淺談新能源電動汽車火災(zāi)分析

任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：本文以新能源電動汽車火災(zāi)處置為研究對象，隨著“碳中和、碳達(dá)峰”政策指引，未來新能源電動汽車將占據(jù)越來越高的市場fen額，相應(yīng)的火災(zāi)風(fēng)險也會持續(xù)升高，對新能源電動汽車火災(zāi)的根本原因-電池?zé)崾Э?，充電樁平臺以及如何提高充電樁充電安全進(jìn)行分析，充電站配電系統(tǒng)的運(yùn)行、電能消耗、電能質(zhì)量、充電安全和行為安全進(jìn)行實時監(jiān)控和預(yù)警，為充電站的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供保障，保護(hù)電池。并及時切除安全隱患、避免電氣火災(zāi)發(fā)生，從而保障人員的生命財產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞：新能源汽車火災(zāi)處置 充電樁平臺

0、引言

為推動我國經(jīng)濟(jì)向綠色低碳全面轉(zhuǎn)型，2012年、2020年國務(wù)院分別發(fā)布《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020年）》和《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》，對新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供指引，明確純電驅(qū)動戰(zhàn)略方向。在大政方針的指引下，我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)得到長足發(fā)展，產(chǎn)銷量、保有量連續(xù)位居世界首wei。根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會2022年一季度的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，新能源汽車產(chǎn)量129.3萬輛、銷量125.7萬輛，同比增長1.4倍，占整個汽車市場的比率達(dá)到19.3%。據(jù)預(yù)測，到2030年電動汽車保有量占比高將達(dá)50％，數(shù)量高將達(dá)1億輛[1]。隨著越來越多消費(fèi)者選購新能源汽車，新能源汽車火災(zāi)發(fā)生的頻次也在隨之升高，由于新能源汽車同傳統(tǒng)燃油車相比，在火災(zāi)危險性、滅火機(jī)理及處置措施等方面均具有獨(dú)te性，需要加以深入分析研究，采取有效措施應(yīng)對處置，大限度避免發(fā)生危險。

1、新能源汽車現(xiàn)狀

據(jù)消防救援局統(tǒng)計，2022年一季度，全國共接報電動自行車火災(zāi)4700起、新能源汽車火災(zāi)637起，同比分別上升35%和31.3%，與火災(zāi)整體走勢相反，新能源汽車火災(zāi)事故越來越引起人們關(guān)注，形勢任務(wù)十分嚴(yán)峻。按照能量來源，新能源汽車一般分為純電動、混合動力、燃料電池等三類，其中，純電動汽車結(jié)構(gòu)簡單、能源利用率高，是大力推廣發(fā)展的汽車方向；混合動力汽車結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，是作為當(dāng)前汽車充電樁布局不足、燃油向純電動過渡的一類車型；燃料電池汽車成本高昂、受鉑金儲量限制，主要作為科研跟蹤方向。因此，本文以新能源純電動汽車作為研究對象。電動汽車以蓄電池為主要動力來源，分為鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鐵鎳電池、鈉氯化鎳電池、銀鋅電池、鈉硫電池、鋰電池等，由于具有高能量密度以及價格優(yōu)勢，鋰電池成為目前電動

汽車的主要研究應(yīng)用方向，鋰電池根據(jù)正極材料的不同又可分為錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池[2]。純電動汽車與傳統(tǒng)燃油汽車的比較見表1。

表1純電動汽車與傳統(tǒng)燃油汽車主要參數(shù)比較

2、電池?zé)崾Э胤治?/p>

電池?zé)崾Э厥且l(fā)新能源電動汽車火災(zāi)的根本原因。鋰電池通過制漿、涂膜、裝配、老化等工序組裝成成品，受工藝環(huán)境、材料質(zhì)量、參數(shù)控制、操作精密性等因素影響，可能產(chǎn)生內(nèi)部質(zhì)量缺陷，如毛刺、錯位、粉塵吸附、隔膜受損等，導(dǎo)致電池在使用中因絕緣不良引發(fā)短路，內(nèi)部積聚大量熱，繼而引發(fā)電解液氣化，如果反應(yīng)得不到控制，內(nèi)部溫度將持續(xù)升高，終導(dǎo)致電池鼓包、破裂。單個電池?zé)崾Э禺a(chǎn)生的能量，足以引起周邊存放電池的熱失控連鎖反應(yīng)，終導(dǎo)致火災(zāi)爆炸[3]。

