安科瑞 陳聰

摘要：我國汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)銷(xiāo)量實(shí)現了多年的穩定增長(cháng)，新能源汽車(chē)發(fā)展態(tài)勢良好。由前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《中國電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)市場(chǎng)需求預測與投資戰略規劃分析報告》研究顯示：在我國新能源汽車(chē)市場(chǎng)，電動(dòng)汽車(chē)已經(jīng)占據了地位，面對近年來(lái)電動(dòng)車(chē)火災事故頻發(fā)的現實(shí)，其安全問(wèn)題也日益凸顯，新能源車(chē)本身的安全問(wèn)題和停放場(chǎng)所的安全問(wèn)題，成為了我們研究的對象。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；電池熱失控；火災及滅火；停車(chē)場(chǎng)

前言

電動(dòng)汽車(chē)在行駛、撞擊、充電等多方面存在電池熱失控火災風(fēng)險，而停放場(chǎng)所電動(dòng)車(chē)自然現象也常見(jiàn)報道。新能源汽車(chē)電池起火與傳統燃油車(chē)的滅火方式存在本質(zhì)上的不同，給滅火救援帶來(lái)困難，而且新能源汽車(chē)燃燒劇烈的程度和燃燒的危害程度超出了常規，因此，有效應對電動(dòng)汽車(chē)在熱失控引發(fā)導致的火災問(wèn)題，特別是停車(chē)充電場(chǎng)所新能源車(chē)爆燃安全問(wèn)題更迫切需要得到重視。應對室外電動(dòng)汽車(chē)充電火災，本文探討增設室外集中充電停車(chē)場(chǎng)所消防噴淋設施的措施。

一、電動(dòng)汽車(chē)火災特點(diǎn)

純電動(dòng)汽車(chē)車(chē)輛結構、動(dòng)力來(lái)源和驅動(dòng)方式與燃油汽車(chē)不同，動(dòng)力電池包電壓高，能量密度大，高壓線(xiàn)束分布廣，事故突發(fā)性強，不可控性大，易引發(fā)除事故車(chē)本身之外的火災、爆炸等連鎖反應，火災危險性明顯高于傳統的燃油汽車(chē)。

電動(dòng)汽車(chē)的電池起火快，易爆燃，一旦起火，一般都會(huì )火勢猛烈，燃燒持續時(shí)間長(cháng)，而常規滅火器也很難撲滅。動(dòng)力電池發(fā)生火災，具有火點(diǎn)隱蔽難控和可燃氣體噴射火等多種燃燒形態(tài)，火勢蔓延迅速、火焰溫度高，火災撲救技術(shù)要求高，這讓消防救援技術(shù)面臨新的考驗。

電池火災事故潛在危險性大，燃燒產(chǎn)生大量有毒有害、易燃易爆氣體，伴隨觸電、爆炸、中毒、灼傷和腐蝕等危險，安全防護要求高，警戒范圍大，導致現場(chǎng)處置風(fēng)險很高。

新能源汽車(chē)發(fā)展迅速，傳統室外停車(chē)場(chǎng)安全設施不足，駕駛人員對新能源車(chē)爆燃的特性認識不足，停車(chē)場(chǎng)管理人員對它的安全應急處置措施有限。

二、電動(dòng)汽車(chē)起火的原因分析

1充電起火：電動(dòng)汽車(chē)在充電時(shí)，電池內部可能產(chǎn)生過(guò)多的熱量和氣體，進(jìn)而引發(fā)火災。這可能是由于充電器故障、電池故障、電路問(wèn)題或使用不當的充電器等因素引起的。此外，使用低質(zhì)量的充電設備也會(huì )增加起火的風(fēng)險。

2高溫起火：電池內部溫度過(guò)高是引發(fā)火災的一個(gè)新的因素。除了充電過(guò)度導致高溫引發(fā)爆燃外，過(guò)度放電、內部短路或外部因素也是事故多發(fā)的原因。高溫的停放環(huán)境或長(cháng)時(shí)間高強度行駛后，同樣會(huì )導致電池內部化學(xué)反應失控，產(chǎn)生高熱量和可燃氣體，進(jìn)而引發(fā)火災。

