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　　安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
 

　　摘要：為提升新能源汽車消防安全管理水平，從充電樁自身故障、擅自改裝或加裝電氣設備等方面分析了新能源汽車著火的原因，闡述了新能源汽車發生火災的機理，提出了新能源汽車消防安全管理對策。
 

　　關鍵詞：新能源汽車；起火原因；機理分析；消防安全
 

　　0、引言
 

　　新能源產業是發展的重要方向。近年來，新能源汽車發展迅速，選擇使用新能源汽車的人越來越多。我國已成為新能源電動汽車大國，截至2022年底，我國共有機動車4.17億輛，而新能源汽車就有1310萬輛，同比增長67.13%純電動汽車達1045萬輛，占新能源汽車總數的79.78%。從規模看，我國已成為全球大的新能源汽車市場，產銷量連續8年穩居世界首wei。據統計，2022年我國新能源汽車產量為705.82萬輛，同比增長96.9%，2022年我國新能源汽車銷量688.7萬輛，同比增長93.4%，提前完成了《新能源汽車產業發展規劃(2021—2035年)》中設置的2025年的階段性目標，進入規模擴張的爆發期和全面市場化的拓展期。
 

　　在新能源汽車快速發展的同時，其消防安全狀況也面臨前suo未有的挑戰。據應急管理部消防救援局公布的2021年全國消防接處警與火災情況，2021年全國新能源汽車火災共發生3000余起。嚴峻的火災情況引起消費者的關注和擔憂，也給新能源汽車產業的持續安全發展帶來挑戰，加強安全保障已成為推動新能源汽車產業持續健康發展的當務之急和重中之重，強化新能源汽車消防安全已刻不容緩。
 

　　1、新能源汽車起火原因分析
 

　　新能源汽車起火，除了車輛自身在生產過程中存在的質量或電子元器件系統程序問題外，基本上都是所搭載的動力蓄電池起火，充電樁自身故障、新能源汽車發生碰撞或托底、擅自改裝或加裝電氣設備、涉水、長時間處于高溫熱環境、蓄電池單體內部短路等，均會導致新能源汽車發生火災或電池爆炸。具體原因有：
 

　　充電樁自身故障
 

　　充電樁在被汽車用戶廣泛接受的同時，充電場所的管理不到位，日常安全巡查監管缺失，充電樁電氣線路老化破損漏電，電壓、溫升監測設施不完善，對防水防腐蝕等措施不重視等問題也浮出水面。充電樁自身質量導致的故障問題成為引發火災的重要因素之一。充電樁在對新能源汽車充電過程中，由于充電樁自身質量問題引發火災后，火勢會沿著充電線路蔓延到新能源汽車的電池，使得電池內部發生反應和快速溫升，從而引發電池著火或爆炸。
 

　　碰撞和托底
 

　　新能源汽車大部分采用三元鋰電池作為動力蓄電池，三元鋰電池比磷酸鐵鋰電池有較強的續航能力，但磷酸鐵鋰電池的安全性能要比三元鋰電池高。在車輛發生碰撞時，外力會擠壓到動力蓄電池里面的單體電池，導致單體電池內部結構或隔膜受到損傷和破壞，造成正負極短路而著火或爆炸。此外，之前由于電池箱體采用的材質不同，部分采用的是鑄鐵材料，會有砂眼，車輛托底時，如果電池箱體剛好被撞擊或刮到，就會使其防護性能受到損傷或達不到等級，造成內部進水短路，發生自燃。還有公路上減速帶的影響，也會造成車輛的顛簸或托底，使電池系統的電路受損或松動造成接觸不良。
 

　　隨意加裝“增程寶”
 

　　現在市面上有很多“增程寶”之類的產品在售賣，號稱可用來增加混電動汽車的續航里程。電動汽車在生產制造時一般都要經過嚴格的檢驗和設定，加裝“增程寶”有可能會破壞原本的線束結構，造成線束防護等級受損。此外，“增程寶”的電池質量無法得到保證，極易出現自燃事故。加裝的電氣設備也是引發火災的一個原因。
 

