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任运业

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：本文以新能源电动汽车火灾处置为研究对象，随着“碳中和、碳达峰”政策指引，未来新能源电动汽车将占据越来越高的市场fen额，相应的火灾风险也会持续升高，对新能源电动汽车火灾的根本原因-电池热失控，充电桩平台以及如何提高充电桩充电安全进行分析，充电站配电系统的运行、电能消耗、电能质量、充电安全和行为安全进行实时监控和预警，为充电站的可靠、安全、经济运行提供保障，保护电池。并及时切除安全隐患、避免电气火灾发生，从而保障人员的生命财产安全。

关键词：新能源汽车火灾处置 充电桩平台

0、引言

为推动我国经济向绿色低碳全面转型，2012年、2020年国务院分别发布《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020年）》和《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》，对新能源汽车产业的发展提供指引，明确纯电驱动战略方向。在大政方针的指引下，我国新能源汽车产业得到长足发展，产销量、保有量连续位居世界首wei。根据中国汽车工业协会2022年一季度的统计数据，新能源汽车产量129.3万辆、销量125.7万辆，同比增长1.4倍，占整个汽车市场的比率达到19.3%。据预测，到2030年电动汽车保有量占比高将达50％，数量高将达1亿辆[1]。随着越来越多消费者选购新能源汽车，新能源汽车火灾发生的频次也在随之升高，由于新能源汽车同传统燃油车相比，在火灾危险性、灭火机理及处置措施等方面均具有独te性，需要加以深入分析研究，采取有效措施应对处置，大限度避免发生危险。

1、新能源汽车现状

据消防救援局统计，2022年一季度，全国共接报电动自行车火灾4700起、新能源汽车火灾637起，同比分别上升35%和31.3%，与火灾整体走势相反，新能源汽车火灾事故越来越引起人们关注，形势任务十分严峻。按照能量来源，新能源汽车一般分为纯电动、混合动力、燃料电池等三类，其中，纯电动汽车结构简单、能源利用率高，是大力推广发展的汽车方向；混合动力汽车结构相对复杂，是作为当前汽车充电桩布局不足、燃油向纯电动过渡的一类车型；燃料电池汽车成本高昂、受铂金储量限制，主要作为科研跟踪方向。因此，本文以新能源纯电动汽车作为研究对象。电动汽车以蓄电池为主要动力来源，分为铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、铁镍电池、钠氯化镍电池、银锌电池、钠硫电池、锂电池等，由于具有高能量密度以及价格优势，锂电池成为目前电动

汽车的主要研究应用方向，锂电池根据正极材料的不同又可分为锰酸锂电池、磷酸铁锂电池和三元锂电池[2]。纯电动汽车与传统燃油汽车的比较见表1。

表1纯电动汽车与传统燃油汽车主要参数比较

2、电池热失控分析

电池热失控是引发新能源电动汽车火灾的根本原因。锂电池通过制浆、涂膜、装配、老化等工序组装成成品，受工艺环境、材料质量、参数控制、操作精密性等因素影响，可能产生内部质量缺陷，如毛刺、错位、粉尘吸附、隔膜受损等，导致电池在使用中因绝缘不良引发短路，内部积聚大量热，继而引发电解液气化，如果反应得不到控制，内部温度将持续升高，终导致电池鼓包、破裂。单个电池热失控产生的能量，足以引起周边存放电池的热失控连锁反应，终导致火灾爆炸[3]。

2.1引发热失控的外部因素

2.1.1短路自燃

在高温、潮湿、浸水等外部环境下，电池易发生短路故障，温度达到130℃以上易导致热失控而起火自燃。2016年7月10日，深圳美拜电子厂锂电池高温老化车间发生爆炸，造成3名消防员和2名群众受伤。

2.1.2过量充电

充电时电池负极上会析出锂结晶，过量充电时锂结晶聚集会刺破隔膜，发生微短路，温度持续升高会导致电解液气化，产生大量的热，导致电池燃烧爆炸，或终止充电后经过一段时间发生燃烧爆炸。

2.1.3碰撞损伤

当电动汽车遭遇外部撞击、挤压、振动、跌落等机械作用时，易导致电池受到穿刺、挤压而短路，电池损伤可能立即表现为燃烧爆炸释放出来，也可能经历缓慢的热失控发展过程，一段时间后引发火灾。雪弗兰VOLT进行侧碰撞实验，于停车场放置3周后才发生火灾[4]。

2.1.4回收拆解

目前，电池回收拆解的工艺流程复杂、技术还不成熟，易发生废铝锭产氢自燃或未完quan提取出的电解液起火等事故，随着新能源电动汽车产业快速发展，待回收的电池量越来越大，亟需优化回收工艺、提高本质安全水平。

