发布时间：2022-11-27T12:13:02.364Z 来源：《科学与技术》2022年第15期作者：王鹏1 邱昆鹏2 [导读] 随着新能源汽车保有量不断增加
王鹏1 邱昆鹏2 [ 通讯作者]
1. 上汽大众汽车有限公司上海 201805;
2. 四川省汽车产业协会成都 610094
摘要随着新能源汽车保有量不断增加，解决废旧车用动力电池的储运安全问题也愈加急迫。因此作为政府指导文件《新能源汽车动力蓄电池回收服务网点建设和运营指南》中提到的防爆箱急需一份能指导设计、生产、核查、使用、运输、管理、报废等方方面面工作的标准。可以设想一旦有了这个标准，今后在推广防爆箱的时候可能还会面临频次矛盾、时间矛盾、财务矛盾、空间矛盾、重量矛盾、管理问题等等矛盾或问题需要进一步研究解决。希望对标准的制定、升级和最终定稿提供思路。
关键词车用动力电池；防爆箱；消防安全；项目管理
Possible problems Prospect of explosion-proof box of vehicle power batteries
WANG Peng1 QIU Kunpeng2
(1. SAIC V olkswagen Co., Ltd Shanghai 201805;2. Sichuan Automobile Industry Association，Chengdu 610094 )
Abstract With the increasing number of new energy vehicles, it is more and more urgent to solve the safety problem of storage and transportation of used or abandoned vehicle power batteries. Therefore, as a government guidance document, the explosion-proof box mentioned in the guide for the construction and operation of new energy vehicle power battery recycling service network urgently needs a standard that can direct the design, production, verification, exploitation, transportation, management, scrapping and other aspects.It can be assumed that once this standard is established, in the future, when promoting explosion-proof boxes, it may face contradictions or problems such as frequency contradiction, time contradiction, financial contradiction, space contradiction, weight contradiction, management problem and so on, which need to be further studied and solved. Hope to provide ideas for the formulation, upgrading and finalization of standards.
Key words vehicle power battery ;explosion-proof box;fire safety;project management
0引言