　　水浸
 

　　新能源汽車的電池系統一般會有灰塵和浸水的防護等級要求，但電池箱體的密封裝置在長時間的風吹日曬和熱量的影響下，會有所老化或損壞，車輛在下雨天行駛過程中，由于過水電壓、溫升監測設施不完善，對防水防腐蝕等措施不重視等問題也浮出水面。充電樁自身質量導致的故障問題成為引發火災的重要因素之一。充電樁在對新能源汽車充電過程中，由于充電樁自身質量問題引發火災后，火勢會沿著充電線路蔓延到新能源汽車的電池，使得電池內部發生反應和快速溫升，從而引發電池著火或爆炸。
 

　　1.5高溫高熱環境
 

　　新能源汽車有散熱裝置，平時行駛過程中散熱系統正常工作，可以確保電池的熱量及時散發，但車輛熄火后，散熱系統就停止工作。若將車輛停放在溫度過高的地方，如夏天的水泥地，長時間停放會使新能源汽車底部的電池吸收大量的熱量，熱量積聚而又得不到及時散熱，也會引起電池熱失控導致火災。
 

　　1.6蓄電池單體內部短路
 

　　鋰離子電池在低溫環境中或大倍率充電過程中，當一些異常情況出現，如負極可嵌入的鋰離子余量不夠或充電機制不當等，就會有金屬鋰析出，這個過程不可逆，久而久之生成的金屬鋰會越來越多，尖銳的金屬鋰會刺穿電解質隔膜，造成蓄電池單體內部短路。此外，由于生產環境或操作等原因，蓄電池單體在生產過程中也會滲入一些雜質。當電池受到外力擠壓時，析鋰和這些雜質可能發生針刺，引起電池單體內部短路，產生的熱量集聚超過臨界點后就會引起熱失控，造成電池著火或爆炸。
 

　　2、新能源汽車發生火災的機理分析
 

　　從上述六類新能源汽車發生火災事故的原因來看，發生機理可概括成如下3類：
 

　　2.1電池自身火災事故的機理分析
 

　　新能源電動汽車電池發生火災或爆炸，內因是熱失控。熱失控是指鋰離子電池內部局部或整體的溫度急速上升，熱量不能及時散去，大量積聚在內部并誘發進一步的副反應。熱失控是一種劇烈、危害性高，常伴有電池“脹氣”甚至出現起火爆炸的過程。通常這類火災事故發生時，迅速而且破壞力大。熱失控的反應過程分為3個階段：一是熱引發階段。指電池受到機械碰撞或過充短路引起發熱，熱量積聚達到100℃左右的這個過程。二是熱加速階段。隨著熱量的集聚，溫度越來越高，會引起SEI膜分解，負極與電解液反應，隔膜閉孔。三是熱失控階段。單個電池的異常溫升，會影響周邊其他單體的連鎖反應，從而造成整個電池內部短路、正極材料分解，電解液開始分解，分解物還會與正極、負極發生反應，多種反應同時進行導致大量的熱量生成，后導致電芯膜破裂，電解液噴出，發生著火爆炸。中科大火災科學重點實驗室研究發現，如果電池的極耳溫度達到99℃，電池就可能達到起火的臨界狀態。
 

　　2.2車輛碰撞及電氣系統引起的火災機理分析
 

　　新能源車輛發生碰撞或者車輛的電氣系統發生故障也會引發火災。車輛碰撞時，有可能導致電池包的針刺或擠壓變形，從而引發電池熱失控，這種是外力的作用導致熱失控，著火機理與上文的機理一過程相似。但如果是電氣系統故障，如電機控制器和IGBT短路或浸水，就會導致車輛的電氣線路短路。
 