3碰撞起火：當車(chē)輛發(fā)生碰撞時(shí)，電池可能會(huì )受到損壞，導致電池內部化學(xué)反應失控，產(chǎn)生大量熱量和氣體，進(jìn)而引發(fā)火災。此外，碰撞還可能導致電池與其他部件短路，起火亦不可預測。

4電池損傷起火：電池在使用過(guò)程中可能會(huì )遭受撞擊、擠壓或損壞，這些情況會(huì )導致電池內部短路或電*直接接觸，它引發(fā)電池熱失控隨時(shí)可能發(fā)生。

5電池老化起火：隨著(zhù)電池使用時(shí)間的增加，電池會(huì )出現老化、膨脹、變形等現象，這些現象都會(huì )導致電池內部結構變化，使電池熱失控的風(fēng)險增加。據統計，充電起火占據電動(dòng)汽車(chē)起火地位，在集中的停車(chē)充電場(chǎng)所，一臺電動(dòng)汽車(chē)發(fā)生火災后，可能引燃周邊其他車(chē)輛，這種連鎖反應往往導致的災害更加嚴重，所以關(guān)注停車(chē)充電場(chǎng)所的電動(dòng)汽車(chē)火災防控更具有現實(shí)意義。

三、電池熱失控的危害

目前，我國大部分電動(dòng)汽車(chē)都采用鋰電池。在鋰離子電池發(fā)生熱失控時(shí)，會(huì )產(chǎn)生大量可燃和有毒氣體。根據國內研究機構的報告，有毒氣體主要包括一氧化碳（CO）、氧化氮（NO）、氟化氫（HF）、二氧化硫（SO2）、氯化氫（HCl）和氰化氫（HCN）。而易燃易爆氣體則包括氫氣（H2）和甲烷（CH4）等［1-3］。易燃易爆氣體的爆炸性很強，爆炸下限為4.83%，爆炸上限達到73.77%［1］。當鋰離子電池發(fā)生熱失控時(shí)，除了產(chǎn)生熱量外，還會(huì )產(chǎn)生易燃易爆氣體，導致電池內部氣壓升高。一旦氣壓超過(guò)一定限度，電池表層就會(huì )破裂，并向外噴射氣體以釋放壓力。電動(dòng)汽車(chē)火災中會(huì )釋放大量有毒氣體，其中，氟化氫有毒氣體是鋰離子電動(dòng)汽車(chē)燃燒與燃油汽車(chē)燃燒釋放氣體的區別［2］。然而，這種嚴重的污染對人的健康和環(huán)境的影響尚未納入專(zhuān)家的研究范圍。當電池的放熱溫度較高時(shí)（研究表明熱失控電池內部溫度可達1000℃），噴射出的氣體很容易被點(diǎn)燃，從而引發(fā)射流火現象。當狹小空間內存在多個(gè)電池時(shí)，單個(gè)電池的熱失控可能導致其他電池的溫度上升，進(jìn)而引發(fā)連鎖反應。這種多米諾骨牌效應會(huì )疊加能量，使燃燒迅速蔓延，人們應對的時(shí)間非常有限。在國內的實(shí)驗研究中，發(fā)現單片（單個(gè)電池模塊）或少量電池熱失控過(guò)程中的化學(xué)能與燃燒熱之和分別為其儲存電能的3～4倍。電池熱失控過(guò)程包括電池膨脹、射流火和穩定燃燒等階段。在熱失控過(guò)程中，充電狀態(tài)（SOC）位100%時(shí)的電池火焰溫度可達1500℃，且高SOC的電池具有更高的火災危險性。高SOC的電池在相同熱源下具有更短的熱失控觸發(fā)時(shí)間和更劇烈的燃燒現象。面對新能源汽車(chē)一旦爆燃就無(wú)法解決的問(wèn)題，事故車(chē)環(huán)境危害方面的研究相對有限。這些都給新能源車(chē)火災事故時(shí)，空間換安全提出了更高的要求。