2020年10月9日，《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》经国务院常务会议审议通过，这将为新能源汽车产业未来一个时期的发展提供重要的指导。新能源战略是国家战略。在《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》中关于推动动力电池全价值链发展的章节中，就明确提出：完善动力电池回收、梯级利用和再资源化的循环利用体系，鼓励共建共用回收渠道。建立健全动力电池运输仓储、维修保养、安全检验、退役退出、回收利用等环节管理制度，加强全生命周期监管[1]。为更好满足规划的要求，工信部在2019年第46号文件《新能源汽车动力蓄电池回收服务网点建设和运营指南》中就提出了新能源汽车废旧动力蓄电池以及报废的梯次利用电池（以下统称废旧动力蓄电池）回收服务网点建设、作业以及安全环保要求[2]。在这个《新能源汽车动力蓄电池回收服务网点建设和运营指南》中，第5.5条回收服务网点应配套搬运工具、废液收集装备、温湿度监测装置、贮存货架、消防安全设备等基础设施。贮存B类及C 类废旧动力蓄电池的回收服务网点应配置放电柜、应急盐水池等专业设施。集中贮存型回收服务网点还应配备防爆箱等设施。明确提出了在贮存网点需要配置防爆箱的要求[2]。
1定义
那么防爆箱的定义是怎么样的呢？先看看几个小案例。第一个是在1996年美国人为了防止恐怖主义爆炸曾经设计了一种聚碳酸酯制成的113.5kg的空运集装箱，当时造价超过2500美元，最后由于种种原因还
是放弃了这个方案[3]。第二个是我国军工部门应对、弹药、等危险品铁路运输所采取的安全防护装置。该装置使用ＵＨＭＷＰＥ－ＰＵＦ复合材料制作成20.5kg质量的危险品防爆运输箱[4]。第三个是我国航天方面针对锂离子电池使用耐火砖、Q420钢、钢筋混凝土材料做的防爆箱[5]。
从这三个航空、军工、航天的防爆箱案例中，可以发现一些防爆箱的特性：
(1)防爆。防止爆炸物的冲击波扩散伤及周围的人员和财物；
(2)运输。防爆箱很有可能会参与运输，那其重量和外部尺寸就会因为运输载具的内部尺寸限制和操作空间要求而成为刚性约束；
(3)造价。防爆箱的造价应该在前述安全性和可用性都满足的基础上需要重点考虑的部分了。防爆设备一般分为，多次使用和单次使用，单层容器和多层容器，金属材料和复合材料等[6]。这里面很多的选择都应该和成本控制有关。
关于车用动力高压蓄电池（后简称电池）防爆箱（后简称防爆箱）的定义目前没有发现现成的。车用动力高压蓄电池防爆箱的定义应该
是个多维定义产生的交集。笔者从主机厂的视角出发尝试提供一个提法。
1.1车用动力高压蓄电池防爆箱核心定义
车用动力高压蓄电池防爆箱是预防车用动力蓄电池燃烧爆炸导致周围环境中人员伤亡和物质损失的消防安全设备。
1.2车用动力高压蓄电池防爆箱广义定义
车用动力高压蓄电池防爆箱是放置于电池操作现场的预防车用动力蓄电池燃烧爆炸导致周围环境中人员伤亡和物质损失的消防安全设备，是高价值设备，是包装设备，也是运输标的物。
车用高压动力蓄电池防爆箱首先必然是消防安全设备；消防安全是车用动力高压蓄电池防爆箱存在的基本功能和使用价值的体现。在如上的基础上，防爆箱应该很有可能会参与仓储、搬运和运输，所以是一个参与运输的包装箱。如果是运输一个空箱子的话，防爆箱本身就是运输标的物。运输方式包括但不仅限于公路、铁路、空运、航运等。
从制造角度看，防爆箱涉及材料、耐高温、耐高压、密封、规模生产等问题；从财务角度看，防爆箱还会是一个高值固定投资的标的物；从现场操作人员的角度看，防爆箱是一个操作对象，会和现场以及现场之内的人或物发生关系；从现场管理人员的角度看，防爆箱是一个管理对象，会和现场以及现场之外的人或物发生关系。2现状
现在已知的部分困难如下：（1）正如定义里面分析的，防爆箱是个非常复杂的标的物。其至少涉及消防安全、仓储物流、制造、财务、现场操作、现场管理等方面的知识结构；
（2）相关的法律法规的建设滞后，导致对防爆箱的沟通理解产生歧义；（3）相关的基础数据缺失或不能共享，导致对防爆箱的定义无法更加精确。
在如此困难的情况下，瑞萨科林（上海）新能源有限公司的郭红松经理尝试联合负有主体责任的整车厂、防爆箱制造商、电池梯次利用和回收利用服务商等六家企业组建团标起草小组对此课题进行深入探讨。目前已经发布征求意见稿了。这种迎难而上自力更生勇担责任的精神是十分值得学习的。笔者向郭红松经理的不懈努力和付出表示感谢！3问题前瞻
虽然防爆箱的标准还在制定中，但是该进度是按部就班的。所以笔者对该标准能顺利完成制定是充满期待的。之后的遐想都是基于该标准已经完成制定为前提条件的。笔者要提出的问题就是，一个防爆箱满足了该团标就能算一个成功的防爆箱了吗？或者说从整车厂的视角看仅仅满足该团标的防爆箱还需要在哪些方面提高呢？
消防安全设备定义就意味着防爆箱是一个备而不用并随时待命的设备。一个基本用不上但还不能缺席的防爆箱就需要好好思考其在放置在现场以后可能发生的矛盾和问题了。
