淺談新能源電動汽車火災分析

任運業

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處置為研究對象，隨著“碳中和、碳達峰”政策指引，未來新能源電動汽車將占據越來越高的市場fen額，相應的火災風險也會持續升高，對新能源電動汽車火災的根本原因-電池熱失控，充電樁平臺以及如何提高充電樁充電安全進行分析，充電站配電系統的運行、電能消耗、電能質量、充電安全和行為安全進行實時監控和預警，為充電站的可靠、安全、經濟運行提供保障，保護電池。并及時切除安全隱患、避免電氣火災發生，從而保障人員的生命財產安全。

關鍵詞：新能源汽車火災處置 充電樁平臺

0、引言

為推動我國經濟向綠色低碳全面轉型，2012年、2020年國務院分別發布《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012—2020年）》和《新能源汽車產業發展規劃（2021—2035年）》，對新能源汽車產業的發展提供指引，明確純電驅動戰略方向。在大政方針的指引下，我國新能源汽車產業得到長足發展，產銷量、保有量連續位居世界首wei。根據中國汽車工業協會2022年一季度的統計數據，新能源汽車產量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到19.3%。據預測，到2030年電動汽車保有量占比高將達50％，數量高將達1億輛[1]。隨著越來越多消費者選購新能源汽車，新能源汽車火災發生的頻次也在隨之升高，由于新能源汽車同傳統燃油車相比，在火災危險性、滅火機理及處置措施等方面均具有獨te性，需要加以深入分析研究，采取有效措施應對處置，大限度避免發生危險。

1、新能源汽車現狀

據消防救援局統計，2022年一季度，全國共接報電動自行車火災4700起、新能源汽車火災637起，同比分別上升35%和31.3%，與火災整體走勢相反，新能源汽車火災事故越來越引起人們關注，形勢任務十分嚴峻。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，純電動汽車結構簡單、能源利用率高，是大力推廣發展的汽車方向；混合動力汽車結構相對復雜，是作為當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勢，鋰電池成為目前電動

汽車的主要研究應用方向，鋰電池根據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]。純電動汽車與傳統燃油汽車的比較見表1。

表1純電動汽車與傳統燃油汽車主要參數比較

2、電池熱失控分析

電池熱失控是引發新能源電動汽車火災的根本原因。鋰電池通過制漿、涂膜、裝配、老化等工序組裝成成品，受工藝環境、材料質量、參數控制、操作精密性等因素影響，可能產生內部質量缺陷，如毛刺、錯位、粉塵吸附、隔膜受損等，導致電池在使用中因絕緣不良引發短路，內部積聚大量熱，繼而引發電解液氣化，如果反應得不到控制，內部溫度將持續升高，終導致電池鼓包、破裂。單個電池熱失控產生的能量，足以引起周邊存放電池的熱失控連鎖反應，終導致火災爆炸[3]。

2.1引發熱失控的外部因素

2.1.1短路自燃

在高溫、潮濕、浸水等外部環境下，電池易發生短路故障，溫度達到130℃以上易導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

充電時電池負極上會析出鋰結晶，過量充電時鋰結晶聚集會刺破隔膜，發生微短路，溫度持續升高會導致電解液氣化，產生大量的熱，導致電池燃燒爆炸，或終止充電后經過一段時間發生燃燒爆炸。

2.1.3碰撞損傷

當電動汽車遭遇外部撞擊、擠壓、振動、跌落等機械作用時，易導致電池受到穿刺、擠壓而短路，電池損傷可能立即表現為燃燒爆炸釋放出來，也可能經歷緩慢的熱失控發展過程，一段時間后引發火災。雪弗蘭VOLT進行側碰撞實驗，于停車場放置3周后才發生火災[4]。

2.1.4回收拆解

目前，電池回收拆解的工藝流程復雜、技術還不成熟，易發生廢鋁錠產氫自燃或未完quan提取出的電解液起火等事故，隨著新能源電動汽車產業快速發展，待回收的電池量越來越大，亟需優化回收工藝、提高本質安全水平。

