安科瑞 陳聰

摘要：我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)銷量實(shí)現(xiàn)了多年的穩(wěn)定增長(zhǎng)，新能源汽車發(fā)展態(tài)勢(shì)良好。由前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《中國(guó)電動(dòng)汽車行業(yè)市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》研究顯示：在我國(guó)新能源汽車市場(chǎng)，電動(dòng)汽車已經(jīng)占據(jù)了地位，面對(duì)近年來(lái)電動(dòng)車火災(zāi)事故頻發(fā)的現(xiàn)實(shí)，其安全問題也日益凸顯，新能源車本身的安全問題和停放場(chǎng)所的安全問題，成為了我們研究的對(duì)象。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；電池?zé)崾Э?；火?zāi)及滅火；停車場(chǎng)

前言

電動(dòng)汽車在行駛、撞擊、充電等多方面存在電池?zé)崾Э鼗馂?zāi)風(fēng)險(xiǎn)，而停放場(chǎng)所電動(dòng)車自然現(xiàn)象也常見報(bào)道。新能源汽車電池起火與傳統(tǒng)燃油車的滅火方式存在本質(zhì)上的不同，給滅火救援帶來(lái)困難，而且新能源汽車燃燒劇烈的程度和燃燒的危害程度超出了常規(guī)，因此，有效應(yīng)對(duì)電動(dòng)汽車在熱失控引發(fā)導(dǎo)致的火災(zāi)問題，特別是停車充電場(chǎng)所新能源車爆燃安全問題更迫切需要得到重視。應(yīng)對(duì)室外電動(dòng)汽車充電火災(zāi)，本文探討增設(shè)室外集中充電停車場(chǎng)所消防噴淋設(shè)施的措施。

一、電動(dòng)汽車火災(zāi)特點(diǎn)

純電動(dòng)汽車車輛結(jié)構(gòu)、動(dòng)力來(lái)源和驅(qū)動(dòng)方式與燃油汽車不同，動(dòng)力電池包電壓高，能量密度大，高壓線束分布廣，事故突發(fā)性強(qiáng)，不可控性大，易引發(fā)除事故車本身之外的火災(zāi)、爆炸等連鎖反應(yīng)，火災(zāi)危險(xiǎn)性明顯高于傳統(tǒng)的燃油汽車。

電動(dòng)汽車的電池起火快，易爆燃，一旦起火，一般都會(huì)火勢(shì)猛烈，燃燒持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，而常規(guī)滅火器也很難撲滅。動(dòng)力電池發(fā)生火災(zāi)，具有火點(diǎn)隱蔽難控和可燃?xì)怏w噴射火等多種燃燒形態(tài)，火勢(shì)蔓延迅速、火焰溫度高，火災(zāi)撲救技術(shù)要求高，這讓消防救援技術(shù)面臨新的考驗(yàn)。

電池火災(zāi)事故潛在危險(xiǎn)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(xiǎn)，安全防護(hù)要求高，警戒范圍大，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)處置風(fēng)險(xiǎn)很高。

新能源汽車發(fā)展迅速，傳統(tǒng)室外停車場(chǎng)安全設(shè)施不足，駕駛?cè)藛T對(duì)新能源車爆燃的特性認(rèn)識(shí)不足，停車場(chǎng)管理人員對(duì)它的安全應(yīng)急處置措施有限。

二、電動(dòng)汽車起火的原因分析

1充電起火：電動(dòng)汽車在充電時(shí)，電池內(nèi)部可能產(chǎn)生過多的熱量和氣體，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)。這可能是由于充電器故障、電池故障、電路問題或使用不當(dāng)?shù)某潆娖鞯纫蛩匾鸬摹４送?，使用低質(zhì)量的充電設(shè)備也會(huì)增加起火的風(fēng)險(xiǎn)。

2高溫起火：電池內(nèi)部溫度過高是引發(fā)火災(zāi)的一個(gè)新的因素。除了充電過度導(dǎo)致高溫引發(fā)爆燃外，過度放電、內(nèi)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(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度行駛后，同樣會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)失控，產(chǎn)生高熱量和可燃?xì)怏w，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)。

3碰撞起火：當(dāng)車輛發(fā)生碰撞時(shí)，電池可能會(huì)受到損壞，導(dǎo)致電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)失控，產(chǎn)生大量熱量和氣體，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)。此外，碰撞還可能導(dǎo)致電池與其他部件短路，起火亦不可預(yù)測(cè)。

