淺談新能源電動汽車火災(zāi)分析——以電池熱失控問題為例

摘要：本文以新能源電動汽車火災(zāi)處置為核心研究內(nèi)容。鑒于“碳中和、碳達峰”政策的導(dǎo)向，新能源電動汽車在未來市場中將占據(jù)更大份額，伴隨而來的是火災(zāi)風險的不斷提升。文章深入探討了新能源電動汽車火災(zāi)的根源——電池熱失控問題，分析了充電樁平臺的安全性，并提出了提升充電安全性的措施。通過對充電站配電系統(tǒng)運行、電能消耗、電能質(zhì)量、充電安全及行為安全的實時監(jiān)控與預(yù)警，為充電站的穩(wěn)定、安全、高效運行提供了有力保障，有效保護了電池安全，及時消除了安全隱患，防止電氣火災(zāi)的發(fā)生，從而確保了人們的生命與財產(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)濟的綠色低碳轉(zhuǎn)型，國務(wù)院于2012年和2020年分別發(fā)布了《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）》，為新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展指明了方向，明確了純電驅(qū)動的戰(zhàn)略定位。在政策引領(lǐng)下，我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，產(chǎn)銷量和保有量均穩(wěn)居世界前列。據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會2022年一季度數(shù)據(jù)顯示，新能源汽車產(chǎn)量達129.3萬輛，銷量達125.7萬輛，同比分別增長1.4倍，占整個汽車市場的19.3%。預(yù)測到2030年，電動汽車保有量占比或?qū)⒏哌_50%，數(shù)量或達1億輛。隨著新能源汽車的普及，其火災(zāi)事故頻發(fā)，鑒于新能源汽車在火災(zāi)危險性、滅火機理及處置措施上的獨特性，需深入研究并采取有效措施，最大限度降低風險。

1、新能源汽車現(xiàn)狀

據(jù)消防救援局統(tǒng)計，2022年一季度，全國共發(fā)生電動自行車火災(zāi)4700起，新能源汽車火災(zāi)637起，同比分別增長35%和31.3%。新能源汽車火災(zāi)事故頻發(fā)，形勢嚴峻。新能源汽車按能量來源可分為純電動、混合動力和燃料電池三類。其中，純電動汽車因結(jié)構(gòu)簡單、能源利用率高而成為推廣重點；混合動力汽車作為過渡車型，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜；燃料電池汽車則因成本高昂、受資源限制，主要作為科研方向。因此，本文聚焦于新能源純電動汽車。電動汽車的動力主要來源于蓄電池，包括鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池等多種類型。其中，鋰電池因高能量密度和價格優(yōu)勢成為當前電動汽車的主要應(yīng)用方向，根據(jù)正極材料的不同，鋰電池又可分為錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池。純電動汽車與傳統(tǒng)燃油汽車的主要參數(shù)對比詳見表1。

表1：純電動汽車與傳統(tǒng)燃油汽車主要參數(shù)比較

2、電池熱失控深度剖析

新能源電動汽車火災(zāi)的根源在于電池熱失控。鋰電池經(jīng)歷制漿、涂膜、裝配、老化等一系列工序，其內(nèi)部質(zhì)量易受工藝環(huán)境、材料品質(zhì)、參數(shù)控制精確度及操作細致度等因素影響，從而產(chǎn)生如毛刺、錯位、粉塵附著、隔膜損傷等缺陷。這些缺陷可能導(dǎo)致電池在使用過程中因絕緣性能下降而引發(fā)短路，內(nèi)部熱量迅速累積，進而促使電解液氣化。若此過程未得到有效控制，電池內(nèi)部溫度將持續(xù)攀升，最終導(dǎo)致電池膨脹、破裂。一個電池的熱失控所釋放的能量，足以觸發(fā)周邊電池的連鎖熱失控反應(yīng)，最終釀成火災(zāi)甚至爆炸事故[3]。

2.1 熱失控的外部誘因

2.1.1 短路自燃

在極端外部條件，如高溫、潮濕或浸水環(huán)境下，電池易發(fā)生短路，當溫度超過130℃時，極易觸發(fā)熱失控并導(dǎo)致自燃。例如，2016年7月10日，深圳美拜電子廠的鋰電池高溫老化車間就因短路引發(fā)了爆炸。