2.2电动汽车火灾的危险性

电动汽车发生火灾时，既要按照常规车辆考虑车内可燃物燃烧的影响，还要考虑电池组可能发生的热失控影响，此外，还有电动汽车的高压组件可能造成的危险。由于电池组一般位于车辆底部、引擎盖下、座椅下、后备箱下，位置较为隐蔽，早期火势不易察觉，事故具有突发性、蔓延迅速、持续时间长等特点，极易引发爆炸、触电、中毒等风险，且电池燃烧具有独te性，容易发生复燃。

2.2.1触电

电动汽车发生火灾时，可能导致系统失灵而出现未熄火断电、高压系统未切断等情况，如灭火操作中不注意防护、人员直接接触到高压组件，或破拆救人时不注意侦察电池系统的位置，均可能在处置中误触高压组件而触电。

2.2.2爆炸

电池热失控着火时，可燃性电解液蒸气和有机小分子气体以极快速度喷出，与壳壁发生摩擦，摩擦产生的热量足以点燃低闪点的可燃性气体，据测量燃烧温度可达880℃以上，进入热失控状态的电池足够多，会导致可燃气体大量积聚，达到其爆炸极限则会引发爆炸[5]。

3工作建议

由于新能源电动汽车火灾具有特殊危险性，对消防员的灭火处置工作提出更高更专业性要求，需要加强相关业务理论学习，开展实战场景训练，帮助消防员提升应对处置能力，大限度保障安全。

（1）深化业务学习，开展针对训练。要在日常学习中加入新能源电池有关知识，邀请专家学者、厂方技术人员指导授课，并结合侦察检测、安全防护、冷却保护等科目开展针对性实战训练，确保接到类似警情应对有效、处置有度。

（2）提高防护意识，掌握避险措施。通过相关平台，搭配限流式保护器提高充电安全，保护监测电池，保障人员安全。充电站配电系统的运行、电能消耗、电能质量、充电安全和行为安全进行实时监控和预警，为充电站的可靠、安全、经济运行提供保障，并及时切除安全隐患、避免电气火灾发生，从而保障人员的生命财产安全

4、安科瑞AcrelCloud-9000充电站运营平台

4.1平台概述

安科瑞充电站运营平台依托物联网、云计算、互联网、大数据、AI等技术，对充电站配电系统的运行、电能消耗、电能质量、充电安全和行为安全进行实时监控和预警，为充电站的可靠、安全、经济运行提供保障，并及时切除安全隐患、避免电气火灾发生，从而保障人员的生命财产安全，打造“安全、高效、舒适、绿色”的“人—车—桩—电网—互联网—多种增值业务”的智慧充电站，提升充电站的社会和经济价值。

4.2适用场合

可广泛应用于医院、学校、酒店、体育场等公共建筑；商业广场、产业园等综合园区；企业、住宅小区等场所。

4.3系统结构

平台采用分层分布式结构，主要由感知层、网络层和平台层三个部分组成，详细拓扑结构如下：

现场设备层：连接于网络中的各类传感器，包括多功能电力仪表、汽车充电桩、电瓶车充电桩、电能质量分析仪表、电气火灾探测器、限流式保护器、烟雾传感器、测温装置、智能插座、摄像头等。

网络通讯层：包含现场智能网关、网络交换机等设备。智能网关主动采集现场设备层设备的数据，并可进行规约转换，数据存储，并通过网络把数据上传至搭建好的数据库服务器，智能网关可在网络故障时将数据存储在本地，待网络恢复时从中断的位置继续上传数据，保证服务器端数据不丢失。

平台管理层：包含应用服务器和数据服务器，完成对现场所有智能设备的数据交换，可在PC端或移动端实现实时监测充电站配电系统运行状态、充电桩的工作状态、充电过程及人员行为，并完成微信、支付宝在线支付等应用。