　　2.3充電設備引起的火災事故機理分析
 

　　充電樁設備本身的質量問題、管理不規范等也會導致正在充電的新能源汽車著火，充電樁對防水、防塵、防腐蝕、漏電和過充保護、通信程序指令的設置都有著嚴格的安裝和管理規定，電氣線路老化未檢修更換、監測反饋系統提示安全警告但沒有及時處理等都會終導致火災的發生。此外，新能源汽車電池充滿電后，充電過載保護系統反饋程序或設備出現故障，導致充電樁接收不到充電停止的指令，從而繼續充電導致電池熱失控。由過充引起的熱失控可能來自兩個方面：電流流過產生的熱量或者陰陽極發生的副反應產生的反應熱。鋰離子電池在使用過程中，充放電狀態SOC越高，熱失控的誘發溫度越低。在100%充放電狀態下，電池熱失控的誘發溫度在100℃左右，在50%充放電狀態下，溫度則要140℃左右才能誘發電池的熱失控。因此，充電樁自身質量問題或管理漏洞也會造成新能源汽車起火。
 

　　3、新能源汽車消防安全管理對策
 

　　確保新能源汽車更快更好發展符合的發展戰略和人民群眾的切身利益，解決新能源汽車的消防安全穩定性是bi不可少的關鍵一環。提升新能源汽車的消防安全水平，建議從以下幾個方面考慮：
 

　　3.1研發提升新能源汽車的產品質量安全
 

　　提升新能源汽車的產品質量安全是降低新能源汽車火災的源頭性課題，特別是要針對電池材料的安全性能進行突破性的改進，使其實用性能和品質、安全性得到顯著提升。各新能源汽車生產企業要從產品設計研發階段開始嚴格標準，注重產品質量，切實提升安全意識，充分考慮和反復驗證新能源汽車的電池、電路、電氣零部件等組成部分在整車處于正常運行或遇到惡劣環境過程中的協調可靠性、完整性和安全性。新能源汽車的安全性要在已有事故權wei調查結果分析基礎上，查找漏洞源頭，切實改進安全措施并充分驗證安全措施的可行性，杜絕隱患，確保wan無一失。如在科研項目中設置專項經費，研究新能源汽車在暴風雨、高溫、冰雪、霧霾、塵土、高原缺氧等惡劣環境下的熱導系統安全穩定性和受影響程度，汽車受特定力度在正面、后面、側面等不同方位撞擊或刮碰后，評判電池是否還具備安全穩定性，是否超過了溫升的標準和要求。此外，可以依據實驗條件，結合實際事故原因，建立安全事故預測模型，完善具體情形下的安全措施。
 

　　3.2實現智能車載監控系統與智慧消防監管平臺的信息共享
 

　　新能源汽車要堅持以預防為主的原則，完善配備智能化的車載全天候自動監控系統，保障車輛在關閉電源的情況下，也能實現對新能源汽車的安全狀態特別是電池的溫控情況進行實時監測，當監控系統監測到有異常情況時，應能迅速上報數據情況和報警信息到車企或電池廠商終端，同時也能及時預警，提醒告知駕駛員和車主本人進行車輛狀態檢查和維保。此外，車載監控系統平臺還應與智慧消防監管平臺進行有效對接，當新能源汽車作出安全警示判斷時，即可將該車輛的位置信息、車輛參數、異常情況同步傳輸到智慧消防監管平臺，為就近的消防救援力量提供手資料并制定有效的應急處置措施。
 

　　3.3制定更加嚴格的安全標準和規范
 

　　新能源汽車生產的各個環節嚴格執行新能源汽車的相關標準和規范，生產企業也熟悉并貫徹落實標準規范對新能源汽車各個分支類型各項指標的具體要求，將安全防護措施落實在各個組件和各個系統的設計生產環節中。針對技術落后、標準較低、安全性能得不到保障、不合時宜的標準規范條款，要組織全國的權wei專家和技術骨干在充分調研評估的基礎上進行修訂完善，出臺更加嚴格更加安全的標準和規范。
 

