任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

[摘要]本文針對近兩年電動汽車起火事件進行分析，得到鋰離子電池熱失控為電動汽車火災(zāi)事故主要成因；之后對三元鋰電池熱失控成因及燃燒特點進行分析；后通過對現(xiàn)行標準下電動汽車充電設(shè)施防火安全措施進行總結(jié)，提出電動汽車火災(zāi)事故的安全建議以期望有效預(yù)防電動汽車火災(zāi)，促進電動汽車行業(yè)發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]電動汽車；火災(zāi)現(xiàn)狀分析；火災(zāi)原因分析；鋰電池熱失控；應(yīng)對建議

引言

自2015年起，我國新能源汽車保有量呈快速增長趨勢。雖然新能源汽車發(fā)展勢頭正猛，但時有發(fā)生的火災(zāi)事故仍令車主們膽戰(zhàn)心驚，同時也制約著新能源汽車發(fā)展。僅2020年1~8月間，國內(nèi)共發(fā)生新能源汽車起火事故20起，同比下降31%;受害車輛28輛，較去年同期下降22%,雖然新能源汽車起火事故跟去年同期相比有所降低，但行業(yè)問題仍不可忽視。本文根據(jù)《2019年動力電池安全性研究報告》及公共媒體報道事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)總結(jié)近兩年新

能源汽車火災(zāi)事故，對其現(xiàn)狀進行分析比較，總結(jié)起火原因并進行分析，后從各角度出發(fā)提出合理化應(yīng)對建議，促進新能源汽車健康安全快速發(fā)展。

一、電動汽車火災(zāi)現(xiàn)狀分析

據(jù)統(tǒng)計，2019年下半年電動汽車銷量較2018年大幅下降，而主要原因除了電動汽車本身續(xù)航里程及動力電池組使用壽命外，電動汽車安全性也成為消費者重要考慮因素?？偨Y(jié)近幾年的電動汽車火災(zāi)事故，2016年不完quan統(tǒng)計24起;2017年18起，同比降低25%;2019年73起，同比增長82.50%;2020年1~8月份發(fā)生約20起。雖預(yù)計較2019年有所降低，但電動汽車安全問題仍然嚴重。

1.1起火狀態(tài)分析

2019年行駛過程中自燃22起，占30.14%;停放擱置狀態(tài)下起火26起，占總量的35.62%;而充電時自燃16起，約占21.92%;事故后自燃僅2.74%;4S店著火、后備箱起火等外部火源引起或未知原因自燃事故數(shù)占總量的9.59%,此種狀態(tài)下的火災(zāi)事故與電動汽車本身關(guān)聯(lián)性不強，在此不作具體分析。受疫情影響，2020年1~8月電動汽車火災(zāi)事故較上年同期有所下降。行駛中自燃共計7起，占總數(shù)35.00%;充電時自燃占總量20.00%,同比提高2.3%;停車時自燃約占30.00%。較上年同期基本持平；事故后自燃同比翻兩番，占總量10.00%;其他狀態(tài)發(fā)生火災(zāi)約5.00%?？梢钥闯鲂旭傊凶匀己屯＼囍凶匀际请妱悠嚻鸹鹬饕獱顟B(tài)，其次是充電時自燃。

1.2起火原因分析

數(shù)據(jù)中2020年火災(zāi)事故起火原因未知，故僅分析2019年電動汽車火災(zāi)事故起火原因。如圖4,電池問題是電動汽車起火的重要原因，占半成以上；碰撞問題引起火災(zāi)約14起，約占19.18%;由浸水或使用不當引起的電動汽車火災(zāi)事故占比相同;而其他零部件故障或外界原因均占總量2.74%。

1.3發(fā)生時間分析

2019年電動汽車火災(zāi)大多發(fā)生在6~8月份，共計39起，占總量53.42%;二與三季度共計58起，占總量的79.45%。疫情導(dǎo)致2020年1~8月電動汽車使用率降低，火災(zāi)事故集中發(fā)生于5、6、8月。綜合近兩年數(shù)據(jù)，夏季是電動汽車火災(zāi)事故高發(fā)期；由于高溫、暴曬等惡劣天氣，夏天更易發(fā)生電動汽車火災(zāi)，其次是春秋，后是冬天。