1. 現有滅火器對新能源車(chē)電池火災作用有限

我國目前主流滅火器種類(lèi)及使用要求如下：

1水基型滅火器：能迅速降低火場(chǎng)溫度，隔離氧氣來(lái)進(jìn)行滅火，適用于撲滅A類(lèi)火災。

2干粉式滅火器：主要通過(guò)化學(xué)來(lái)進(jìn)行滅火的，同時(shí)也可起到隔絕氧氣，進(jìn)而窒息滅火，適用撲救A類(lèi)、B類(lèi)、C類(lèi)火災。

3二氧化碳滅火器：二氧化碳滅火器一是窒息作用，二是冷卻作用，適用撲滅A類(lèi)。

4潔凈氣體滅火器：潔凈氣體滅火器中的滅火劑與火焰接觸時(shí)發(fā)生一系列物理、化學(xué)反應，使燃燒中斷，適用于B類(lèi)、C類(lèi)火災以及E類(lèi)的初期火災。結合新能源車(chē)熱失控機理，我們認為，面對不需要氧氣參與的持續劇烈燃爆，目前這些滅火劑都不能有效阻止電池內部的化學(xué)反應。事故發(fā)生后如何防止火災的擴大蔓延和有效止損才是我們應該關(guān)注的問(wèn)題。因此，對停車(chē)場(chǎng)所重新進(jìn)行安全設計與安全配置才是我們現在要做的工作。涉及到健康產(chǎn)品的企業(yè)更應該積極參與研究。

1. 空曠場(chǎng)地上電動(dòng)汽車(chē)電池熱失控的常規操作

因為電池熱失控整個(gè)過(guò)程不需要氧氣，就能持續放熱及噴射易燃易爆氣體，造成目前*世界尚未找到有效的滅火劑；傳統上的滅火劑的滅火機理都是通過(guò)降溫、窒息（隔絕氧氣）、化學(xué)抑*等手段；常規的降溫也不能有效阻止電池熱失控持續釋放能量。消防研究基金會(huì )進(jìn)行的燃燒試驗表明，除非可充電電池被充分冷卻，熱失控過(guò)程被停止，否則，鋰離子電池*易發(fā)生復燃。對此，中國汽車(chē)工程學(xué)會(huì )團體標準T/CSAE84-2018《電動(dòng)汽車(chē)火災事故救援規程》規定：當高壓電池著(zhù)火時(shí)應使用大量、持續的水滅火。廣東省的《電動(dòng)汽車(chē)充電基礎設施建設技術(shù)規程》、河北省的《電動(dòng)汽車(chē)充電站消防安全技術(shù)標準》等多個(gè)地方標準都規定：滅火器宜采用水基型手提式滅火器；在充電基礎設施附近，宜增加配置滅火劑充裝量不小于60L的推車(chē)式水基型滅火器或推車(chē)式水噴霧滅火器。2022年3月12日至13日，清華合肥院聯(lián)合海南省消防救援總隊、安徽省消防救援總隊、中國科技大學(xué)火災科學(xué)國家實(shí)驗室、合肥科大立安安全技術(shù)有限責任公司等單位，在合肥市開(kāi)展了全尺寸電動(dòng)汽車(chē)燃燒實(shí)驗。實(shí)驗結果表明，電池艙需要大量冷卻液冷卻防止復燃［3］。

特斯拉的應急救援手冊中對電動(dòng)汽車(chē)電池火災作出明確規定：如果高電壓電池在火災中彎曲、扭曲、損壞，滅火時(shí)消防用水要有足夠的量。常規滅火劑可熄滅電池的明火，但目前并沒(méi)有一種適用于所有外部環(huán)境、電池狀態(tài)，以及電池材料的滅火劑［4］。研究表明，水仍然是目前有效的抑制劑，可以撲滅火焰并冷卻電池。在未來(lái)，更多的電動(dòng)汽車(chē)和充電站也應該具備更好的消防系統。