2.1.2 過充風險

充電過程中，電池負極可能析出鋰結(jié)晶，過量充電時，鋰結(jié)晶的聚集會刺穿隔膜，形成微短路。隨著溫度持續(xù)升高，電解液氣化，大量熱量積聚，最終導(dǎo)致電池燃燒或爆炸，有時甚至在充電結(jié)束后的一段時間內(nèi)仍會發(fā)生。

2.1.3 碰撞影響

電動汽車在遭遇外部撞擊、擠壓等機械作用時，電池可能遭受穿刺或擠壓而短路。這種損傷可能立即引發(fā)燃燒或爆炸，也可能經(jīng)歷一段緩慢的熱失控過程后，才導(dǎo)致火災(zāi)。如雪弗蘭VOLT在側(cè)碰撞實驗中，車輛停放三周后突發(fā)火災(zāi)[4]。

2.1.4 回收拆解挑戰(zhàn)

目前，電池回收拆解工藝復(fù)雜且技術(shù)尚不成熟，易引發(fā)廢鋁錠產(chǎn)氫自燃或電解液起火等事故。隨著新能源電動汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，待回收電池數(shù)量激增，亟需優(yōu)化回收工藝，提升本質(zhì)安全水平。

2.2 電動汽車火災(zāi)的特有風險

電動汽車火災(zāi)不僅涉及車內(nèi)可燃物的燃燒，還需考慮電池組熱失控的潛在影響，以及高壓組件帶來的危險。電池組通常位于車輛隱蔽位置，早期火情難以察覺，且火勢蔓延迅速，持續(xù)時間長，易引發(fā)爆炸、觸電、中毒等嚴重后果。電池燃燒具有獨特性，易發(fā)生復(fù)燃。

2.2.1 觸電風險

火災(zāi)發(fā)生時，系統(tǒng)可能失靈，導(dǎo)致車輛未熄火斷電或高壓系統(tǒng)未切斷。若滅火操作中未采取適當防護措施，或破拆救人時未偵察電池系統(tǒng)位置，均可能誤觸高壓組件而觸電。

2.2.2 爆炸威脅

電池熱失控時，可燃性電解液蒸氣和有機小分子氣體迅速噴出，與殼壁摩擦產(chǎn)生的熱量足以點燃低閃點氣體。當進入熱失控狀態(tài)的電池數(shù)量足夠多時，可燃氣體大量積聚，達到爆炸極限即會引發(fā)爆炸[5]。

3、工作建議

鑒于新能源電動汽車火災(zāi)的特殊性，對消防員的滅火處置工作提出了更高要求。應(yīng)加強相關(guān)業(yè)務(wù)理論學(xué)習(xí)，開展實戰(zhàn)場景訓(xùn)練，提升應(yīng)對處置能力，確保安全。

（1）深化業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)，開展針對性訓(xùn)練。在日常學(xué)習(xí)中融入新能源電池知識，邀請專家授課，并結(jié)合偵察檢測、安全防護、冷卻保護等科目開展實戰(zhàn)訓(xùn)練，確保有效應(yīng)對各類警情。

（2）提高防護意識，掌握避險技能。通過相關(guān)平臺，利用限流式保護器等設(shè)備提升充電安全，實時監(jiān)測電池狀態(tài)，保障人員安全。同時，對充電站配電系統(tǒng)的運行、電能消耗、電能質(zhì)量、充電安全和行為安全進行實時監(jiān)控和預(yù)警，確保充電站的安全、可靠、經(jīng)濟運行，及時消除安全隱患，防止電氣火災(zāi)發(fā)生。

（3）強化協(xié)同作戰(zhàn)，建立聯(lián)動機制。新能源汽車火災(zāi)的處置需要消防、電力、汽車廠商等多部門協(xié)同合作。應(yīng)建立健全信息共享和應(yīng)急響應(yīng)機制，確?；馂?zāi)發(fā)生后能夠迅速集結(jié)各方力量，形成合力，高效處置。同時，加強跨地域、跨部門的聯(lián)合演練，提升協(xié)同作戰(zhàn)能力。