1.4電池類型分析

動力電池是電動汽車主要元件，如圖1~2所示，2019年已知電動汽車火災(zāi)事故中三元鋰電池占72.60%,2020年上半年則占85%，較上年同期增長25.6%。雖然受疫情影響用車量降低，但三元鋰電池火災(zāi)事故概率依舊提高不少。

圖12019年電動汽車火災(zāi)事故電池類型統(tǒng)計

圖22020年1-8月份電動汽車火災(zāi)事故電池類型統(tǒng)計

1.5小結(jié)

通過對近兩年電動汽車火災(zāi)事故數(shù)據(jù)分析，95%的電動汽車火災(zāi)事故發(fā)生于純電動汽車，可得到如下結(jié)論。（1）受疫情影響，2020年電動汽車火災(zāi)事故發(fā)生概率有所下降，但電動汽車安全問題形勢依舊嚴峻；（2）從電動汽車起火狀態(tài)來看，從行駛、充電到靜置均有火災(zāi)事故發(fā)生，但在行駛中或停車時發(fā)生事故概率更高；（3）從電動汽車起火原因分析，電池問題是電動汽車起火主要原因；（4）從發(fā)生時間分析，夏季是電動汽車火災(zāi)事故高頻發(fā)生期，另外，二、三季度天氣炎熱，日照強烈，發(fā)生事故可能性急劇增加；（5）在自燃的車輛電池類型中，三元鋰電池占大多數(shù)，電池安全技術(shù)提升迫在眉睫。

二、鋰離子電池熱失控分析

通過對近兩年電動汽車火災(zāi)事故現(xiàn)狀分析可知，動力電池起火是電動汽車火災(zāi)主要原因。目前電動汽車多采用三元材料電池且均配有電池防護系統(tǒng)，但有研究表明，現(xiàn)今所有電動汽車電池防護系統(tǒng)并不能有效規(guī)避電池熱失控現(xiàn)象。因此，鋰離子電池熱失控是電動汽車火災(zāi)事故的主要原因。

1鋰離子電池熱失控成因

鋰離子電池熱失控主要是由于電池內(nèi)部產(chǎn)熱速度高于散熱速度，在電池內(nèi)部積聚大量熱量導(dǎo)致電池起火和爆炸。引發(fā)電池熱失控原因包括：電池生產(chǎn)缺陷引起短路；過充電或過放電等電池使用不當行為導(dǎo)致正負極短路；機械濫用導(dǎo)致電池短路;熱濫用造成電池內(nèi)部熱量累計過快。同時，熱失控現(xiàn)象的強度與鋰電池大小、配置及數(shù)量有關(guān)。在同體積下，比能量高的電池組儲電量更好，續(xù)航能力就越好，而比能量越高在受到外部刺激時，自燃和爆炸的風險也越高。

2鋰離子電池熱失控火災(zāi)特點

根據(jù)文獻[4-7]中電動汽車鋰離子電池火災(zāi)數(shù)值模擬，結(jié)合鋰離子電池熱失控火災(zāi)特性及實際測試數(shù)據(jù)，可得圖3結(jié)果。

(1)溫度變化規(guī)律：火災(zāi)初期溫度迅速上升；火災(zāi)發(fā)展期間逐步穩(wěn)定；火災(zāi)過程中熱釋放效率曲線與之類似。

(2)能見度變化規(guī)律：火災(zāi)初期能見度基本不受影響，持續(xù)燃燒會形成一定厚度煙氣層，能見度迅速降低。由此推斷煙氣變化：火災(zāi)初期煙氣不明顯，發(fā)展期間煙霧急劇增加，達到大值后趨于穩(wěn)定。

(3)火焰變化規(guī)律：燃燒初期火焰不明顯近205s火焰開始增加，210s火焰急劇增加，呈現(xiàn)燃

爆特性。

(4)C0、C02變化規(guī)律：燃燒過程中煙氣成要為CO與C02,火災(zāi)環(huán)境危險程度與之相關(guān)。隨著火災(zāi)規(guī)模擴大，CO和co2的增長速率顯著提高并積聚。在實際情況中，可燃燒物較模擬增多，燃燒氧氣不足等原因會導(dǎo)致CO與co2濃度遠高于模擬結(jié)果。

