安科瑞 陳聰

摘要：近年來(lái),我國多項新能源汽車(chē)支持政策的出臺使得新能源汽車(chē)行業(yè)在我國發(fā)展態(tài)勢良好。但隨著(zhù)新能源汽車(chē)的大規模普及,動(dòng)力電池具有的不可避免的自反應放熱特性受到了廣泛關(guān)注,越來(lái)越多的新能源汽車(chē)火災事故也出現在大眾視野,該類(lèi)事故給消防救援部門(mén)帶來(lái)了一系列新挑戰。本文主要根據新能源汽車(chē)結構,深入分析了新能源汽車(chē)火災事故發(fā)生的原因及事故特點(diǎn),并有針對性地提出了新能源汽車(chē)火災可采取的幾點(diǎn)撲救措施,為應急救接工作的開(kāi)展提供參考。

關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē);火災;撲救措施

0、引言

經(jīng)過(guò)近幾年的“節能減排”,世界各國已經(jīng)達成了一個(gè)共識,那就是汽車(chē)新能源化是全球汽車(chē)發(fā)展的方向。據不統計，我國2021年新能源汽車(chē)銷(xiāo)量達到298.9萬(wàn)輛,同比增長(cháng)169.1%。隨著(zhù)我國新能源汽車(chē)銷(xiāo)量快速增長(cháng),保有量不斷提高,新能源汽車(chē)自燃、爆炸等安全事故頻頻發(fā)生，引起了社會(huì )的持續關(guān)注，也對消防應急管理和新能源汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展提出了巨大的挑戰。面對這些事故繼續沿用傳統燃油汽車(chē)火災的撲救經(jīng)驗已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際需要。相反，如果循規蹈矩，無(wú)異于“火上澆油”,甚至還可能讓人員生命受到威脅。因此，加強新能源汽車(chē)火災防控及撲救對策研究是很有必要的。

1、新能源汽車(chē)動(dòng)力源

新能源汽車(chē)是指采用新型動(dòng)力系統,主要依靠新型能源驅動(dòng)的汽車(chē)。目前我國主流的新能源汽車(chē)類(lèi)型主要包括:純電動(dòng)車(chē)、插電混合動(dòng)力汽車(chē)和燃料電池汽車(chē)。新能源汽車(chē)主要以鋰電池作為動(dòng)力源。按照正極材料不同分類(lèi),鋰電池主要分為:磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰、三元鋰,其特性如表1所示。

2、新能源汽車(chē)火災事故原因分析

2.1鋰電池熱失控

鋰電池熱失控是新能源汽車(chē)火災事故的主要原因。鋰電池熱失控是指由于各種原因使電池產(chǎn)生的熱量遠大于散發(fā)的熱量,導致熱量大量堆積從而引起電池燃燒甚至爆炸,同時(shí)伴有大量有害氣體產(chǎn)生。電池熱失控可以分為三個(gè)階段:一階段———電池內部熱失控階段。在這一階段,電池由于內部短路產(chǎn)生大量熱量,各類(lèi)離子和枝晶沉積在電解液中導致電池內阻增大,產(chǎn)熱進(jìn)一步增加,直至SEI膜分解。隨著(zhù)SEI膜的分解反應進(jìn)行,鋰離子又與電解液產(chǎn)生化學(xué)反應,直至隔膜分解,此時(shí)電池短路,電池內部溫度急劇上升。二階段———電池鼓包階段。該階段是電池熱失控的拐點(diǎn)階段,主要由于正極材料、粘結劑、電解液都在這一階段分解。三階段———電池熱失控,爆炸失效階段。由于電池內部電解液的分解產(chǎn)生大量易燃易爆氣體,讓電池體積不斷膨脹,壓力不斷上升,到達臨界點(diǎn)隨之發(fā)生爆炸

2.2鋰電池熱失控原因分析

內部產(chǎn)熱和外部濫用是電池熱失控的兩大觸發(fā)原因。

2.2.1外部濫用引發(fā)

