如何防范新能源汽車火災構建安全高效充電站？
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易允恒
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：電氣設備發生火災事故的原因復雜多變，若是不及時對其原因進行綜合分析，將極易導致電氣設備再次出現此類問題，因此足夠有效的監督管理對策，將有助于避免此類事故的再次發生。
關鍵詞：電氣設備；火災；新能源汽車
0引言
據公安部交強險數據顯示:2022年全國新登記汽車數量為2323萬輛,新能源新登記汽車535萬輛,占全部新登記汽車的23.05%，且與上年相比增加了240萬輛，增速為81.48%。應急管理部消防救援局公布的2022年一季度交通工具火災數據顯示:各類交通工具火災1.9萬起,新能源汽車640起,同比上升32%;電動自行車火災3777起,同比上升35.9%。從數據中可以看出,隨著新能源汽車產量銷量日益雙增,其火災風險也不容忽視。
1新能源汽車火災安全風險分析
1.1電池系統過熱
電池系統技術是傳統燃油汽車走向新能源汽車產業轉型升級的關鍵核心技術，電池熱失控也是電動汽車起火的主因。目前，我國新能源汽車電池主要分為磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池、鈦酸鋰電池、三元材料電池、多元復合電池、鎳氫電池、超級電容器7種。鋰離子電池是*主要的新能源汽車動力電池。鋰離子電池具有高容量、高電壓和高放電率的優勢，它能滿足用戶對續航里程和零百加速的需求，但是其容易過熱、性能不穩定，電化學過程中不可避免地產生大量熱能，一旦電池熱失控，就可能導致火災和爆燃事故。
1.2充電作業不當
新能源汽車有部分起火事故是由過充引起的，如果充電樁沒有過充保護裝置，很容易導致起火，因為新能源汽車使用的電池都是通過串并聯成組工作，如果單個電池組在過充時發生熱失控，那么局部釋放產生的熱量就會向周圍擴散傳播，可能引起周圍電池組的熱失控，數干顆電芯間連鎖反應很容易造成電池組全面起火爆炸，釋放巨大能量。
1.3電器元件故障
新能源汽車的電能在汽車內部通過動力線束傳輸至各類電器元件，各種電子線路復雜繁多，這些電器元件、電子線路自身也是不穩定、不安全因素，一旦各種高低壓線束破皮導致短路、接觸電阻過大、電器元件單元失效等，極易導致短時間產生過多熱量，繼而引發起火。主要起火原因包括：燃油泵回油管設計及轉配失誤；空調輔助加熱元件沒有完全插人扣緊；電池模組內的電壓線速受到蓋板擠壓時表皮絕緣材料破損，引起電池包熱失控而起火等。
1.4外界因素觸發
隨著道路上新能源汽車數量不斷增加，其交通事故的發生頻次也越來越多,車輛行駛過程中一旦發生碰撞，瞬間摩擦起電，甚至產生火花，而電池組也會受到擠壓而受損、電池液外泄，極易發生火災和爆燃；新能源汽車的動力電池重量較重，一般安裝于車輛底部，當汽車涉水或進水時，動力電池可能會被淹沒，如果電池組的防水性能不高，容易造成充放電線短路，引起火災；汽車在使用過程中未能做到定期的維護和保養，長時間使用和私自改裝導致動力電池、電器元件未能及時檢修；電池鼓包、接插件失靈、材料老化等導致起火風險增加；城市道路和停車場周邊種植楊樹、柳樹，而大面積楊絮、柳絮堆積導致車輛火災等。
2新能源汽車火災事故防范措施
一旦新能源汽車發生火災事故，其具有燃燒速度快，容易蔓延；燃燒時會產生有害氣體，毒性大；燃燒熱值大，滅火難，存在復燃風險；對周邊物體造成較大的危害，存在爆炸風險等特征。
2.1健全補助政策體系
新能源汽車產業的高速發展，與和地方的政策傾斜、資金補貼息息相關，然而騙補問題時有發生。越來越多的汽車企業與資本涌人新能源汽車領域，補助政策也越來越需要落細、落小、落實。一方面需要引導車企注重產品屬性，合理利用政策支持、補助支撐,發揮市場需求優勢，強化自身產品質量，彌補產品工藝設計、產品結構性能等環節上存在的不足；另一方面要嚴厲打擊不良車企利用新能源汽車市場熱度，一味追求市場銷量，肆意炒作營銷、周顧產品質量的行為。
2.2強化數據信息賦能
2022年3月，應急管理部等五部門聯合印發了《關于進一步加強新能源汽車安全體系建設指導意見》，積極探索大數據驅動的數字化信息監管模式，有效推動新能源汽車全產業鏈、全生命周期安全管理。數據信息賦能汽車安全，一是建立預警機制，利用數據分析挖掘能力，充分發揮監測作用，排查隱惠車輛，提前識別新能源汽車狀態異常，當車輛達到火災安全風險觸發條件時，生產企業利用監控數據及時通過通知、車輛報警等方式提醒車主，盡快檢修維護，保障汽車安全行駛；二是提升產品質量，車企建立完備的可追溯生產信息化管理系統，利用大數據智慧型管控模式，在研發設計、生產制造、服務管理等領域建立全流程、專業化、場景化解決方案，提高產品在線檢測能力，保障產品質量；三是強化事后處置能力，企業應承擔新能源汽車安全一責任，對發生起火燃燒事故的，立即開展事故原因調查，及時上報事故信息，通過分析反饋產品質量信息，做出改進，以提供加優質的產品和服務。
2.3加強安全隱患排查
自2018年9月工信部發布《關于開展新能源客車安全隱惠專項排查工作的通知》以來，新能源汽車安全隱惠排查在覆蓋廣度、檢查深度、執行力度上均取得一定成績。新能源汽車下一步安全隱患排查工作的重點應當圍繞車輛動力電池、充電裝置、電器元件、高壓線束、防水保護、機械部件和汽車易損件等。對于城市公交、出租車、網約車等高強度使用的運營類車輛，應適當增加排查次數。同時，在安全隱患排查過程中，如果發現不滿足安全標準和行業安全標準，或者可能對人身、財產安全造成威脅的缺陷產品，應當嚴格落實缺陷產品召回制度，堅決讓具有安全隱患的問題產品在市場上無處藏身、銷聲匿跡。