由以上分析可總結(jié)三元鋰電池熱失控火災(zāi)特點：（1)火災(zāi)蔓延迅速，燃燒溫度髙，持續(xù)時間長，嚴重時甚至存在燃爆現(xiàn)象；（2)電池內(nèi)部發(fā)生放熱連鎖反應(yīng)，對外部滅火工作造成一定困難，復(fù)燃可能性；（3)燃燒過程伴隨大量煙氣、CO及C02等有害氣體，對能見度造成影響，存在中毒、爆炸危險。

圖3鋰離子電池熱失控火災(zāi)燃燒特性曲線

三、現(xiàn)行標準的電動汽車充電設(shè)施系統(tǒng)防火安全措施

1標準要求

GB/T51313-2018《電動汽車分散充電設(shè)施工程技術(shù)標準》6.1.5條規(guī)定，新建汽車庫內(nèi)配建的分散充電設(shè)施在同一防火分區(qū)內(nèi)應(yīng)集中布置，并應(yīng)符合下列規(guī)定：1、布置在一、二級耐火等級的汽庫的首層、二層或三層；2、當設(shè)置在地下或半地下時，宜布置在地下車庫的首層，不應(yīng)布置在地下建筑四層及以下；3、設(shè)置獨立的防火單元，每個防火單元的大允許建筑面積應(yīng)符合表1規(guī)定。4、每個防火單元應(yīng)采用耐火極限不小于2.Oh的防火隔墻或防火卷簾、防火分隔水幕等與其他防火單元和汽庫其他部位分隔；5、當防火隔墻上需開設(shè)相互連通的門時，應(yīng)采用耐火等級不低于乙級的防火門；6、當?shù)叵?、半地下和高層汽車庫?nèi)配建分散充電設(shè)施時，應(yīng)設(shè)置火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、排煙設(shè)施、自動噴水滅火系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示標志。集中布置的充電設(shè)施區(qū)防火單元大允許建筑面積/m2

另外，集中布置的充電設(shè)施區(qū)域應(yīng)按現(xiàn)行標準GB50140《建筑滅火器配置設(shè)計規(guī)范》規(guī)定配置滅火器，并宜選用干粉滅火器；而室外分散充電設(shè)施宜與就近建筑物或汽車庫、停車場共用消防設(shè)施；分散充電設(shè)施宜處于現(xiàn)有視頻監(jiān)控設(shè)施的監(jiān)控范圍內(nèi)。變化趨勢范圍內(nèi)。

2地方標準要求

廣東省DBJ/T15-150-2018《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)技術(shù)規(guī)程》4.9.4條明確提出汽車庫內(nèi)設(shè)置充電基礎(chǔ)設(shè)施的區(qū)域應(yīng)劃分防火單元,且在1款對各防火單元停車數(shù)量做出了相應(yīng)規(guī)定（表2)。

DBJ46-041-2019《海南省電動汽車充電設(shè)施建設(shè)技術(shù)標準》也存在類似規(guī)定，除防火單元外也提出防火間隔。7.0.7條規(guī)定當防火間隔內(nèi)的車位單排布置時，每個防火間隔內(nèi)停車數(shù)量不應(yīng)超過12輛；當防火間隔內(nèi)的車位為雙排及以上布置時，每個防火間隔內(nèi)停車數(shù)量不應(yīng)超過24輛。另外，7.0.8條規(guī)定設(shè)置在汽車庫的充電設(shè)施，不應(yīng)使用功率大于7kW的充電設(shè)備。