2.2電動汽車火災的危險性

電動汽車發生火災時，既要按照常規車輛考慮車內可燃物燃燒的影響，還要考慮電池組可能發生的熱失控影響，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，事故具有突發性、蔓延迅速、持續時間長等特點，極易引發爆炸、觸電、中毒等風險，且電池燃燒具有獨te性，容易發生復燃。

2.2.1觸電

電動汽車發生火災時，可能導致系統失靈而出現未熄火斷電、高壓系統未切斷等情況，如滅火操作中不注意防護、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

電池熱失控著火時，可燃性電解液蒸氣和有機小分子氣體以極快速度噴出，與殼壁發生摩擦，摩擦產生的熱量足以點燃低閃點的可燃性氣體，據測量燃燒溫度可達880℃以上，進入熱失控狀態的電池足夠多，會導致可燃氣體大量積聚，達到其爆炸極限則會引發爆炸[5]。

3工作建議

由于新能源電動汽車火災具有特殊危險性，對消防員的滅火處置工作提出更高更專業性要求，需要加強相關業務理論學習，開展實戰場景訓練，幫助消防員提升應對處置能力，大限度保障安全。

（1）深化業務學習，開展針對訓練。要在日常學習中加入新能源電池有關知識，邀請專家學者、廠方技術人員指導授課，并結合偵察檢測、安全防護、冷卻保護等科目開展針對性實戰訓練，確保接到類似警情應對有效、處置有度。

（2）提高防護意識，掌握避險措施。通過相關平臺，搭配限流式保護器提高充電安全，保護監測電池，保障人員安全。充電站配電系統的運行、電能消耗、電能質量、充電安全和行為安全進行實時監控和預警，為充電站的可靠、安全、經濟運行提供保障，并及時切除安全隱患、避免電氣火災發生，從而保障人員的生命財產安全

4、安科瑞AcrelCloud-9000充電站運營平臺

4.1平臺概述

安科瑞充電站運營平臺依托物聯網、云計算、互聯網、大數據、AI等技術，對充電站配電系統的運行、電能消耗、電能質量、充電安全和行為安全進行實時監控和預警，為充電站的可靠、安全、經濟運行提供保障，并及時切除安全隱患、避免電氣火災發生，從而保障人員的生命財產安全，打造“安全、高效、舒適、綠色”的“人—車—樁—電網—互聯網—多種增值業務”的智慧充電站，提升充電站的社會和經濟價值。

4.2適用場合

可廣泛應用于醫院、學校、酒店、體育場等公共建筑；商業廣場、產業園等綜合園區；企業、住宅小區等場所。

4.3系統結構

平臺采用分層分布式結構，主要由感知層、網絡層和平臺層三個部分組成，詳細拓撲結構如下：

現場設備層：連接于網絡中的各類傳感器，包括多功能電力儀表、汽車充電樁、電瓶車充電樁、電能質量分析儀表、電氣火災探測器、限流式保護器、煙霧傳感器、測溫裝置、智能插座、攝像頭等。

網絡通訊層：包含現場智能網關、網絡交換機等設備。智能網關主動采集現場設備層設備的數據，并可進行規約轉換，數據存儲，并通過網絡把數據上傳至搭建好的數據庫服務器，智能網關可在網絡故障時將數據存儲在本地，待網絡恢復時從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務器端數據不丟失。

平臺管理層：包含應用服務器和數據服務器，完成對現場所有智能設備的數據交換，可在PC端或移動端實現實時監測充電站配電系統運行狀態、充電樁的工作狀態、充電過程及人員行為，并完成微信、支付寶在線支付等應用。