一般情況下,由外部濫用引發(fā)鋰電池熱失控的原因有三個(gè),分別為機械濫用、電濫用、熱濫用。機械濫用是指鋰電池單體或電池組由于受到碰撞、擠壓、穿刺等外力作用下產(chǎn)生形變或不同位置發(fā)生相對位移造成電池內部短路。電濫用一般包括外短路、過(guò)充、過(guò)放幾種形式,其中過(guò)充電易導致鋰電池熱失控。熱濫用一般由于外部環(huán)境溫度過(guò)高或溫度控制系統失效所導致。局部過(guò)熱是發(fā)生在電池組中典型的熱濫用情況。以上三種外部濫用形式很少獨立存在,都是由其中某一種形式發(fā)展而來(lái),環(huán)環(huán)相扣,但終結果都是發(fā)生了熱失控。

2.2.2內部產(chǎn)熱引發(fā)

內部短路廣義上指由于各種原因導致電池正負極直接接觸的現象,根據接觸的面積不同,所造成的后果不同。若電池正負極接觸面積小,由內短路產(chǎn)生的熱量也較小,對電池的熱失控幾乎沒(méi)有影響,這種情況常見(jiàn)于電池的制造瑕疵、老化等,但隨著(zhù)時(shí)間的推移,電池內部殘余電解液逐漸增加,電池內阻減小,由內短路產(chǎn)生的熱量逐漸增加,引發(fā)熱失控的風(fēng)險則會(huì )大大提升。

2.3新能源汽車(chē)火災事故類(lèi)型分析

根據相關(guān)統計資料,純電動(dòng)車(chē)型是發(fā)生新能源火災事故多的車(chē)型。因過(guò)度充電、放電是導致新能源火災事故的一誘因,占總事故一半以上,其次為碰撞后和行駛中的自燃?？梢?jiàn)新能源汽車(chē)在靜置、行駛、充電狀態(tài)下均可能發(fā)生熱失控起火事故(見(jiàn)表2)。因此消防人員在處理事故時(shí)應針對不同情況采取相應措施,從而能夠快速處理事故,爭取救援時(shí)間。

2.4新能源汽車(chē)火災事故特點(diǎn)

鋰電池是新能源汽車(chē)區別于傳統燃油汽車(chē)的重要標志，同時(shí)也為人們帶來(lái)了新的火災防治特點(diǎn)。

2.4.1火災發(fā)生難預測

新能源汽車(chē)鋰電池的熱失控事故，按發(fā)生時(shí)間大致分為兩類(lèi),一是電池組受到碰撞、擠壓、穿刺等外力作用導致電池產(chǎn)生形變，從而短路發(fā)生熱失控，燃燒甚至爆炸,這類(lèi)事故往往發(fā)生的速度快,危害性高。二是由于車(chē)輛浸水、過(guò)充或電池老化導致電池組內部短路,產(chǎn)生緩慢的化學(xué)反應，且無(wú)法被汽車(chē)熱管理系統檢測，當超過(guò)臨界溫度即發(fā)生熱失控，這類(lèi)事故往往發(fā)生在車(chē)輛行駛中或靜置時(shí),難以被預測。

2.4.2火勢蔓延快、燃燒溫度高

新能源汽車(chē)鋰電池出現熱失控后，會(huì )在燃燒過(guò)程中釋放大量的*燃氣體，導致火勢快速蔓延，電池內溫度迅速升高。有相關(guān)部門(mén)通過(guò)實(shí)際測試，鋰電池內部燃燒溫度高能達到1000℃以上，遠遠超過(guò)普通汽油、柴油燃燒時(shí)的溫度。鋰電池在燃燒過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生大量可燃混合物并向周?chē)鷩姙R,噴射火焰的遠距離可以達到6m。因此當鋰電池電動(dòng)汽車(chē)發(fā)生火災時(shí)，容易對周邊環(huán)境和人員造成嚴重危害。