4電池?fù)p傷起火：電池在使用過程中可能會(huì)遭受撞擊、擠壓或損壞，這些情況會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部短路或電*直接接觸，它引發(fā)電池?zé)崾Э仉S時(shí)可能發(fā)生。

5電池老化起火：隨著電池使用時(shí)間的增加，電池會(huì)出現(xiàn)老化、膨脹、變形等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象都會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，使電池?zé)崾Э氐娘L(fēng)險(xiǎn)增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，充電起火占據(jù)電動(dòng)汽車起火地位，在集中的停車充電場(chǎng)所，一臺(tái)電動(dòng)汽車發(fā)生火災(zāi)后，可能引燃周邊其他車輛，這種連鎖反應(yīng)往往導(dǎo)致的災(zāi)害更加嚴(yán)重，所以關(guān)注停車充電場(chǎng)所的電動(dòng)汽車火災(zāi)防控更具有現(xiàn)實(shí)意義。

三、電池?zé)崾Э氐奈：?/span>

目前，我國(guó)大部分電動(dòng)汽車都采用鋰電池。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(jù)國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)的報(bào)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(qiáng)，爆炸下限為4.83%，爆炸上限達(dá)到73.77%［1］。當(dāng)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(dǎo)致電池內(nèi)部氣壓升高。一旦氣壓超過一定限度，電池表層就會(huì)破裂，并向外噴射氣體以釋放壓力。電動(dòng)汽車火災(zāi)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)汽車燃燒與燃油汽車燃燒釋放氣體的區(qū)別［2］。然而，這種嚴(yán)重的污染對(duì)人的健康和環(huán)境的影響尚未納入專家的研究范圍。當(dāng)電池的放熱溫度較高時(shí)（研究表明熱失控電池內(nèi)部溫度可達(dá)1000℃），噴射出的氣體很容易被點(diǎn)燃，從而引發(fā)射流火現(xiàn)象。當(dāng)狹小空間內(nèi)存在多個(gè)電池時(shí)，單個(gè)電池的熱失控可能導(dǎo)致其他電池的溫度上升，進(jìn)而引發(fā)連鎖反應(yīng)。這種多米諾骨牌效應(yīng)會(huì)疊加能量，使燃燒迅速蔓延，人們應(yīng)對(duì)的時(shí)間非常有限。在國(guó)內(nèi)的實(shí)驗(yàn)研究中，發(fā)現(xiàn)單片（單個(gè)電池模塊）或少量電池?zé)崾Э剡^程中的化學(xué)能與燃燒熱之和分別為其儲(chǔ)存電能的3～4倍。電池?zé)崾Э剡^程包括電池膨脹、射流火和穩(wěn)定燃燒等階段。在熱失控過程中，充電狀態(tài)（SOC）位100%時(shí)的電池火焰溫度可達(dá)1500℃，且高SOC的電池具有更高的火災(zāi)危險(xiǎn)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(xiàn)象。面對(duì)新能源汽車一旦爆燃就無(wú)法解決的問題，事故車環(huán)境危害方面的研究相對(duì)有限。這些都給新能源車火災(zāi)事故時(shí)，空間換安全提出了更高的要求。

1. 現(xiàn)有滅火器對(duì)新能源車電池火災(zāi)作用有限

我國(guó)目前主流滅火器種類及使用要求如下：

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類火災(zāi)。

2干粉式滅火器：主要通過化學(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、B類、C類火災(zāi)。

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。

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(yīng)，使燃燒中斷，適用于B類、C類火災(zāi)以及E類的初期火災(zāi)。結(jié)合新能源車熱失控機(jī)理，我們認(rèn)為，面對(duì)不需要氧氣參與的持續(xù)劇烈燃爆，目前這些滅火劑都不能有效阻止電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)。事故發(fā)生后如何防止火災(zāi)的擴(kuò)大蔓延和有效止損才是我們應(yīng)該關(guān)注的問題。因此，對(duì)停車場(chǎng)所重新進(jìn)行安全設(shè)計(jì)與安全配置才是我們現(xiàn)在要做的工作。涉及到健康產(chǎn)品的企業(yè)更應(yīng)該積極參與研究。