2.1引發(fā)熱失控的外部因素

2.1.1短路自燃

在高溫、潮濕、浸水等外部環(huán)境下，電池易發(fā)生短路故障，溫度達(dá)到130℃以上易導(dǎo)致熱失控而起火自燃。2016年7月10日，深圳美拜電子廠鋰電池高溫老化車間發(fā)生爆炸，造成3名消防員和2名群眾受傷。

2.1.2過量充電

充電時電池負(fù)極上會析出鋰結(jié)晶，過量充電時鋰結(jié)晶聚集會刺破隔膜，發(fā)生微短路，溫度持續(xù)升高會導(dǎo)致電解液氣化，產(chǎn)生大量的熱，導(dǎo)致電池燃燒爆炸，或終止充電后經(jīng)過一段時間發(fā)生燃燒爆炸。

2.1.3碰撞損傷

當(dāng)電動汽車遭遇外部撞擊、擠壓、振動、跌落等機(jī)械作用時，易導(dǎo)致電池受到穿刺、擠壓而短路，電池?fù)p傷可能立即表現(xiàn)為燃燒爆炸釋放出來，也可能經(jīng)歷緩慢的熱失控發(fā)展過程，一段時間后引發(fā)火災(zāi)。雪弗蘭VOLT進(jìn)行側(cè)碰撞實驗，于停車場放置3周后才發(fā)生火災(zāi)[4]。

2.1.4回收拆解

目前，電池回收拆解的工藝流程復(fù)雜、技術(shù)還不成熟，易發(fā)生廢鋁錠產(chǎn)氫自燃或未完quan提取出的電解液起火等事故，隨著新能源電動汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，待回收的電池量越來越大，亟需優(yōu)化回收工藝、提高本質(zhì)安全水平。

2.2電動汽車火災(zāi)的危險性

電動汽車發(fā)生火災(zāi)時，既要按照常規(guī)車輛考慮車內(nèi)可燃物燃燒的影響，還要考慮電池組可能發(fā)生的熱失控影響，此外，還有電動汽車的高壓組件可能造成的危險。由于電池組一般位于車輛底部、引擎蓋下、座椅下、后備箱下，位置較為隱蔽，早期火勢不易察覺，事故具有突發(fā)性、蔓延迅速、持續(xù)時間長等特點，極易引發(fā)爆炸、觸電、中毒等風(fēng)險，且電池燃燒具有獨(dú)te性，容易發(fā)生復(fù)燃。

2.2.1觸電

電動汽車發(fā)生火災(zāi)時，可能導(dǎo)致系統(tǒng)失靈而出現(xiàn)未熄火斷電、高壓系統(tǒng)未切斷等情況，如滅火操作中不注意防護(hù)、人員直接接觸到高壓組件，或破拆救人時不注意偵察電池系統(tǒng)的位置，均可能在處置中誤觸高壓組件而觸電。

2.2.2爆炸

電池?zé)崾Э刂饡r，可燃性電解液蒸氣和有機(jī)小分子氣體以極快速度噴出，與殼壁發(fā)生摩擦，摩擦產(chǎn)生的熱量足以點燃低閃點的可燃性氣體，據(jù)測量燃燒溫度可達(dá)880℃以上，進(jìn)入熱失控狀態(tài)的電池足夠多，會導(dǎo)致可燃?xì)怏w大量積聚，達(dá)到其爆炸極限則會引發(fā)爆炸[5]。

3工作建議

由于新能源電動汽車火災(zāi)具有特殊危險性，對消防員的滅火處置工作提出更高更專業(yè)性要求，需要加強(qiáng)相關(guān)業(yè)務(wù)理論學(xué)習(xí)，開展實戰(zhàn)場景訓(xùn)練，幫助消防員提升應(yīng)對處置能力，大限度保障安全。

（1）深化業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)，開展針對訓(xùn)練。要在日常學(xué)習(xí)中加入新能源電池有關(guān)知識，邀請專家學(xué)者、廠方技術(shù)人員指導(dǎo)授課，并結(jié)合偵察檢測、安全防護(hù)、冷卻保護(hù)等科目開展針對性實戰(zhàn)訓(xùn)練，確保接到類似警情應(yīng)對有效、處置有度。

