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份额，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位。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全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，易引发爆炸、触电、中毒等风险，且电池燃烧具有性，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，可查看指定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：

翟雪玲，女，安科瑞电气股份有限公司，主要从事汽车电气火灾的研发与应用。