锂离子电池如何使梦想客机停飞

关于波音787火灾的官方报告讲述了关于先进电池的警示故事

2013年1月7日上午10:21,在日本航空公司008号航班的183名乘客和11名机组人员在波士顿洛根国际机场下飞机约一分钟后,一名清洁人员在波音787-8的后客舱发现了烟雾。

然后,一名机械师打开了停在机场登机口的这架飞机的后部电子设备舱,看到从787辅助动力装置(APU)的电池中冒出滚滚浓烟和火焰。他试图使用灭火器,但火焰没有熄灭。

消防员于上午10:37到达现场,他们使用热成像摄像机观察设备舱内的烟雾,看到一个垒球大小的光亮。救援人员试图用哈龙灭火剂扑灭热源。


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火焰熄灭了,但另一名消防员看到电池仍在散发热量,并且似乎重新燃起。电池发出嘶嘶声,泄漏液体并爆裂,导致一名消防员颈部轻微烧伤。

到下午12:19,消防员宣布事件“受控”,他们在用更多的哈龙灭火剂扑灭APU电池后将其移除。

罪魁祸首是GS Yuasa制造的锂离子电池,经发现其处于一种称为热失控的状态,在这种状态下,故障电池单元的热量会导致自身和周围的电池单元发生故障,从而产生更多的热量。

这起事件令人不安,因为波音公司仅仅在18天前才将这架飞机交付给航空公司。在那段时间里,这架飞机在没有发生事故的情况下飞行了22个飞行周期。五天后,另一架由全日空航空公司运营的787飞机在日本紧急降落,此前飞行员收到了电池故障警告。

这两起事件导致美国联邦航空管理局停飞了整个787机队,这是该机构自1979年以来首次对一个飞机系列发出这样的指令。

本月早些时候,美国国家运输安全委员会发布了关于日本航空公司火灾的报告。该机构指责波音公司、GS Yuasa和美国联邦航空局在787停飞事件中各自的角色存在缺陷。

尽管飞机现在已经过安全改造后重新飞行,但这一事件突显了围绕尖端清洁技术,特别是那些储存大量能量的技术出现的一些新问题。为以后储存电子对于电动汽车等应用非常重要,而密度更高的电池意味着车辆可以用更轻的重量行驶更远的距离,这对于注重燃油效率的航空公司来说是一个重要的考虑因素。储存电力对于平滑风能和太阳能输出的峰值和谷值也至关重要。

电池,特别是锂离子电池,在很大程度上正在发挥这一作用。但是,以更大的规模和新的系统这样做,需要对所带来的独特挑战以及可能出现的成长的烦恼进行额外的审查和培训。

国家可再生能源实验室的储能组经理艾哈迈德·佩萨兰解释说:“较小的电池单元具有更快散热的趋势。” 随着更大的电池单元以及更多电池单元被组装在电池组中,管理热量变得更加重要。

质量控制问题受到怀疑
去年,全电动特斯拉Model S汽车发生的一连串火灾引起了汽车安全专家的担忧(Greenwire,2013年11月8日)。

然而,佩萨兰指出,喷气燃料和汽油比电池能量密度更高,也存在火灾风险。在很大程度上,公众已经默认了这些问题,监管机构也有一套完善的协议来处理碳氢化合物引起的问题(ClimateWire,2011年11月30日)。

在其评估中,NTSB报告批评电池制造商生产存在缺陷。尽管火灾摧毁了大部分受损电池单元,但调查人员表示,他们怀疑缺陷是在生产过程中引入的,导致了短路。该报告呼吁GS Yuasa改进质量控制,并在更严苛的条件下测试其电池。

NTSB还批评波音公司,因为它假定电池内部的短路不会引起火灾或影响其他电池单元。报告指出,这种假设意味着波音公司“没有纳入设计缓解措施来限制可能在这种情况下产生的安全影响”。

该报告指出,美国联邦航空局没有要求对电池系统进行热失控测试,以认证飞机部件。

NTSB对锂离子电池保持中立态度
报告的范围针对围绕787的法规,以了解可以改进程序的地方,但NTSB对电池系统持中立态度。NTSB发言人彼得·克努森在一封电子邮件中说:“我们没有对[锂离子]储能系统采取立场;相反,我们对如何认证任何新技术在航空中的应用提出了重点建议。”

波音公司发言人小道格·阿德勒在一封电子邮件中说:“我们同意报告中关于可能原因的调查结果——一个电池单元内的短路导致排气和单元到单元的蔓延,从而导致电池故障。” “我们仍然对在此事件之后对787电池系统进行的全面改进,以及电池系统的整体性能和飞机的安全性充满信心。”

截至发布时,GS Yuasa尚未回应置评请求。

美国联邦航空局发言人塔米·琼斯在一封电子邮件中表示,电池火灾帮助该机构更好地了解了锂离子电池的危害。“美国联邦航空局已经实施了NTSB关于修改测试、安全标准和设计的许多建议,作为2013年787重新设计的电池系统认证的一部分,”她写道。

今年早些时候,美国联邦航空局也对在飞机上运输锂离子电池表示担忧。测试表明,笔记本电脑和手机等消费级电池如果紧密堆放在一起时发生热失控,可能会构成爆炸风险。

然而,在一个像航空公司一样对燃油价格敏感的行业中,工程师们仍在尝试进一步电气化飞机运行,例如地面滑行,以减少燃油消耗。一项提议包括在着陆时使用再生制动为电池充电(ClimateWire,2012年8月8日)。因此,飞机制造商仍在寻找更先进的电池,但锂离子电池仍然具有吸引力。

国家可再生能源实验室的佩萨兰说:“锂离子电池肯定会变得更好。” “就重量、体积和预期寿命而言,目前没有多少选择比锂离子更好。”

经Environment & Energy Publishing, LLC许可,转载自Climatewire。www.eenews.net, 202-628-6500

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