（2）提高防護(hù)意識，掌握避險措施。通過相關(guān)平臺，搭配限流式保護(hù)器提高充電安全，保護(hù)監(jiān)測電池，保障人員安全。充電站配電系統(tǒng)的運(yùn)行、電能消耗、電能質(zhì)量、充電安全和行為安全進(jìn)行實時監(jiān)控和預(yù)警，為充電站的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供保障，并及時切除安全隱患、避免電氣火災(zāi)發(fā)生，從而保障人員的生命財產(chǎn)安全

4、安科瑞AcrelCloud-9000充電站運(yùn)營平臺

4.1平臺概述

安科瑞充電站運(yùn)營平臺依托物聯(lián)網(wǎng)、云計算、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、AI等技術(shù)，對充電站配電系統(tǒng)的運(yùn)行、電能消耗、電能質(zhì)量、充電安全和行為安全進(jìn)行實時監(jiān)控和預(yù)警，為充電站的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供保障，并及時切除安全隱患、避免電氣火災(zāi)發(fā)生，從而保障人員的生命財產(chǎn)安全，打造“安全、高效、舒適、綠色”的“人—車—樁—電網(wǎng)—互聯(lián)網(wǎng)—多種增值業(yè)務(wù)”的智慧充電站，提升充電站的社會和經(jīng)濟(jì)價值。

4.2適用場合

可廣泛應(yīng)用于醫(yī)院、學(xué)校、酒店、體育場等公共建筑；商業(yè)廣場、產(chǎn)業(yè)園等綜合園區(qū)；企業(yè)、住宅小區(qū)等場所。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)，主要由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和平臺層三個部分組成，詳細(xì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：

現(xiàn)場設(shè)備層：連接于網(wǎng)絡(luò)中的各類傳感器，包括多功能電力儀表、汽車充電樁、電瓶車充電樁、電能質(zhì)量分析儀表、電氣火災(zāi)探測器、限流式保護(hù)器、煙霧傳感器、測溫裝置、智能插座、攝像頭等。

網(wǎng)絡(luò)通訊層：包含現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動采集現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲，并通過網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，智能網(wǎng)關(guān)可在網(wǎng)絡(luò)故障時將數(shù)據(jù)存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。

平臺管理層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，完成對現(xiàn)場所有智能設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，可在PC端或移動端實現(xiàn)實時監(jiān)測充電站配電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、充電樁的工作狀態(tài)、充電過程及人員行為，并完成微信、支付寶在線支付等應(yīng)用。

多功能電力儀表、汽車充電樁、電瓶車充電樁、電氣火災(zāi)探測器、限流式保護(hù)器、智能插座可通過全網(wǎng)通4G通訊模組與平臺直接通訊。

電能質(zhì)量分析儀表、煙霧傳感器和測溫裝置通過RS485，攝像頭通過RJ45與智能網(wǎng)關(guān)通訊，再由智能網(wǎng)關(guān)通訊通過4G統(tǒng)一與平臺通訊。

限流式保護(hù)器既可以通過4G連接平臺，也可以通過RS485連接網(wǎng)關(guān)。

平臺搭建在客戶自己配置的服務(wù)器上。搭建完成之后，客戶可以在任意能聯(lián)網(wǎng)的地方，通過有權(quán)限的賬號登陸網(wǎng)頁以及手機(jī)APP查看各處的運(yùn)行情況。

4.4相關(guān)產(chǎn)品介紹

4.4.17KW交流充電樁AEV-AC007D

產(chǎn)品功能

1）智能監(jiān)測：充電樁智能控制器對充電樁具備測量、控制與保護(hù)的功能，如運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、故障狀態(tài)監(jiān)測、充電計量與計費(fèi)以及充電過程的聯(lián)動控制等。

2）智能計量：輸出配置智能電能表，進(jìn)行充電計量，具備完善的通信功能，可將計量信息通過RS485分別上傳給充電樁智能控制器和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營平臺。

3）云平臺：具備連接云平臺的功能，可以實現(xiàn)實時監(jiān)控，財務(wù)報表分析等等。

4）保護(hù)功能：具備防雷保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù)，漏電保護(hù)和接地保護(hù)等功能。

5）材質(zhì)可靠：保證長期使用并抵御復(fù)雜天氣環(huán)境。

6）適配車型：滿足國標(biāo)充電接口，適配所有符合GB/T20234.2-2015國標(biāo)的電動汽車，適應(yīng)不同車型的不同功率。

7）資產(chǎn)安全：產(chǎn)品全部由中國平安保險承保，充分保障設(shè)備、車輛、人員的安全。

4.4.2直流充電樁系列

4.4.3電氣火災(zāi)探測器ARCM300-Z

4.4.4限流式保護(hù)器ASCP200

產(chǎn)品功能：

1）短路保護(hù)：保護(hù)器實時監(jiān)測用電線路電流，當(dāng)線路發(fā)生短路故障時，能在150微秒內(nèi)實現(xiàn)快速限流保護(hù)，并發(fā)出聲光報警信號；