1. 空曠場(chǎng)地上電動(dòng)汽車電池?zé)崾Э氐某Ｒ?guī)操作

因?yàn)殡姵責(zé)崾Э卣麄€(gè)過程不需要氧氣，就能持續(xù)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(tǒng)上的滅火劑的滅火機(jī)理都是通過降溫、窒息（隔絕氧氣）、化學(xué)抑*等手段；常規(guī)的降溫也不能有效阻止電池?zé)崾Э爻掷m(xù)釋放能量。消防研究基金會(huì)進(jìn)行的燃燒試驗(yàn)表明，除非可充電電池被充分冷卻，熱失控過程被停止，否則，鋰離子電池*易發(fā)生復(fù)燃。對(duì)此，中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CSAE84-2018《電動(dòng)汽車火災(zāi)事故救援規(guī)程》規(guī)定：當(dāng)高壓電池著火時(shí)應(yīng)使用大量、持續(xù)的水滅火。廣東省的《電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)技術(shù)規(guī)程》、河北省的《電動(dòng)汽車充電站消防安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》等多個(gè)地方標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定：滅火器宜采用水基型手提式滅火器；在充電基礎(chǔ)設(shè)施附近，宜增加配置滅火劑充裝量不小于60L的推車式水基型滅火器或推車式水噴霧滅火器。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(duì)、安徽省消防救援總隊(duì)、中國(guó)科技大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、合肥科大立安安全技術(shù)有限責(zé)任公司等單位，在合肥市開展了全尺寸電動(dòng)汽車燃燒實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電池艙需要大量冷卻液冷卻防止復(fù)燃［3］。

特斯拉的應(yīng)急救援手冊(cè)中對(duì)電動(dòng)汽車電池火災(zāi)作出明確規(guī)定：如果高電壓電池在火災(zāi)中彎曲、扭曲、損壞，滅火時(shí)消防用水要有足夠的量。常規(guī)滅火劑可熄滅電池的明火，但目前并沒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)汽車和充電站也應(yīng)該具備更好的消防系統(tǒng)。

1. 室外充電場(chǎng)所安裝自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的可行性

電池?zé)崾Э匦碌膽?yīng)對(duì)措施未研發(fā)出來(lái)前，采用持續(xù)水降溫是個(gè)阻止電池?zé)崾Э胤啪徎蛲Ｖ拱l(fā)生的有效辦法。因此，改造傳統(tǒng)停車場(chǎng)所，適應(yīng)新能源車安全的新型停車場(chǎng)所應(yīng)該是我們亟待解決的問題。在設(shè)備配置上，對(duì)地上電動(dòng)汽車集中停放充電場(chǎng)所安裝自動(dòng)噴水系統(tǒng)，持續(xù)用水對(duì)起火電動(dòng)汽車降溫阻止電池?zé)崾Э胤啪徎蛲Ｖ故强尚械?，也是?jīng)濟(jì)有效的。當(dāng)室外電動(dòng)汽車停車充電場(chǎng)所安裝了消防自動(dòng)噴水系統(tǒng)時(shí)，當(dāng)充電汽車起火時(shí)，通過感煙或感溫探測(cè)器的信號(hào)反饋，噴頭開啟并開始自動(dòng)噴水滅火。自動(dòng)噴水系統(tǒng)在電動(dòng)汽車熱失控火災(zāi)時(shí)能夠體現(xiàn)多方面的優(yōu)勢(shì)：一是滅火時(shí)不需要大量人員就可自動(dòng)持續(xù)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?zé)崾Э貢r(shí)，提前有效控制火災(zāi)擴(kuò)大蔓延，避免損失進(jìn)一步擴(kuò)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(xiǎn)；四是滅火可不需要專業(yè)的消防隊(duì)伍支援，節(jié)約了人力物力資源。

七、安科瑞智慧消防云平臺(tái)

1平臺(tái)概述

安科瑞智慧消防云平臺(tái)依托物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、AI等技術(shù)，對(duì)充電站配電系統(tǒng)的運(yùn)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(jiān)控和預(yù)警，為充電站的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供保障，并及時(shí)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(cái)產(chǎn)安全，打造“安全、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(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2適用場(chǎng)合

可廣泛應(yīng)用于醫(yī)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(qū)；企業(yè)、住宅小區(qū)等場(chǎng)所。

3組網(wǎng)架構(gòu)

平臺(tái)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，主要由終端感知設(shè)備、邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)和能效管理平臺(tái)層三個(gè)部分組成，詳細(xì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(jiān)測(cè)：充電樁智能控制器對(duì)充電樁具備測(cè)量、控制與保護(hù)的功能，如運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障狀態(tài)監(jiān)測(cè)、充電計(jì)量與計(jì)費(fèi)以及充電過程的聯(lián)動(dòng)控制等。