3.1频次矛盾
所谓频次矛盾就是指防爆箱长期在线和基本不用之间的矛盾。
如前定义的，作为消防设备的防爆箱其预防作用的发挥是需要长期处于随时出动投入使用的状态的。根据2008年10月28日批准实施的《中华人民共和国消防法》，我国的消防工作始终贯彻执行的是“预防为主、防消结合”的八字方针[7]。其管理可以参考灭火器一类的消防设备的管理方式开展。现场的管理人员有很多的点需要进行管理的。例如定期检测防爆箱技术状态、定期检查防爆箱放置位置、定期培训防爆箱操作人等等。
当需要定期管理的时候就需要明确一下管理的责任分配了。哪个部门负责定期检测防爆箱技术状态、哪个部门负责定期检查防爆箱放置位置、哪个部门负责定期培训防爆箱操作人等等。
再往下思考一层，就是负责定期检测防爆箱技术状态的人员素质如何？对应的检测标准如何？负责定期检查防爆箱放置位置的人员素质如何？对应的检查标准如何？负责定期培训防爆箱操作人的人员素质如何？对应的教材如何？
当所有这些工作都落实以后，大家才能有信心说一句，这个防爆箱能在紧急的时刻以规划好的技术状态随时投入使用中，起到保护人员、预防灾害、减少损失的作用。
3.2时间矛盾
所谓时间矛盾有两个层面的矛盾。一个是全国缓急矛盾是指防爆箱布置工作进度缓慢和实际现场风险急迫之间的矛盾。另一个是单车缓急矛盾就是电池燃烧爆炸突然性和防爆箱缓慢移动之间的矛盾。
3.2.1全国缓急矛盾
由于信息不明确的限制，经销商、整车厂、回收企业、运输企业、回收网点、防爆箱制造企业、拆车厂等等相关或可能相关的企业对于防爆箱布置工作进行分散决策时都或主动或被动采取了缓缓而行徐徐图之的策略。大家都在期望等待外部信息，包括但不限于技术、法务、财务、商务等等信息，更加明朗以后再做企业级的决策。也可以理解为作为市场的参与者都在等待市场监管方提供更加清晰的责任边界指示。
与此相对应的就是现场风险正在以肉眼可见的速度迅速积累。截止到2017年底，我国新能源汽车产销量连续三年保持世界第一，累计保有量达到180万辆[8]。《中国汽车产业发展年报2021》中指出2020年，我国新能源汽车销量136.7万辆，连续三年超过100万辆，截至2021年6月底，全国新能源汽车保有量达到603万辆，占汽车总量的2.06%。其中纯电动汽车保有量493万辆，占比81.68%[9]。所以“2021年被认为是动力电池退役潮元年”的说法也就不稀奇了。
这里需要特别强调的，在讨论防爆箱实际使用的课题的时候，对电池进行计量的单位，不可以是“GWh”的电量单位，也不可以是货币的“元”或“美元”，而只能是“块”或“件”的计数单位，严格讲应该是“次”，每“次”人员与电池接触都是一“次”风险暴露的过程。而且计量的时候是不论大小的。因为事故绝对数其实仅和电池的数量成强相关性。当一块整包的时候是一件，拆开后更换一个模组也是一件。如果
从整包里面拆出一个模组再分别同时进行运输就是两件了。所以就算只针对这603万辆新能源车里面的电池，每年处理的电池件数其实就是一个暂时不可知的事情。但是这并不妨碍采用数学建模的方法定量研究估算的工作。
数学建模的基本思路是出相关项，并定义出相关项的系数，然后简单相加或相乘就好了。例如年事故率乘以保有量，年电池故障率乘以保有量。当然要算仔细了还是需要更加专业的人员来处理。
3.2.2单车缓急矛盾
既然在讨论消防安全方面的问题，自然需要关注最极端的情况。例如众所周知的电池穿刺。锂离子电池穿刺后的表面温度会有变化和气体释放行为，而且穿刺深度加深，电池升降温速率均加快，电池能力释放越快，电池火灾和爆炸安全风险也越大[10]。电池穿刺加深后，释放能量速度越快，火灾和爆炸安全风险也越来越高[10]。以100%刺透电池，其表面升温超过95摄氏度的时间少于200秒[10]。200秒也就是3分半不到的样子。表面温度达到95摄氏度，基本上是没法无防护接触并进行操作了。甚至有网友搞了非常硬核的811三元锂离子电池穿刺测试，基本就是瞬间爆炸。即便依据GB 30381-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》[11]中要求电池单体发生热失控后，电池系统在5分钟内不起火不爆炸，对于维修现场的实际情况而言也是太短了。
因为已知两个培训过的现场操作人员把电池吊装进入包装箱（非防爆箱）需要的时间一般都是15分钟以