2.4.3火災有害氣體多

汽車(chē)在燃燒過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生大量有毒氣體,如一氧化碳、二氧化硫等,但新能源汽車(chē)與傳統汽車(chē)間大的區別是新能源汽車(chē)的鋰電池燃燒會(huì )額外產(chǎn)生氟化氫等多種有毒氣體,另外由于新能源汽車(chē)特性,搭載的電子元器件較多,一旦發(fā)生燃燒,也會(huì )產(chǎn)生大量有毒有害氣體,這些物質(zhì)均有不同程度的毒性,吸人會(huì )危害救援人員的身體健康。

2.4.4觸電風(fēng)險大

新能源汽車(chē)一般配備了高電壓大容量電池組，一些車(chē)型的驅動(dòng)電壓高達500V以上，火災發(fā)生時(shí)可能導致高壓電線(xiàn)裸露、接地,使車(chē)身帶電或在現場(chǎng)一定范圍內形成跨步電壓,若處理不當,更容易引起電池內部短路，不但會(huì )導致火勢進(jìn)一步加重，還有可能對消防救援人員造成電擊傷害。

2.4.5火災持續時(shí)間長(cháng)

由于鋰電池燃燒特性,在明火被撲滅后,電池內部仍可能持續升溫導致電池復燃。試驗發(fā)現處理新能源車(chē)輛火災事故所需的總用水量和所需時(shí)間都明顯大于傳統燃油車(chē)輛火災事故。因此應對新能源車(chē)輛火災事故對于消防人員的體力和裝備指揮調度提出了更嚴苛的要求。

3、安科瑞AcrelCloud-9000充電站運營(yíng)平臺

3.1平臺概述

安科瑞充電站運營(yíng)平臺依托物聯(lián)網(wǎng)、云計算、互聯(lián)網(wǎng)、大數據、AI等技術(shù)，對充電站配電系統的運行、電能消耗、電能質(zhì)量、充電安全和行為安全進(jìn)行實(shí)時(shí)監控和預警，為充電站的可靠、安全、經(jīng)濟運行提供保障，并及時(shí)切除安全隱患、避免電氣火災發(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(chē)—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(huì )和經(jīng)濟價(jià)值。

3.2適用場(chǎng)合

可廣泛應用于醫院、學(xué)校、酒店、體育場(chǎng)等公共建筑；商業(yè)廣場(chǎng)、產(chǎn)業(yè)園等綜合園區；企業(yè)、住宅小區等場(chǎng)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(wǎng)絡(luò )層和平臺層三個(gè)部分組成，詳細拓撲結構如下：

現場(chǎng)設備層：連接于網(wǎng)絡(luò )中的各類(lèi)傳感器，包括多功能電力儀表、汽車(chē)充電樁、電瓶車(chē)充電樁、電能質(zhì)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(wǎng)絡(luò )通訊層：包含現場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò )交換機等設備。智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現場(chǎng)設備層設備的數據，并可進(jìn)行規約轉換，數據存儲，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )把數據上傳至搭建好的數據庫服務(wù)器，智能網(wǎng)關(guān)可在網(wǎng)絡(luò )故障時(shí)將數據存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò )恢復時(shí)從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務(wù)器端數據不丟失。

平臺管理層：包含應用服務(wù)器和數據服務(wù)器，完成對現場(chǎng)所有智能設備的數據交換，可在PC端或移動(dòng)端實(shí)現實(shí)時(shí)監測充電站配電系統運行狀態(tài)、充電樁的工作狀態(tài)、充電過(guò)程及人員行為，并完成微信、支付寶在線(xiàn)支付等應用。

多功能電力儀表、汽車(chē)充電樁、電瓶車(chē)充電樁、電氣火災探測器、限流式保護器、智能插座可通過(guò)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(guò)RS485，攝像頭通過(guò)RJ45與智能網(wǎng)關(guān)通訊，再由智能網(wǎng)關(guān)通訊通過(guò)4G統一與平臺通訊。

限流式保護器既可以通過(guò)4G連接平臺，也可以通過(guò)RS485連接網(wǎng)關(guān)。

平臺搭建在客戶(hù)自己配置的服務(wù)器上。搭建完成之后，客戶(hù)可以在任意能聯(lián)網(wǎng)的地方，通過(guò)有權限的賬號登陸網(wǎng)頁(yè)以及手機APP查看各處的運行情況。