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

電能質量分析儀表、煙霧傳感器和測溫裝置通過RS485，攝像頭通過RJ45與智能網關通訊，再由智能網關通訊通過4G統一與平臺通訊。

限流式保護器既可以通過4G連接平臺，也可以通過RS485連接網關。

平臺搭建在客戶自己配置的服務器上。搭建完成之后，客戶可以在任意能聯網的地方，通過有權限的賬號登陸網頁以及手機APP查看各處的運行情況。

4.4相關產品介紹

4.4.17KW交流充電樁AEV-AC007D

產品功能

1）智能監測：充電樁智能控制器對充電樁具備測量、控制與保護的功能，如運行狀態監測、故障狀態監測、充電計量與計費以及充電過程的聯動控制等。

2）智能計量：輸出配置智能電能表，進行充電計量，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絡運營平臺。

3）云平臺：具備連接云平臺的功能，可以實現實時監控，財務報表分析等等。

4）保護功能：具備防雷保護、過載保護、短路保護，漏電保護和接地保護等功能。

5）材質可靠：保證長期使用并抵御復雜天氣環境。

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

7）資產安全：產品全部由中國平安保險承保，充分保障設備、車輛、人員的安全。

4.4.2直流充電樁系列

4.4.3電氣火災探測器ARCM300-Z

4.4.4限流式保護器ASCP200

產品功能：

1）短路保護：保護器實時監測用電線路電流，當線路發生短路故障時，能在150微秒內實現快速限流保護，并發出聲光報警信號；

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

3）表內超溫保護：當保護器內部器件工作溫度過高時，保護器實施超溫限流保護，并發出聲光報警信號；

4）組網通訊：保護器具有1路RS485接口，可以將數據發送到后臺監控系統，實現遠程監控。

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，統計充電站的充電數據

4.5.2實時監控

1）充電站監控

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

統計當前充電站各充電樁回路的數據；通過卡片的形式展現充電樁的數據；顯示故障列表；如圖所示：

2）充電樁監控

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

3）設備監控

顯示限流式保護器的狀態，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聯的所有故障信息。如圖所示：

2）故障派發

故障派發中記錄了當前待派發的故障信息。如圖所示：

3）故障處理

故障處理中記錄了當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時段關聯站點和關聯樁的能耗信息并顯示對應的能耗趨勢圖。如圖所示：

4.5.5故障分析

在故障分析中，可查看相關時間內的故障數、故障狀態、故障類型、趨勢分析以及故障列表。如圖所示：

4.5.6財務報表

在財務報表中，可根據時間查看關聯站點的財務數據。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、結語

綜上所述，要降低新能源汽車火災事故的概率，需要根據新能源汽車的內部結構和動力電池的火災特點，采取多樣化的防控措施，如提升新能源汽車的產品質量安全，實現智能車載監控系統與智慧消防監管平臺的信息共享，完善制定更加嚴格的安全標準和規范，細化充電樁的設置要求和強化充電樁消防安全管理，規范用車和科學保養等，以便新能源汽車在發生安全故障提醒及火災事故時，能夠及時預警，方便車主或廠家提前介入，有針對性地進行高效處置，大限度地減少新能源車汽車火災事故的發生概率。

參考文獻：

[1]吳志強，廖承林，李勇.新能源電動汽車消防安全現狀與思考[J].消防科學與技術，2019，38（1）：148-151.

[2]吳忠華，李海寧.電動汽車的火災危險性探討[J].消防科學與技術，2014（11）：1340-1343.

[3]代旭日，何寧.鋰電池火災特點及處置對策[J].消防科學與技術，2016，35（11）：1616-1619.

[4]張得勝，張良，陳克，等.電動汽車火災原因調查研究[J].消防科學與技術，2014（9）：1091-1093.

[5]柯錦城，楊旻，謝寧波，等.鋰電池電動汽車滅火救援技術探討[J].消防科學與技術，2017，36（12）：1725-1727.

[6]陳儉.新能源電動汽車火災危險性分析及處置研究.

[7]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版

作者介紹：

任運業，男，安科瑞電氣股份有限公司。