上。所以，想要事实上保障人员和财产的安全就需要进一步缩短紧急情况时的电池入箱时间。
3.3财务矛盾
财务矛盾是指前期巨大资金投入和后期如何计算收益之间的矛盾。
由于防爆箱需要提前置布置到工位，虽然不是每个工位都需要配置，但是每个经销商都至少配一个是最起码的。笔者一般都是假设30万一套防爆箱的，因为这个价格是正在使用中的符合欧盟标准的德国进口的防爆箱的价格约数。另外因为工作原因跟随其他调研小组了解过国产防爆箱可能的价格范围，那些技术指标得到笔者认可的也是在30万一套价格约束附近。
上汽大众的VW品牌约有1500家授权服务经销商。每家一套就是约4.5个亿。这对任何一个公司短期内都是一笔不小的投资。上汽大众年销售200万辆车左右，约占全国10%的比例。假设我们线性思考问题，那1500家经销商也算10%占比的话，那全国所有品牌加到一起可能需要有15000家经销商需要配置防爆箱。那全国而言就是45个亿需要投入到这个方向上，就算打个对折也是20多亿的投入。
所以，前期的资金投入肯定是巨大的。消防设备是预防损失的，如何计算相关的获益就超出了笔者的知识结构。但是这个财务矛盾是肯定存在的，而且会对防爆箱尽快布置的工作产生负面的影响。这也是为啥各个市场参与方都不敢轻易投入资源的重要原因。
3.4空间矛盾
所谓空间矛盾有两个层面的矛盾。一个是防爆箱内部尺寸固定和电池外部尺寸不断变化之间的矛盾。另一个是防爆箱外部尺寸变大和运输工具内部操作空间固定之间的矛盾。
3.4.1内部空间矛盾
先讨论防爆箱内部尺寸和电池外部尺寸之间的矛盾。
第一电池为了配合车的整体布置，有土字形的，有规规矩矩的长方形的，或者就整个底盘都是的，总之是形状千奇百怪。可能在设计师的眼里，电池是个可以随便修改的柔性的东西。但是，这给防爆箱的内部尺寸定义造成了巨大的挑战。如何固定电池和如何保持含有电池的防爆箱的重心都是很棘手的问题。
第二随着续航里程成为电动汽车销售时候的卖点[12]，可以预见未来的电池容量也会继续增加。在提高电池能量密度越来越困难的今天，我们甚至可以简单理解成随着车的续航里程的增加，几乎线性的对应着电池体积的增加，而体积的增加自然会以三维尺寸的增大表现出来。
3.4.2外部空间矛盾
另一个是防爆箱外部尺寸变大和运输工具内部操作空间固定之间的矛盾。
随着电池三维尺寸的不断长大，防爆箱要容纳他们的话，自然也要跟着不断增加自己里面的三维尺寸。里面扩大了，外面的三维尺寸很自然也是要扩大的。但是防爆箱的外围尺寸并不能无限的扩大。因为至少收到如下因素的刚性约束。
3.4.2.1工位通道尺寸约束
防爆箱出现在现场就是说防爆箱需要在各个可能用到的工位旁、工位中、工位外通道上使用、待命和通行。这些地方的实际的间距尺寸限制了防爆箱外部三维尺寸的野蛮生长。否则一个会半道被卡住的防爆箱的可用性是直线下降。
3.4.2.2运输工具尺寸约束
防爆箱参与运输就是说防爆箱需要在各个可能用到的运输工具，诸如托盘车、叉车、车辆、火车、轮船、飞机等，之间被传递。这些运输工具的内部可操作空间尺寸是有限的，所以也会限制住防爆箱外部三维尺寸。例如车辆就有明确的长宽高的尺寸限制[13]。
3.5重量矛盾
重量矛盾是指防爆箱达到防爆要求的自身重量与防爆箱太重运输搬运不便之间的矛盾。
防爆箱的安全技术边界和其定义是息息相关的。因为要对抗电池燃烧的高温、高压对材料提出了要求，对付有毒有害气体、有毒有害液体对气密性和水密性提出了要求，满足传感器工作要求，和报警器工作要求就需要增加相关部件。众所周知脱离成本的技术要求都是不现实的。再加上成本的限制就妨碍了轻质结实但昂贵的材料的使用。这些林林总总的要求汇总以后一定会产生一个重量方面的巨无霸的。3.5.1安全性重量矛盾
3.5.1.1电池极限重量
和内部空间矛盾的原因一样，在能量密度没有突破的情况下，增加电池动力汽车的续航里程本质上就是增加电池数量。而增加电池数量就会导致整体而言增加电池重量。电池重量对防爆箱的承重底板和其他承重的结构提出了技术方面的要求。
3.5.1.2辅助设备重量
要在防爆箱外面知道箱内的温度、气压一类的技术参数，那在箱体内部安置相关的传感器就成为一个增加重量的因素。而且要保证这些传感器的电路能长时间稳定工作还需要配上对应的电池作为电源。这些部件的重量的因素也是需要考虑的。
3.5.1.3安全设备重量
有在防爆箱里面填入蛭石或Pyro Bubbles一类的吸热阻燃剂的，有在防爆箱里面放置锂离子电池专用灭火剂的。这些阻燃剂、灭火剂的重量也是需要考虑的。