3.4相關(guān)產(chǎn)品介紹

3.4.17KW交流充電樁AEV-AC007D

產(chǎn)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(tài)監測、故障狀態(tài)監測、充電計量與計費以及充電過(guò)程的聯(lián)動(dòng)控制等。

2）智能計量：輸出配置智能電能表，進(jìn)行充電計量，具備完善的通信功能，可將計量信息通過(guò)RS485分別上傳給充電樁智能控制器和網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)平臺。

3）云平臺：具備連接云平臺的功能，可以實(shí)現實(shí)時(shí)監控，財務(wù)報表分析等等。

4）保護功能：具備防雷保護、過(guò)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(cháng)期使用并抵御復雜天氣環(huán)境。

6）適配車(chē)型：滿(mǎn)足國標充電接口，適配所有符合GB/T20234.2-2015國標的電動(dòng)汽車(chē)，適應不同車(chē)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，充分保障設備、車(chē)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

3.4.4限流式保護器ASCP200

產(chǎn)品功能：

1）短路保護：保護器實(shí)時(shí)監測用電線(xiàn)路電流，當線(xiàn)路發(fā)生短路故障時(shí)，能在150微秒內實(shí)現快速限流保護，并發(fā)出聲光報警信號；

2）過(guò)載保護：當線(xiàn)路電流過(guò)載且持續時(shí)間超過(guò)動(dòng)作時(shí)間（3~60秒可設）時(shí)，保護器啟動(dòng)限流保護，并發(fā)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(guò)高時(shí)，保護器實(shí)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，可以將數據發(fā)送到后臺監控系統，實(shí)現遠程監控。

3.5平臺功能

3.5.1首頁(yè)

平臺首頁(yè)顯示充電站的位置及在線(xiàn)情況，統計充電站的充電數據

3.5.2實(shí)時(shí)監控

1）充電站監控

可以按站點(diǎn)名稱(chēng)進(jìn)行篩選，顯示站點(diǎn)詳情、充電槍列表、統計訂單信息、故障記錄，點(diǎn)擊某個(gè)充電槍編號后在進(jìn)入充電槍監控頁(yè)面實(shí)時(shí)監測變壓器負荷（搭配ACM300T、ADW300），當負荷超過(guò)50%時(shí)，系統會(huì )限制新增開(kāi)始充電的充電樁的功率，降為50%，當變壓器負荷超過(guò)80%時(shí)，系統將不允許新增充電樁開(kāi)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(guò)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(tài)；可以對充電中的回路進(jìn)行手動(dòng)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(tài)，包括線(xiàn)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(xún)

故障查詢(xún)中記錄了登錄用戶(hù)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：

3.5.4能耗分析

在能耗分析中，可查時(shí)段關(guān)聯(lián)站點(diǎn)和關(guān)聯(lián)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(guān)時(shí)間內的故障數、故障狀態(tài)、故障類(lèi)型、趨勢分析以及故障列表。如圖所示：

3.5.6財務(wù)報表

在財務(wù)報表中，可根據時(shí)間查看關(guān)聯(lián)站點(diǎn)的財務(wù)數據。如圖所示：

3.5.7收益查詢(xún)

在收益查詢(xún)中，可查看總的收益統計、收益變化曲線(xiàn)圖、支付占比餅圖以及實(shí)際收益報表。如圖所示：

4、結語(yǔ)

綜上所述，要降低新能源汽車(chē)火災事故的概率，需要根據新能源汽車(chē)的內部結構和動(dòng)力電池的火災特點(diǎn)，采取多樣化的防控措施，如提升新能源汽車(chē)的產(chǎn)品質(zhì)量安全，實(shí)現智能車(chē)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(chē)和科學(xué)保養等，以便新能源汽車(chē)在發(fā)生安全故障提醒及火災事故時(shí)，能夠及時(shí)預警，方便車(chē)主或廠(chǎng)家提前介入，有針對性地進(jìn)行高效處置，大限度地減少新能源車(chē)汽車(chē)火災事故的發(fā)生概率。

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