2.4完善科技創新引領
新能源汽車產品和市場蓬勃發展的同時，不僅有起火風險的安全問題，也伴隨著電池系統的續航里程焦慮和充電設施的網絡覆蓋不夠等窘況，這些成了生產廠商的技術“瓶頸”。抓住這一輪新能源汽車發展機遇，加快技術創新和提升產品綜合質量，對我國汽車產業發展全局至關重要。目前，磷酸鐵鋰電池及鋰離子電池單體能量密度已經達到140Wh/kg、220Wh/kg，接近水平，但產能結構性過剩的問題仍然存在。我國新型材料、固態材料電池等新體系電池及原料電池研發投入不足，核心技術較為缺乏，成套自動化裝備水平不高。因此，應著力加快推進新能源汽車安全標準體系建設，加強核心關鍵技術攻關，以技術保安全，持續提高動力電池產品一致性、可靠性、能量密度、使用壽命和智能化制造水平，加大新型材料、固態材料電池等新體系電池的工程化研究，加快成套裝備和大規模智能制造技術的研發，不斷提升產品的綜合性能、生產效率和質量水平。
2.5強化市場消費理性
目前，新能源汽車產業整體發展還處于起步階段，“百花齊放”的品牌層出不窮，“大浪淘沙”的過程在所難免。必然會有一些注重品質、創新引領、追求卓越的車企成功地贏得消費者信任，乃至走出國門、走向世界，也必然會有一些車企無視產品質量、曦頭市場營銷、騙取政策補貼、售后推扯皮，甚至知錯不改、明知故犯，*終避免不了被吞并、破產和淘汰的命運。作為消費者，一方面需要“用腳投票”，高質量汽車即使高價，我們也能接受，低質量汽車哪怕低價，我們也不去購買。“用腳投票”原理不再是證券市場的名詞，在新能源汽車產品市場上也依然適用，當整體市場消費充分理性時，優勝劣汰的過程會倒逼生產廠家加大研發投人、提升生產效率、加強產品質量、優化售后服務；另一方面不能“因壹廢食”，新能源汽車是汽車強國必由之路、未來發展大勢所趨，我們需要與時俱進學習多新能源汽車專業知識，了解危險是預防危險、降低傷害的一步,及時對車輛作出科學的危險評估，公正客觀地對待新能源汽車安全問題，提高對新能源汽車的認知和安全意識。
3安科瑞AcrelCloud-9000充電站運營平臺
3.1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。
3.2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。
3.3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APP查看各處的運行情況。
3.4相關產品介紹
3.4.17KW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。
3.4.2直流充電樁系列
3.4.3電氣火災探測器ARCM300-Z
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名稱 |
圖片 |
功能 |
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電氣火災監控裝置 |
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三相（I、U、Kw、Kvar、Kwh、Kvarh、Hz、COSφ），視在電能、四象限電能計算，單回路剩余電流監測，4路溫度監測，2路繼電器輸出，2路開關量輸入，事件記錄，內置時鐘，點陣式LCD顯示，1路RS485/Modbus通訊，支持4G/NB等多種無線上傳方案，支持斷電報警上傳功能。 |
3.4.4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。
3.5平臺功能
3.5.1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
3.5.2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：
3.5.3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：
3.5.4能耗分析
在能耗分析中，可查看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：
3.5.5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：
3.5.6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：
3.5.7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：
4結語
綜上所述，隨著新能源汽車市場的快速增長，針對其火災滅火技術的研究具有至關重要的意義。其不僅關系到乘員和救援人員的生命安全，也關系到財產損失和環境保護。通過對各種滅火技術的研究應用，滅火劑、救援器材的合理選擇，才能為人民群眾和消防救援人員的生命安全提供有力的保障。
參考文獻
- 資帥，東川.淺談新能源汽車火災風險與防范。
- 陶樟濤，黃佳偉，新能源汽車火災滅火技術的研究，2023.
- 于虎娜,鞠彬彬,劉聰.電氣火災綜合防治及滅火對策[J].消防界(電子版),2022,8(12):79-80+83.DOI:10.16859/j.cnki.cn12-9204/tu.2022.12.037.
- 安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.5版
- 吳牧宇.新能源汽車火災風險與防范