　　3.4細化充電樁的設置要求和強化充電樁消防安全管理
 

　　目前，社會上既有專門用于新能源車充電的集中充電場所，也有群眾自行在車庫或者私人場所安裝的充電樁，但散裝的充電樁基本與燃油汽車停放在一個區域，因此為了防止發生火災后火勢擴大，有條件的建筑物或者新建的建筑物可以考慮設置獨立的新能源汽車集中充電的區域，并完善配套出臺相應的法律法規和規章制度等，如視情考慮在地下停車庫設置新能源汽車獨立停放充電的防火分區。嚴格落實充電樁的過流、急停、充電槍插拔保護等措施，在充電樁上安裝聯網式電壓實時監測及溫升傳感警報裝置，當監測到電壓或溫度異常時，充電樁能自動斷電并同時向車主和監測終端發出警報[4]。此外，行業主管部門應督促、檢查、考評充電樁安裝企業或充電樁廠主是否建立充電樁定期巡查檢修制度，是否存在電氣線路老化、漏電、無設置溫升和電壓監測裝置、安全性能無保障等現象。
 

　　3.5完善責任追究機制
 

　　新能源汽車火災安全事故發生后，要嚴查火災事故原因，落實責任追究。相關安全事故主管部門要成立調查小組，對事故原因開展深入的延伸調查和分析，如原因涉及新能源汽車或電池生產廠商降低生產標準，質量把控不嚴，實驗條件弄虛作假等原因，要加大處罰力度，追究相關公司及責任人、管理人的刑事或行政責任，并及時將涉事企業在新聞媒體進行曝光，同時將企業和相關責任人員納入誠信懲戒體系。此外，還應將新能源汽車火災事故納入相關主管行業部門或協會對車企、電池廠商的年度考核或評價體系，并將其作為補貼發放的標準之一，進一步強化生產廠商的安全責任意識，倒逼企業從研發設計和生產過程等環節注重消防安全性能的提升。
 

　　3.6規范用車和科學保養
 

　　預防新能源汽車起火可以從用車和保養車的角度做起，一是在用車時避免暴力駕駛，暴力駕駛不利于電池的保養，會加劇電池的負荷，容易引起電池老化，導致電池散熱不均勻的情況，以致出現電池熱失控。二是不能隨意改裝或者加裝電器，這樣容易使線路出現短路。三是在充電方面，盡量選擇智能充電樁和慢充，避免使用快充，快充容易使電池內部出現過流、過充和過熱等情況。從保養車的角度來看，定期進行車輛的保養，檢查電池的使用狀況以及電控單元等，這樣可以提前排查安全隱患，降低起火的風險。
 

　　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
 

　　4.4.1 7KW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ARCM300T-Z-4G
 

產品功能：
 

　　1)電表由獨立的計量芯片進行電壓、電流、電能的計量；
 

　　2)LCD字段顯示，支持四按鍵編程；
 

　　3)支持470Mhz~510MhzLora無線通訊，頻道和擴頻因數可設置、支持RS485通訊，波特率1200bps-9600bps可設，奇偶校驗位可設、支持紅外通訊；
 

　　4)支持2G、NB、4G通過直接上傳平臺；
 

　　5)支持監測設備主動上報停上電信息；
 

　　6)支持穿刺夾取電、磁鋼取電等，滿足不斷電施工的技術要求；
 

　　7)支持標準的DIN35導軌安裝、安裝完成后可加裝鉛封蓋，防止私自拆卸；
 

　　8)支持全電力參數測量(U、I、P、Q、S、PF、F)，電壓及電流不平衡度，電壓電流相
 

　　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：
 

　　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：
 

故障派發中記錄了當前待派發的故障信息。如圖所示：
 

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
 

　　中國網.2022年我國機動車保有量達4.17億輛
 

　　央視網.應急管理部消防救援局公布2021年全國消防接處警與火災情況
 

　　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):148-150.
 

　　朱小彤.新能源電動汽車消防安全現狀與思考[J].新型工業化,2021,11(7):203-204.
 

　　黎子進.新能源汽車起火原因分析及消防安全管理對策.2096-1227(2023)11-0094-03.
 

　　安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版.
 

　　作者介紹：
 

　　作者簡介：任運業，男，安科瑞電氣股份有限公司。