淺談新能源汽車火災(zāi)事故原因分析及措施

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：近年來,我國(guó)多項(xiàng)新能源汽車支持政策的出臺(tái)使得新能源汽車行業(yè)在我國(guó)發(fā)展態(tài)勢(shì)良好。但隨著新能源汽車的大規(guī)模普及,動(dòng)力電池具有的不可避免的自反應(yīng)放熱特性受到了廣泛關(guān)注,越來越多的新能源汽車火災(zāi)事故也出現(xiàn)在大眾視野,該類事故給消防救援部門帶來了一系列新挑戰(zhàn)。本文主要根據(jù)新能源汽車結(jié)構(gòu),深入分析了新能源汽車火災(zāi)事故發(fā)生的原因及事故特點(diǎn),并有針對(duì)性地提出了新能源汽車火災(zāi)可采取的幾點(diǎn)撲救措施,為應(yīng)急救接工作的開展提供參考。

關(guān)鍵詞：新能源汽車;火災(zāi);撲救措施

0、引言

經(jīng)過近幾年的“節(jié)能減排",世界各國(guó)已經(jīng)達(dá)成了一個(gè)共識(shí),那就是汽車新能源化是全球汽車發(fā)展的方向。據(jù)不統(tǒng)計(jì)，我國(guó)2021年新能源汽車銷量達(dá)到298.9萬輛,同比增長(zhǎng)169.1%。隨著我國(guó)新能源汽車銷量快速增長(zhǎng),保有量不斷提高,新能源汽車自燃、爆炸等安全事故頻頻發(fā)生，引起了社會(huì)的持續(xù)關(guān)注，也對(duì)消防應(yīng)急管理和新能源汽車行業(yè)的發(fā)展提出了巨大的挑戰(zhàn)。面對(duì)這些事故繼續(xù)沿用傳統(tǒng)燃油汽車火災(zāi)的撲救經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)無法滿足實(shí)際需要。相反，如果循規(guī)蹈矩，無異于“火上澆油",甚至還可能讓人員生命受到威脅。因此，加強(qiáng)新能源汽車火災(zāi)防控及撲救對(duì)策研究是很有必要的。

1、新能源汽車動(dòng)力源

新能源汽車是指采用新型動(dòng)力系統(tǒng),或主要依靠新型能源驅(qū)動(dòng)的汽車。目前我國(guó)主流的新能源汽車類型主要包括:純電動(dòng)車、插電混合動(dòng)力汽車和燃料電池汽車。新能源汽車主要以鋰電池作為動(dòng)力源。按照正極材料不同分類,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、新能源汽車火災(zāi)事故原因分析

2.1鋰電池?zé)崾Э?/p>

鋰電池?zé)崾Э厥切履茉雌嚮馂?zāi)事故的主要原因。鋰電池?zé)崾Э厥侵赣捎诟鞣N原因使電池產(chǎn)生的熱量遠(yuǎn)大于散發(fā)的熱量,導(dǎo)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?zé)崾Э乜梢苑譃槿齻€(gè)階段:一階段———電池內(nèi)部熱失控階段。在這一階段,電池由于內(nèi)部短路產(chǎn)生大量熱量,各類離子和枝晶沉積在電解液中導(dǎo)致電池內(nèi)阻增大,產(chǎn)熱進(jìn)一步增加,直至SEI膜分解。隨著SEI膜的分解反應(yīng)進(jìn)行,鋰離子又與電解液產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),直至隔膜分解,此時(shí)電池短路,電池內(nèi)部溫度急劇上升。二階段———電池鼓包階段。該階段是電池?zé)崾Э氐墓拯c(diǎn)階段,主要由于正極材料、粘結(jié)劑、電解液都在這一階段分解。三階段———電池?zé)崾Э?爆炸失效階段。由于電池內(nèi)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(dá)臨界點(diǎn)隨之發(fā)生爆炸

2.2鋰電池?zé)崾Э卦蚍治?/p>

內(nèi)部產(chǎn)熱和外部濫用是電池?zé)崾Э氐膬纱笥|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?zé)崾Э氐脑蛴腥齻€(gè),分別為機(jī)械濫用、電濫用、熱濫用。機(jī)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(duì)位移造成電池內(nèi)部短路。電濫用一般包括外短路、過充、過放幾種形式,其中過充電易導(dǎo)致鋰電池?zé)崾Э亍釣E用一般由于外部環(huán)境溫度過高或溫度控制系統(tǒng)失效所導(dǎo)致。局部過熱是發(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(dú)立存在,都是由其中某一種形式發(fā)展而來,環(huán)環(huán)相扣,但終結(jié)果都是發(fā)生了熱失控。

2.2.2內(nèi)部產(chǎn)熱引發(fā)

內(nèi)部短路廣義上指由于各種原因?qū)е码姵卣?fù)極直接接觸的現(xiàn)象,根據(jù)接觸的面積不同,所造成的后果不同。若電池正負(fù)極接觸面積小,由內(nèi)短路產(chǎn)生的熱量也較小,對(duì)電池的熱失控幾乎沒有影響,這種情況常見于電池的制造瑕疵、老化等,但隨著時(shí)間的推移,電池內(nèi)部殘余電解液逐漸增加,電池內(nèi)阻減小,由內(nèi)短路產(chǎn)生的熱量逐漸增加,引發(fā)熱失控的風(fēng)險(xiǎn)則會(huì)大大提升。

2.3新能源汽車火災(zāi)事故類型分析

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料,純電動(dòng)車型是發(fā)生新能源火災(zāi)事故多的車型。因過度充電、放電是導(dǎo)致新能源火災(zāi)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。可見新能源汽車在靜置、行駛、充電狀態(tài)下均可能發(fā)生熱失控起火事故(見表2)。因此消防人員在處理事故時(shí)應(yīng)針對(duì)不同情況采取相應(yīng)措施,從而能夠快速處理事故,爭(zhēng)取救援時(shí)間。