多功能电力仪表、汽车充电桩、电瓶车充电桩、电气火灾探测器、限流式保护器、智能插座可通过全网通4G通讯模组与平台直接通讯。

电能质量分析仪表、烟雾传感器和测温装置通过RS485，摄像头通过RJ45与智能网关通讯，再由智能网关通讯通过4G统一与平台通讯。

限流式保护器既可以通过4G连接平台，也可以通过RS485连接网关。

平台搭建在客户自己配置的服务器上。搭建完成之后，客户可以在任意能联网的地方，通过有权限的账号登陆网页以及手机APP查看各处的运行情况。

4.4相关产品介绍

4.4.17KW交流充电桩AEV-AC007D

产品功能

1）智能监测：充电桩智能控制器对充电桩具备测量、控制与保护的功能，如运行状态监测、故障状态监测、充电计量与计费以及充电过程的联动控制等。

2）智能计量：输出配置智能电能表，进行充电计量，具备完善的通信功能，可将计量信息通过RS485分别上传给充电桩智能控制器和网络运营平台。

3）云平台：具备连接云平台的功能，可以实现实时监控，财务报表分析等等。

4）保护功能：具备防雷保护、过载保护、短路保护，漏电保护和接地保护等功能。

5）材质可靠：保证长期使用并抵御复杂天气环境。

6）适配车型：满足国标充电接口，适配所有符合GB/T20234.2-2015国标的电动汽车，适应不同车型的不同功率。

7）资产安全：产品全部由中国平安保险承保，充分保障设备、车辆、人员的安全。

4.4.2直流充电桩系列

4.4.3电气火灾探测器ARCM300-Z

4.4.4限流式保护器ASCP200

产品功能：

1）短路保护：保护器实时监测用电线路电流，当线路发生短路故障时，能在150微秒内实现快速限流保护，并发出声光报警信号；

2）过载保护：当线路电流过载且持续时间超过动作时间（3~60秒可设）时，保护器启动限流保护，并发出声光报警信号；

3）表内超温保护：当保护器内部器件工作温度过高时，保护器实施超温限流保护，并发出声光报警信号；

4）组网通讯：保护器具有1路RS485接口，可以将数据发送到后台监控系统，实现远程监控。

4.5平台功能

4.5.1首页

平台首页显示充电站的位置及在线情况，统计充电站的充电数据

4.5.2实时监控

1）充电站监控

可以按站点名称进行筛选，显示站点详情、充电枪列表、统计订单信息、故障记录，点击某个充电枪编号后在进入充电枪监控页面实时监测变压器负荷（搭配ACM300T、ADW300），当负荷超过50%时，系统会限制新增开始充电的充电桩的功率，降为50%，当变压器负荷超过80%时，系统将不允许新增充电桩开始充电，直到负荷下降为止。如图所示：

统计当前充电站各充电桩回路的数据；通过卡片的形式展现充电桩的数据；显示故障列表；如图所示：

2）充电桩监控

显示充电桩充电数据；显示各回路的充电状态；可以对充电中的回路进行手动终止；显示订单信息、故障信息；如图所示：

3）设备监控

显示限流式保护器的状态，包括线路中的剩余电流、温度及异常报警，如图所示：

4.5.3故障管理

1）故障查询

故障查询中记录了登录用户相关联的所有故障信息。如图所示：

2）故障派发

故障派发中记录了当前待派发的故障信息。如图所示：

3）故障处理

故障处理中记录了当前待处理的故障信息。如图所示：

4.5.4能耗分析

在能耗分析中，可查看指ding时段关联站点和关联桩的能耗信息并显示对应的能耗趋势图。如图所示：

4.5.5故障分析

在故障分析中，可查看相关时间内的故障数、故障状态、故障类型、趋势分析以及故障列表。如图所示：

4.5.6财务报表

在财务报表中，可根据时间查看关联站点的财务数据。如图所示：

4.5.7收益查询

在收益查询中，可查看总的收益统计、收益变化曲线图、支付占比饼图以及实际收益报表。如图所示：

5、结语

综上所述，要降低新能源汽车火灾事故的概率，需要根据新能源汽车的内部结构和动力电池的火灾特点，采取多样化的防控措施，如提升新能源汽车的产品质量安全，实现智能车载监控系统与智慧消防监管平台的信息共享，完善制定更加严格的安全标准和规范，细化充电桩的设置要求和强化充电桩消防安全管理，规范用车和科学保养等，以便新能源汽车在发生安全故障提醒及火灾事故时，能够及时预警，方便车主或厂家提前介入，有针对性地进行高效处置，大限度地减少新能源车汽车火灾事故的发生概率。

参考文献：

[1]吴志强，廖承林，李勇.新能源电动汽车消防安全现状与思考[J].消防科学与技术，2019，38（1）：148-151.

[2]吴忠华，李海宁.电动汽车的火灾危险性探讨[J].消防科学与技术，2014（11）：1340-1343.

[3]代旭日，何宁.锂电池火灾特点及处置对策[J].消防科学与技术，2016，35（11）：1616-1619.

[4]张得胜，张良，陈克，等.电动汽车火灾原因调查研究[J].消防科学与技术，2014（9）：1091-1093.

[5]柯锦城，杨旻，谢宁波，等.锂电池电动汽车灭火救援技术探讨[J].消防科学与技术，2017，36（12）：1725-1727.

[6]陈俭.新能源电动汽车火灾危险性分析及处置研究.

[7]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版

作者介绍：

任运业，男，安科瑞电气股份有限公司。