（2）智能計(jì)量：輸出配置智能電能表，進(jìn)行充電計(jì)量，具備完善的通信功能，可將計(jì)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(yùn)營(yíng)平臺(tái)。

（3）云平臺(tái)：具備連接云平臺(tái)的功能，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，財(cái)務(wù)報(bào)表分析等等。

（4）保護(hù)功能：具備防雷保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù)，漏電保護(hù)和接地保護(hù)等功能。

（5）材質(zhì)可靠：保證長(zhǎng)期使用并抵御復(fù)雜天氣環(huán)境。

（6）適配車型：滿足國(guó)標(biāo)充電接口，適配所有符合GB/T 20234.2-2015國(guó)標(biāo)的電動(dòng)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(guó)平安保險(xiǎn)承保，充分保障設(shè)備、車輛、人員的安全。

5.2 直流充電樁系列

5.3電氣火災(zāi)探測(cè)器ARCM300-Z

5.4限流式保護(hù)器ASCP200

產(chǎn)品功能：

（1）短路保護(hù)：保護(hù)器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用電線路電流，當(dāng)線路發(fā)生短路故障時(shí)，能在150微秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速限流保護(hù)，并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；

（2）過載保護(hù)：當(dāng)線路電流過載且持續(xù)時(shí)間超過動(dòng)作時(shí)間（3~60秒可設(shè)）時(shí)，保護(hù)器啟動(dòng)限流保護(hù)，并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；

（3）表內(nèi)超溫保護(hù)：當(dāng)保護(hù)器內(nèi)部器件工作溫度過高時(shí)，保護(hù)器實(shí)施超溫限流保護(hù)，并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；

（4）組網(wǎng)通訊：保護(hù)器具有1路RS485接口，可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

6平臺(tái)功能

6.1 登錄

6.2首頁(yè)

平臺(tái)首頁(yè)顯示充電站的位置及在線情況，統(tǒng)計(jì)充電站的充電數(shù)據(jù)

6.3實(shí)時(shí)監(jiān)控

（1）充電站監(jiān)控

可以按站點(diǎn)名稱進(jìn)行篩選，顯示站點(diǎn)詳情、充電槍列表、統(tǒng)計(jì)訂單信息、故障記錄，點(diǎn)擊某個(gè)充電槍編號(hào)后在進(jìn)入充電槍監(jiān)控頁(yè)面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器負(fù)荷（搭配ACM300T、ADW300），當(dāng)負(fù)荷超過50%時(shí)，系統(tǒng)會(huì)限制新增開始充電的充電樁的功率，降為50%，當(dāng)變壓器負(fù)荷超過80%時(shí)，系統(tǒng)將不允許新增充電樁開始充電，直到負(fù)荷下降為止。如圖所示：

統(tǒng)計(jì)當(dāng)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(duì)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(shè)備監(jiān)控

顯示限流式保護(hù)器的狀態(tài)，包括線路中的剩余電流、溫度及異常報(bào)警，如圖所示：

6.4 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(dāng)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(dāng)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(duì)應(yīng)的能耗趨勢(shì)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(nèi)的故障數(shù)、故障狀態(tài)、故障類型、趨勢(shì)分析以及故障列表。如圖所示：

6.7財(cái)務(wù)報(bào)表

在財(cái)務(wù)報(bào)表中，可根據(jù)時(shí)間查看關(guān)聯(lián)站點(diǎn)的財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)。如圖所示：

6.8收益查詢

在收益查詢中，可查看總的收益統(tǒng)計(jì)、收益變化曲線圖、支付占比餅圖以及實(shí)際收益報(bào)表。如圖所示：

7案例實(shí)景

八、結(jié)語(yǔ)

室外停車充電場(chǎng)所電池?zé)崾Э卦缙诂F(xiàn)場(chǎng)人員可用干粉滅火器進(jìn)行應(yīng)急噴灑撲救，一旦電池發(fā)生熱失控，車上及周邊人員應(yīng)盡快撤離起火災(zāi)車輛現(xiàn)場(chǎng)，確保人身安全。室外集中停車充電場(chǎng)所電動(dòng)汽車電池?zé)崾Э睾?，室外充電?chǎng)所使用消防噴淋系統(tǒng)對(duì)起火電動(dòng)汽車持續(xù)進(jìn)行冷卻，可以防止火災(zāi)蔓延擴(kuò)大，且是目前可行和有效的措施。

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