1. 室外充電場(chǎng)所安裝自動(dòng)噴水滅火系統的可行性

電池熱失控新的應對措施未研發(fā)出來(lái)前，采用持續水降溫是個(gè)阻止電池熱失控放緩或停止發(fā)生的有效辦法。因此，改造傳統停車(chē)場(chǎng)所，適應新能源車(chē)安全的新型停車(chē)場(chǎng)所應該是我們亟待解決的問(wèn)題。在設備配置上，對地上電動(dòng)汽車(chē)集中停放充電場(chǎng)所安裝自動(dòng)噴水系統，持續用水對起火電動(dòng)汽車(chē)降溫阻止電池熱失控放緩或停止是可行的，也是經(jīng)濟有效的。當室外電動(dòng)汽車(chē)停車(chē)充電場(chǎng)所安裝了消防自動(dòng)噴水系統時(shí)，當充電汽車(chē)起火時(shí)，通過(guò)感煙或感溫探測器的信號反饋，噴頭開(kāi)啟并開(kāi)始自動(dòng)噴水滅火。自動(dòng)噴水系統在電動(dòng)汽車(chē)熱失控火災時(shí)能夠體現多方面的優(yōu)勢：一是滅火時(shí)不需要大量人員就可自動(dòng)持續完成滅火任務(wù)，從根本上提高了滅火效率；二是滅火迅速，電池熱失控時(shí)，提前有效控制火災擴大蔓延，避免損失進(jìn)一步擴大，降低了環(huán)境污染；三是不存在救援人員的觸電、中毒、灼傷等一系列安全風(fēng)險；四是滅火可不需要專(zhuān)業(yè)的消防隊伍支援，節約了人力物力資源。

七、安科瑞智慧消防云平臺

1平臺概述

安科瑞智慧消防云平臺依托物聯(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、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。

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組網(wǎng)架構

平臺采用分層分布式結構，主要由終端感知設備、邊緣計算網(wǎng)關(guān)和能效管理平臺層三個(gè)部分組成，詳細拓撲結構如下：

4參考選型

5相關(guān)產(chǎn)品介紹

5.1 7KW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/T 20234.2-2015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。

5.2 直流充電樁系列

5.3電氣火災探測器ARCM300-Z

5.4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。

6平臺功能

6.1 登錄

6.2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

6.3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：

6.4 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：

6.5能耗分析

在能耗分析中，可查看時(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：

6.6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：

6.7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：

6.8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：

7案例實(shí)景

八、結語(yǔ)

室外停車(chē)充電場(chǎng)所電池熱失控早期現場(chǎng)人員可用干粉滅火器進(jìn)行應急噴灑撲救，一旦電池發(fā)生熱失控，車(chē)上及周邊人員應盡快撤離起火災車(chē)輛現場(chǎng)，確保人身安全。室外集中停車(chē)充電場(chǎng)所電動(dòng)汽車(chē)電池熱失控后，室外充電場(chǎng)所使用消防噴淋系統對起火電動(dòng)汽車(chē)持續進(jìn)行冷卻，可以防止火災蔓延擴大，且是目前可行和有效的措施。

參考文獻

［1］陳欽佩,王學(xué)輝,米文忠.電動(dòng)汽車(chē)鋰離子電池系統熱失控氣體毒害及爆炸特性研究[J].儲能科學(xué)與技術(shù),2023,12(7):2256-2262.

［2］楊曉菡,張怡,鄧玲,等.鋰離子電池汽車(chē)全尺寸火災試驗研究進(jìn)展綜述[J].消防科學(xué)與技術(shù),2024,43(1):29-33.

［3］清華大學(xué)合肥公共安全研究院.清華合肥院組織開(kāi)展電動(dòng)汽車(chē)消防安全關(guān)鍵技術(shù)交流會(huì )議暨電動(dòng)汽車(chē)燃燒實(shí)驗[EB/OL].(2024-05-02)[2023-04-24]

［4］賈子潤,王震坡,王秋詩(shī),等.新能源汽車(chē)動(dòng)力電池熱失控機理和安全風(fēng)險管控方法的研究[J].汽車(chē)工程,2022,44(11):1689-1705.

［5］朱明生，李培，楊浩，程麗.室外集中停車(chē)充電場(chǎng)所電動(dòng)汽車(chē)火災滅火探究.湖北中煙工業(yè)有限責任公司廣水卷煙廠(chǎng)，湖北廣水432799

[6]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2019.11版