断研发,尽管特斯拉团队已经在电池的安全上投入了很多精力,但依然不能避免电池起火:

2016年1月1日早上,一辆特斯拉Model S在超级充电站充电时突然起火,所幸事故发生后没有人员伤亡;同年8月15日,一辆特斯拉Model S电动汽车在法国试驾期间突然着火,当时这辆汽车曾发出巨大的噪音,而且仪表盘还显示出预警信息警告乘客该汽车的充电功能存在问题;一辆特斯拉Model S电动轿车2016年9月7日在荷兰发生车祸,撞上了路边的大树,驾车的荷兰男子当场死亡,车上的电池掉落起火并且难以熄灭。

消防员正在给一辆着火的特斯拉灭火/图 来源网络

特斯拉研究了上十年的锂电池,仍然不能避免惨剧,而国内植保无人机的锂电池尚未确定合格标准,品质难以保证。

并且,植保无人机涉及多方人员,包括一线作业人员、农户等,如果没有一个安全、高效的作业环境,植保无人机发展将举步维艰。

传统电池存在安全隐患

植保无人机电池容量比较大,存在过热和起火的潜在安全隐患。一旦燃烧温度可达上千度,甚至能直接融化钢铁。夏季室外车辆如果暴露在阳光下,车窗一旦关闭,车内温度很快升高,植保无人机电池存在过热乃至起火的风险。

锂电池的四大主要部分为正极材料、负极材料、隔离膜和电解液,当内部出现树状突或者手状的锂离子增长非常容易导致短路或随机爆炸形成明火。一旦电池内部形成树状突,就会迅速加剧,最终可能会刺穿正负极的隔离膜,导致短路,从而起火。

基于此,目前无人机行业也有厂家在研发氢燃料电池,尽管氢燃料电池的运输、存储时安全问题也受到质疑,但氢气的燃点为500℃,高于汽油的燃点427℃、煤油的燃点380℃和柴油的燃点220℃。即,和汽、煤、柴油相比,氢气更加不容易燃烧。

而内部有铜质支撑物的锂电池,加热超过250℃,导致电池核心崩溃,进而让铜质支撑物融化,热量迅速向外扩散,造成“热失控”(即所谓的爆炸或自燃)。

众宇动力的氢燃料电池无人机–游骑兵/图 来源网络

另外,氢燃料电池存储在储氢瓶中,该瓶由三层结构组成,最内层材料是高强度聚合物,中层是强化碳纤维和高强度聚合物的混合材料,外层是玻璃纤维和高强度聚合物的混合材料,总厚度25mm。它具有良好的防渗透性、强度和耐久性,受到严重撞击时也不用担心会发生破裂。从这个角度来看,氢燃料电池比锂电池要安全。

我们知道,锂电池能够自燃,随后会因为过热而发生爆炸。产生过热的原因包括电短路、快速放电、过度充电、制造缺陷、设计不良或机械损坏等等,过热会导致“热失控”过程的产生。

目前市场上大部分无人机电池是这样的:

市场上常见的植保无人机电池/图 来源网络

这一类电池的电源线接头通常都是裸露的,在运输和存放过程中一旦接触到金属物品或者含有电解质的农药化肥,就会发生短路,导致自燃。另外,普通锂电池往往是简易的塑料膜包装,而锂离子具有高度的化学活性,一旦电池包装受外力冲击破损,锂离子就会泄露出来,在空气中剧烈燃烧。

国内也有植保机厂家对于电池安全看得很重的。据了解,2013年,极飞农业在新疆做前期验证时,就将“电池安全”定义为植保无人机研发的三大重点之一,与之同时展开的还有“全自主飞行控制”和“精准变量喷洒”的研发。

2015年,极飞智能电源管理系统问世,在经过20000架次起降和超过3000小时不间断充放电测试后。将旗下所有无人机产品中的电池,全部升级为“智能电池”。

同样,最近两年才涉足植保无人机领域的大疆在消费级市场颇有经验,沿用了其消费级无人机的智能电池思路,其2016年11月发布的MG-1S也用上了智能电池。

电池管理系统让智能电池更安全

业内人士都知道,“电源管理系统”最基础的一项功能,就是在电池使用中监控电流、电压等数据,在电池有可能发生故障时及时切断电源,保障安全。

极飞的智能电池就是在航模锂电池的基础上加入了“电源管理系统”,它能够实时掌握无人机电池中每一片“电芯”的电量和健康程度。再加上更加坚固的铝镁合金-碳纤维外壳,使之无论是在电路异常还是外部环境冲击的情况下都保持安全和稳定。

极飞的智能电池/图 来源网络

MG-1S配备的12000mAh智能电池,电池配备高强度表面防护外壳及减震装置,输出线材亦进行增强防护,提升了安全稳定性。此外,智能电池强化了自均衡性,可保持电压一致性,使用寿命更长久。空载悬停时间长达24分钟。

大疆MG-1S的智能电池/图 来源网络

另外,极飞和大疆都推出了与智能电池配套的专业充电器,极飞的专业充电器,电源插头设有双重防护,一旦检测到异常,充电器能自动断电,相比传统航模电池的平衡充,能够防止过充,避免事故发生。

大疆的充电管家/图 来源宇辰网

大疆推出了电池充电管家,充电器支持同时使用两个充电管家,可以一次性连接12块电池并依次充满,降低了更换电池的频率。

另外,是否可以借鉴特斯拉的经验?现在特斯拉都是通过隔热板把电池组隔成几个小的区域,避免了高温刺激车体内易燃物以及其他电池组的燃烧。同时因为电池升温有一定的时间,此类事故可以通过监控及时通知驾乘人员采取自我保护措施。

锂电池起火该怎么办?

一旦某个电池单元进入热失控状态,它会产生足够的热量,使得相邻的电池单元也进入热失控状态。随着每个电池单元轮流破裂并释放其内含物,就会产生一种反复燃烧的火焰。这就造成电池中的可燃性电解液发生泄漏,如果使用一次性锂电池,则还会释放可燃烧的锂金属。于是就会产生一个巨大的问题,这些火灾不能像“正常”火灾一样对待。

万一因为操作不慎导致起火,该怎么办呢?

首先采用窒息法灭火,及时用防火毯盖住电池或用干沙掩埋,立即远离起火电池,并疏散周边人群,等到电池完全燃尽或者不再燃烧时再对其进行处理,切记不能直接用水浇,锂性活泼,遇水放热,甚至可能继续燃烧。

如果没有专用防火毯或者一时找不到干沙,与燃烧物保持距离,等待其完全燃尽后再做处理,与此同时,燃烧会产生大量浓烟,处理时需要戴好口罩等安全防护措施,防止中毒。

另外,非专业人员切勿随意拆装电池,因为操作不当容易损坏电路板,也有可能引发火灾。

户外作业非常辛苦,在保障安全的前提下才能更好的完成作业任务,切记不要因为提高效率而在高温下过度使用植保无人机。

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