2.4新能源汽車火災(zāi)事故特點(diǎn)

鋰電池是新能源汽車區(qū)別于傳統(tǒng)燃油汽車的重要標(biāo)志，同時(shí)也為人們帶來了新的火災(zāi)防治特點(diǎn)。

2.4.1火災(zāi)發(fā)生難預(yù)測(cè)

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

2.4.2火勢(shì)蔓延快、燃燒溫度高

新能源汽車鋰電池出現(xiàn)熱失控后，會(huì)在燃燒過程中釋放大量的，導(dǎo)致火勢(shì)快速蔓延，電池內(nèi)溫度迅速升高。有相關(guān)部門通過實(shí)際測(cè)試，鋰電池內(nèi)部燃燒溫度高能達(dá)到1000℃以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通汽油、柴油燃燒時(shí)的溫度。鋰電池在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量可燃混合物并向周圍噴濺,噴射火焰的遠(yuǎn)距離可以達(dá)到6m。因此當(dāng)鋰電池電動(dòng)汽車發(fā)生火災(zāi)時(shí)，容易對(duì)周邊環(huán)境和人員造成嚴(yán)重危害。

2.4.3火災(zāi)有害氣體多

汽車在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量有毒氣體,如一氧化碳、二氧化硫等,但新能源汽車與傳統(tǒng)汽車間大的區(qū)別是新能源汽車的鋰電池燃燒會(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(xiǎn)大

新能源汽車一般配備了高電壓大容量電池組，一些車型的驅(qū)動(dòng)電壓高達(dá)500V以上，火災(zāi)發(fā)生時(shí)可能導(dǎo)致高壓電線裸露、接地,使車身帶電或在現(xiàn)場(chǎng)一定范圍內(nèi)形成跨步電壓,若處理不當(dāng),更容易引起電池內(nèi)部短路，不但會(huì)導(dǎo)致火勢(shì)進(jìn)一步加重，還有可能對(duì)消防救援人員造成電擊傷害。

2.4.5火災(zāi)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)

由于鋰電池燃燒特性,在明火被撲滅后,電池內(nèi)部仍可能持續(xù)升溫導(dǎo)致電池復(fù)燃。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)處理新能源車輛火災(zāi)事故所需的總用水量和所需時(shí)間都明顯大于傳統(tǒng)燃油車輛火災(zāi)事故。因此應(yīng)對(duì)新能源車輛火災(zāi)事故對(duì)于消防人員的體力和裝備指揮調(diào)度提出了更嚴(yán)苛的要求。

3、安科瑞AcrelCloud-9000充電站運(yùn)營(yíng)平臺(tái)

3.1平臺(tái)概述

安科瑞充電站運(yùn)營(yíng)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、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(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

3.2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。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

平臺(tái)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，主要由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和平臺(tái)層三個(gè)部分組成，詳細(xì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層：連接于網(wǎng)絡(luò)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(zhì)量分析儀表、電氣火災(zāi)探測(cè)器、限流式保護(hù)器、煙霧傳感器、測(cè)溫裝置、智能插座、攝像頭等。

網(wǎng)絡(luò)通訊層：包含現(xiàn)場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并通過網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，智能網(wǎng)關(guān)可在網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。

平臺(tái)管理層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有智能設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，可在PC端或移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)充電站配電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、充電樁的工作狀態(tài)、充電過程及人員行為，并完成微信、支付寶在線支付等應(yīng)用。

多功能電力儀表、汽車充電樁、電瓶車充電樁、電氣火災(zāi)探測(cè)器、限流式保護(hù)器、智能插座可通過全網(wǎng)通4G通訊模組與平臺(tái)直接通訊。

電能質(zhì)量分析儀表、煙霧傳感器和測(cè)溫裝置通過RS485，攝像頭通過RJ45與智能網(wǎng)關(guān)通訊，再由智能網(wǎng)關(guān)通訊通過4G統(tǒng)一與平臺(tái)通訊。

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

平臺(tái)搭建在客戶自己配置的服務(wù)器上。搭建完成之后，客戶可以在任意能聯(lián)網(wǎng)的地方，通過有權(quán)限的賬號(hào)登陸網(wǎng)頁(yè)以及手機(jī)APP查看各處的運(yùn)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(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/T20234.2-2015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。

3.4.2直流充電樁系列

3.4.3電氣火災(zāi)探測(cè)器ARCM300-Z

3.4.4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。

3.5平臺(tái)功能

3.5.1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)

3.5.2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：

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(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：

3.5.4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：

3.5.5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：

3.5.6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：

3.5.7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：

4、結(jié)語

綜上所述，要降低新能源汽車火災(zāi)事故的概率，需要根據(jù)新能源汽車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和動(dòng)力電池的火災(zāi)特點(diǎn)，采取多樣化的防控措施，如提升新能源汽車的產(chǎn)品質(zhì)量安全，實(shí)現(xiàn)智能車載監(jiān)控系統(tǒng)與智慧消防監(jiān)管平臺(tái)的信息共享，完善制定更加嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，細(xì)化充電樁的設(shè)置要求和強(qiáng)化充電樁消防安全管理，規(guī)范用車和科學(xué)保養(yǎng)等，以便新能源汽車在發(fā)生安全故障提醒及火災(zāi)事故時(shí)，能夠及時(shí)預(yù)警，方便車主或廠家提前介入，有針對(duì)性地進(jìn)行高效處置，大限度地減少新能源車汽車火災(zāi)事故的發(fā)生概率。

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