2）過載保護(hù)：當(dāng)線路電流過載且持續(xù)時間超過動作時間（3~60秒可設(shè)）時，保護(hù)器啟動限流保護(hù)，并發(fā)出聲光報警信號；

3）表內(nèi)超溫保護(hù)：當(dāng)保護(hù)器內(nèi)部器件工作溫度過高時，保護(hù)器實施超溫限流保護(hù)，并發(fā)出聲光報警信號；

4）組網(wǎng)通訊：保護(hù)器具有1路RS485接口，可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

4.5平臺功能

4.5.1首頁

平臺首頁顯示充電站的位置及在線情況，統(tǒng)計充電站的充電數(shù)據(jù)

4.5.2實時監(jiān)控

1）充電站監(jiān)控

可以按站點名稱進(jìn)行篩選，顯示站點詳情、充電槍列表、統(tǒng)計訂單信息、故障記錄，點擊某個充電槍編號后在進(jìn)入充電槍監(jiān)控頁面實時監(jiān)測變壓器負(fù)荷（搭配ACM300T、ADW300），當(dāng)負(fù)荷超過50%時，系統(tǒng)會限制新增開始充電的充電樁的功率，降為50%，當(dāng)變壓器負(fù)荷超過80%時，系統(tǒng)將不允許新增充電樁開始充電，直到負(fù)荷下降為止。如圖所示：

統(tǒng)計當(dāng)前充電站各充電樁回路的數(shù)據(jù)；通過卡片的形式展現(xiàn)充電樁的數(shù)據(jù)；顯示故障列表；如圖所示：

2）充電樁監(jiān)控

顯示充電樁充電數(shù)據(jù)；顯示各回路的充電狀態(tài)；可以對充電中的回路進(jìn)行手動終止；顯示訂單信息、故障信息；如圖所示：

3）設(shè)備監(jiān)控

顯示限流式保護(hù)器的狀態(tài)，包括線路中的剩余電流、溫度及異常報警，如圖所示：

4.5.3故障管理

1）故障查詢

故障查詢中記錄了登錄用戶相關(guān)聯(lián)的所有故障信息。如圖所示：

2）故障派發(fā)

故障派發(fā)中記錄了當(dāng)前待派發(fā)的故障信息。如圖所示：

3）故障處理

故障處理中記錄了當(dāng)前待處理的故障信息。如圖所示：

4.5.4能耗分析

在能耗分析中，可查看指ding時段關(guān)聯(lián)站點和關(guān)聯(lián)樁的能耗信息并顯示對應(yīng)的能耗趨勢圖。如圖所示：

4.5.5故障分析

在故障分析中，可查看相關(guān)時間內(nèi)的故障數(shù)、故障狀態(tài)、故障類型、趨勢分析以及故障列表。如圖所示：

4.5.6財務(wù)報表

在財務(wù)報表中，可根據(jù)時間查看關(guān)聯(lián)站點的財務(wù)數(shù)據(jù)。如圖所示：

4.5.7收益查詢

在收益查詢中，可查看總的收益統(tǒng)計、收益變化曲線圖、支付占比餅圖以及實際收益報表。如圖所示：

5、結(jié)語

綜上所述，要降低新能源汽車火災(zāi)事故的概率，需要根據(jù)新能源汽車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和動力電池的火災(zāi)特點，采取多樣化的防控措施，如提升新能源汽車的產(chǎn)品質(zhì)量安全，實現(xiàn)智能車載監(jiān)控系統(tǒng)與智慧消防監(jiān)管平臺的信息共享，完善制定更加嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，細(xì)化充電樁的設(shè)置要求和強(qiáng)化充電樁消防安全管理，規(guī)范用車和科學(xué)保養(yǎng)等，以便新能源汽車在發(fā)生安全故障提醒及火災(zāi)事故時，能夠及時預(yù)警，方便車主或廠家提前介入，有針對性地進(jìn)行高效處置，大限度地減少新能源車汽車火災(zāi)事故的發(fā)生概率。

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[7]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.05版

作者介紹：

任運(yùn)業(yè)，男，安科瑞電氣股份有限公司。