四、安全建議

從根本上解決電動汽車火災(zāi)事故是一個長期過程，目前電動汽車火災(zāi)事故應(yīng)對措施只能以預(yù)防為主。應(yīng)制定強而有效的設(shè)計標準、檢驗標準、安裝標準及安全監(jiān)管制度，明確落實事故責任處理機制，建立電動汽車安全運行監(jiān)控體系，掌握實時數(shù)據(jù)，重視動力電池回收，完善處理程序；企業(yè)則應(yīng)針對已有問題及時整改并設(shè)計應(yīng)對方案，做好安全保障及安全操作說明，提高用戶保養(yǎng)檢修及安全操作意識。而除了車輛自身原因外，導(dǎo)致電動汽車火災(zāi)問題重要因素之一是不當操作，基于以上提出以下幾點建議：（1）科學充電：選擇符合電力標準的匹配充電設(shè)施進行充電，盡量使用原裝充電設(shè)備，防止充電裝置不匹配造成短路起火；避免過度充電、暴曬下充電、行駛后立即充電及經(jīng)常大電流快充等。（2）防止磕碰：一般電動汽車動力電池組都安置于車輛底部，極易與路面發(fā)生碰撞，應(yīng)盡量避免過于顛簸或異物較多路段，一旦駕駛過程中發(fā)現(xiàn)底盤被磕碰的情況還是應(yīng)及時檢查電池包受損情況，避免火災(zāi)風險。（3）避免浸水：電動汽車出廠前一般會進行車輛浸水試驗，理論上基本可保證常溫常壓下浸泡水中l(wèi)h而不漏電。盡管電動汽車電池包及相關(guān)高壓電路具備一定的防水能力，但隨著車輛的使用系統(tǒng)防水性能會降低甚至失效。用戶行車時應(yīng)小心通過積水路段，車齡較長的電動汽車應(yīng)盡量避免進人積水路段。（4）火災(zāi)應(yīng)對：室內(nèi)汽車庫應(yīng)根據(jù)GB/T51313-2018《電動汽車分散充電設(shè)施工程技術(shù)標準》及GB50140《建筑滅火器配置設(shè)計規(guī)范》中相關(guān)規(guī)定合理配置滅火器及防火單元，宜選用干粉滅火器；而室外分散充電設(shè)施應(yīng)根據(jù)GB/T51313-2018與就近建筑物或汽車庫、停車場共用消防設(shè)施并應(yīng)處于現(xiàn)有視頻監(jiān)控的監(jiān)控范圍內(nèi)以實現(xiàn)實時火災(zāi)監(jiān)控。一旦發(fā)生電動汽車火災(zāi)事故，車主應(yīng)立即斷電遠離車輛并立即報警，防止吸人有毒氣體，密切觀察起火點等待救援。

五、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(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。

2適用場合

可廣泛應(yīng)用于醫(yī)院、學校、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。

3組網(wǎng)架構(gòu)

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

4參考選型

5相關(guān)產(chǎn)品介紹

5.17KW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。

5.2直流充電樁系列

5.3電氣火災(zāi)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。

6平臺功能

6.1登錄

6.2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)

6.3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：

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，可查看指ding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：

6.6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：

6.7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：

6.8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：

7案例實景

六、結(jié)束語

電動汽車作為汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略重要組成部分已為人接受，但在電池安全及電池管理等技術(shù)提升下仍無法規(guī)避火災(zāi)事故。（1）針對近兩年電動汽車火災(zāi)事故分析可知：純電動汽車是電動汽車火災(zāi)事故的高發(fā)車型；電池問題是電動汽車火災(zāi)事故發(fā)生的主要原因；夏季是電動汽車火災(zāi)事故高發(fā)期。（2）針對三元鋰電池熱失控成因及火災(zāi)特點分析可知：電池生產(chǎn)缺陷、用電不當、碰撞均有可能引起鋰離子電池熱失控；鋰離子電池熱失控火災(zāi)蔓

延迅速，溫度高，產(chǎn)生有毒煙霧，滅火困難，存在爆炸風險。（3)目前電動汽車火災(zāi)事故只能從源頭上預(yù)防。有關(guān)部門應(yīng)完善標準，加強管理；企業(yè)應(yīng)加強自身監(jiān)管，針對安全隱患設(shè)計應(yīng)對方案，并提醒車主安全操作，及時維修保養(yǎng)；車主應(yīng)加強安全意識，科學用電，防止磕碰，盡量避免浸水；一旦發(fā)生電動汽車火災(zāi)應(yīng)及時斷電并遠離車輛，立即報警、等待救援。

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作者簡介

任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。