（4）推動技術(shù)創(chuàng)新，提升防控水平。鼓勵和支持科研機構(gòu)、企業(yè)加大對新能源汽車火災(zāi)防控技術(shù)的研發(fā)力度，特別是在電池熱失控預(yù)警、快速滅火技術(shù)、智能充電系統(tǒng)等方面取得突破。通過技術(shù)創(chuàng)新，提高火災(zāi)預(yù)防和應(yīng)急處置的效率，降低火災(zāi)發(fā)生的風險和損失。

（5）加強公眾教育，提升安全意識。新能源汽車的普及需要廣大公眾的廣泛參與和支持。應(yīng)加大對新能源汽車安全使用的宣傳力度，提高公眾對電池熱失控、充電安全等問題的認識，引導(dǎo)用戶規(guī)范使用新能源汽車，減少因操作不當引發(fā)的火災(zāi)事故。同時，加強學(xué)校、社區(qū)等場所的消防安全教育，提升全民消防安全素質(zhì)。

綜上所述，針對新能源電動汽車火災(zāi)的嚴峻形勢，我們需要從多個方面入手，采取綜合措施，提升火災(zāi)預(yù)防和應(yīng)急處置能力，確保新能源汽車產(chǎn)業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展，保障人民群眾的生命財產(chǎn)安全。通過不斷深化研究、加強技術(shù)創(chuàng)新、完善管理機制和提升公眾安全意識，我們定能有效遏制新能源汽車火災(zāi)事故的發(fā)生，為構(gòu)建綠色低碳的和諧社會貢獻力量。

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(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)的運行、電能消耗、電能質(zhì)量、充電安全和行為安全進行實時監(jiān)控和預(yù)警，為充電站的可靠、安全、經(jīng)濟運行提供保障，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，詳細拓撲結(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APP查看各處的運行情況。

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、控制與保護的功能，如運行狀態(tài)監(jiān)測、故障狀態(tài)監(jiān)測、充電計量與計費以及充電過程的聯(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(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：滿足國標充電接口，適配所有符合GB/T20234.2-2015國標的電動汽車，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

名稱	圖片	功能
電氣火災(zāi)監(jiān)控裝置		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(jiān)測，4路溫度監(jiān)測，2路繼電器輸出，2路開關(guān)量輸入，事件記錄，內(nèi)置時鐘，點陣式LCD顯示，1路獨立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。

4.4.4限流式保護器ASCP200

產(chǎn)品功能：

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

2）過載保護：當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，保護器啟動限流保護，并發(fā)出聲光報警信號；

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

4）組網(wǎng)通訊：保護器具有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入充電槍監(jiān)控頁面實時監(jiān)測變壓器負荷（搭配ACM300T、ADW300），當負荷超過50%時，系統(tǒng)會限制新增開始充電的充電樁的功率，降為50%，當變壓器負荷超過80%時，系統(tǒng)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(tǒng)計當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，可查看指定時段關(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，為減少新能源汽車火災(zāi)事故的發(fā)生率，我們需依據(jù)新能源汽車的內(nèi)部構(gòu)造及動力電池的火災(zāi)特性，采取多元化的預(yù)防措施。這包括提升新能源汽車的產(chǎn)品質(zhì)量，確保安全可靠；實現(xiàn)智能車載監(jiān)控系統(tǒng)與智慧消防監(jiān)管平臺的無縫對接，實現(xiàn)信息共享；制定并執(zhí)行更為嚴苛的安全標準和規(guī)范；細化充電樁的布局要求，并加強充電樁的消防安全管理工作；同時，倡導(dǎo)規(guī)范用車行為，鼓勵科學(xué)保養(yǎng)。如此一來，當新能源汽車出現(xiàn)安全故障預(yù)警或發(fā)生火災(zāi)事故時，能夠迅速發(fā)出警報，便于車主或廠商及時響應(yīng)，采取有針對性的高效處置措施，從而最大限度地降低新能源汽車火災(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

安科瑞汪洋/汪小姐/汪女士（銷售專員）聯(lián)系方式：18702106706

審核編輯 黃宇