3.5.2防爆箱重量矛盾
3.5.2.1箱体自身重量
由于防爆箱是预防电池燃烧爆炸导致周围环境中人员伤亡和物质损失的消防安全设备。电池在燃烧爆炸过程中会产生巨大的冲击波，因此在防爆箱设计制作过程中需要考虑防爆箱的结构强度及刚性达到防爆的目的，防爆箱自身重量会比较重。笔者了解到保时捷的防爆箱自身重量约有4吨，加上电池包重量约有5吨重；如此重的箱体在车辆运输和搬运过程中都不太方便；要将5吨重的防爆箱进行搬运需要使用大
于5吨的叉车，而目前4S店内基本都没有配置能搬运5吨重的叉车。在运输过程中，运输车辆一般都会有载重要求，防爆箱自身太重，很显然会影响到一次运输的防爆箱数量。
所以考虑到防爆箱的搬运运输便利性，需要将防爆箱自身重量尽量减轻，结构设计上就不能采用太厚的钢板，这样又会降低防爆箱强度，达不到防爆的目的。而每家4S店如果都需要配置一台载重大于5吨的叉车，对于4S店来说也是一笔不小的投入。
3.5.2.2辅助设备重量
和箱内类似，箱子外部也有很多辅助设备。例如推动箱子运动的部件，展示箱子内外部传感器参数的显示屏等。这些部件的重量的因素也是需要考虑的。
3.6管理问题
成千上万的防爆箱在各个环节流通肯定会碰到管理方面的需求。
3.6.1箱体编号规则
要管理防爆箱首先需要给防爆箱起名字。类似的例子就是GB/T 34014-2017电池码的国标[14]。这是后面开展管理工作的基础。
通过观察规则应该至少能了解如下信息。
3.6.1.1制造商的信息
不同的制造商应该需要对其生产的防爆箱进行相关的维护工作。
3.6.1.2特定电池信息
不同类型材质的电池对应的防爆箱也是不同的，所以制造商需要通过编号告诉使用者这个防爆箱的适用
电池类型。
3.6.1.3生产日期信息
不同的制造时间和可能的按期报废时间有关。
3.6.1.4流水号的信息
不同的制造流水号和可能的制造班次追责有关。
3.6.2管理需求一览
作为防爆箱的所有者或者管理者，需要知道哪些信息呢？
3.6.2.1位置
防爆箱现在的位置信息。通过这个位置信息管理者能推衍出此防爆箱到目的地的距离和时间。
3.6.2.2状态
防爆箱现在的技术状态是怎么样的。维修中的？还是达标的？或者运输中？甚至已经报废的？
3.6.2.3数量
达标待命的防爆箱现在位置的数量是多少？4对策遐想
4.1频次矛盾对策4.1.1工具化
所谓工具化就是让防爆箱具有一些工具的属性，这样能在现场发挥一些其他的作用，而不是仅仅陈列在那里妨碍现场的操作人员。
初步构想可以在如下方面做些尝试。
4.1.1.1自行小车
防爆箱自己能行走，不论是有自动能力的还是人推的，在现场就可以当某种小车使用了。
4.1.1.2操作平台
防爆箱打开后就是一个操作平台，电池等就可以直接放上面进行各种操作了。
4.1.1.3秒级入箱
在操作平台上操作时忽然发现有安全风险，直接放下平台盖上盖子，几秒内或十几秒内完成电池进入防爆箱的动作。
4.1.2智能化
4.1.2.1测量平台
可以考虑在防爆箱内外设置易拆卸的传感器，测量目前环境的温度、湿度以及防爆箱内部的温度、湿度、压力等数据。
4.1.2.2显示平台
可以考虑在防爆箱外设置显示屏，显示目前环境的温度、湿度以及防爆箱内部的温度、湿度、压力等数据。
4.1.2.3环境监测点
可以考虑再增加无线或有线的数据模块，和安保系统进行通讯，做到远程访问了解现场情况，减少不必要的人员在危险情景中的暴露风险。
4.2时间矛盾对策4.2.1全国缓急矛盾4.2.1.1尽快统一标准新能源汽车起火
需要尽快统一全国的防爆箱的评价标准。这也应该是郭红松经理召集相关行业共同讨论相关团标的努力方向。
4.2.1.2强制性的标准
评价标准需要是具有一定的强制力。否则就会和现在的情况差不多。损失的是时间，积累的是风险，一旦事发伤害的除了现场可能受到威胁的人员和财产，更加重要的是大家对电池安全的信心。
4.2.1.3低起点快迭代
评价标准需要更加快速的完成制定，对一些疑难的地方就不能花过多的时间精力纠缠，也不能对一些尚无出处的信息追根溯源。可以在部分猜测估计主观讨论的基础上先产生第一版，然后快速收集各方信息，迅速进行标准的迭代。经过几个周期的迭代引导市场参与者并降低全国范围的累积风险。
4.2.2单车缓急矛盾
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