淺談電動(dòng)汽車(chē)火災現狀分析與應對建議

葉根勝

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(dòng)汽車(chē)起火事件進(jìn)行分析，得到鋰離子電池熱失控為電動(dòng)汽車(chē)火災事故主要成因；之后對三元鋰電池熱失控成因及燃燒特點(diǎn)進(jìn)行分析；后通過(guò)對現行標準下電動(dòng)汽車(chē)充電設施防火安全措施進(jìn)行總結，提出電動(dòng)汽車(chē)火災事故的安全建議以期望有效預防電動(dòng)汽車(chē)火災，促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]電動(dòng)汽車(chē)；火災現狀分析；火災原因分析；鋰電池熱失控；應對建議

引言

自2015年起，我國新能源汽車(chē)保有量呈快速增長(cháng)趨勢。雖然新能源汽車(chē)發(fā)展勢頭正猛，但時(shí)有發(fā)生的火災事故仍令車(chē)主們膽戰心驚，同時(shí)也制約著(zhù)新能源汽車(chē)發(fā)展。僅2020年1~8月間，國內共發(fā)生新能源汽車(chē)起火事故20起，同比下降31%;受害車(chē)輛28輛，較去年同期下降22%,雖然新能源汽車(chē)起火事故跟去年同期相比有所降低，但行業(yè)問(wèn)題仍不可忽視。本文根據《2019年動(dòng)力電池安全性研究報告》及公共媒體報道事故統計數據總結近兩年新

能源汽車(chē)火災事故，對其現狀進(jìn)行分析比較，總結起火原因并進(jìn)行分析，后從各角度出發(fā)提出合理化應對建議，促進(jìn)新能源汽車(chē)健康安全快速發(fā)展。

一、電動(dòng)汽車(chē)火災現狀分析

據統計，2019年下半年電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量較2018年大幅下降，而主要原因除了電動(dòng)汽車(chē)本身續航里程及動(dòng)力電池組使用壽命外，電動(dòng)汽車(chē)安全性也成為消費者重要考慮因素?？偨Y近幾年的電動(dòng)汽車(chē)火災事故，2016年統計24起;2017年18起，同比降低25%;2019年73起，同比增長(cháng)82.50%;2020年1~8月份發(fā)生約20起。雖預計較2019年有所降低，但電動(dòng)汽車(chē)安全問(wèn)題仍然嚴重。

1.1起火狀態(tài)分析

2019年行駛過(guò)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(shí)自燃16起，約占21.92%;事故后自燃僅2.74%;4S店著(zhù)火、后備箱起火等外部火源引起或未知原因自燃事故數占總量的9.59%,此種狀態(tài)下的火災事故與電動(dòng)汽車(chē)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(dòng)汽車(chē)火災事故較上年同期有所下降。行駛中自燃共計7起，占總數35.00%;充電時(shí)自燃占總量20.00%,同比提高2.3%;停車(chē)時(shí)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)生火災約5.00%?？梢钥闯鲂旭傊凶匀己屯＼?chē)中自燃是電動(dòng)汽車(chē)起火主要狀態(tài)，其次是充電時(shí)自燃。

1.2起火原因分析

數據中2020年火災事故起火原因未知，故僅分析2019年電動(dòng)汽車(chē)火災事故起火原因。如圖4,電池問(wèn)題是電動(dòng)汽車(chē)起火的重要原因，占半成以上；碰撞問(wèn)題引起火災約14起，約占19.18%;由浸水或使用不當引起的電動(dòng)汽車(chē)火災事故占比相同;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(shí)間分析

2019年電動(dòng)汽車(chē)火災大多發(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%。疫情導致2020年1~8月電動(dòng)汽車(chē)使用率降低，火災事故集中發(fā)生于5、6、8月。綜合近兩年數據，夏季是電動(dòng)汽車(chē)火災事故高發(fā)期；由于高溫、暴曬等惡劣天氣，夏天更易發(fā)生電動(dòng)汽車(chē)火災，其次是春秋，后是冬天。

1.4電池類(lèi)型分析

動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車(chē)主要元件，如圖1~2所示，2019年已知電動(dòng)汽車(chē)火災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(cháng)25.6%。雖然受疫情影響用車(chē)量降低，但三元鋰電池火災事故概率依舊提高不少。

圖12019年電動(dòng)汽車(chē)火災事故電池類(lèi)型統計

圖22020年1-8月份電動(dòng)汽車(chē)火災事故電池類(lèi)型統計

1.5小結

通過(guò)對近兩年電動(dòng)汽車(chē)火災事故數據分析，95%的電動(dòng)汽車(chē)火災事故發(fā)生于純電動(dòng)汽車(chē)，可得到如下結論。（1）受疫情影響，2020年電動(dòng)汽車(chē)火災事故發(fā)生概率有所下降，但電動(dòng)汽車(chē)安全問(wèn)題形勢依舊嚴峻；（2）從電動(dòng)汽車(chē)起火狀態(tài)來(lái)看，從行駛、充電到靜置均有火災事故發(fā)生，但在行駛中或停車(chē)時(shí)發(fā)生事故概率更高；（3）從電動(dòng)汽車(chē)起火原因分析，電池問(wèn)題是電動(dòng)汽車(chē)起火主要原因；（4）從發(fā)生時(shí)間分析，夏季是電動(dòng)汽車(chē)火災事故高頻發(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(chē)輛電池類(lèi)型中，三元鋰電池占大多數，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(guò)對近兩年電動(dòng)汽車(chē)火災事故現狀分析可知，動(dòng)力電池起火是電動(dòng)汽車(chē)火災主要原因。目前電動(dòng)汽車(chē)多采用三元材料電池且均配有電池防護系統，但有研究表明，現今所有電動(dòng)汽車(chē)電池防護系統并不能有效規避電池熱失控現象。因此，鋰離子電池熱失控是電動(dòng)汽車(chē)火災事故的主要原因。

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

2鋰離子電池熱失控火災特點(diǎn)

根據文獻[4-7]中電動(dòng)汽車(chē)鋰離子電池火災數值模擬，結合鋰離子電池熱失控火災特性及實(shí)際測試數據，可得圖3結果。

(1)溫度變化規律：火災初期溫度迅速上升；火災發(fā)展期間逐步穩定；火災過(guò)程中熱釋放效率曲線(xiàn)與之類(lèi)似。

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

(3)火焰變化規律：燃燒初期火焰不明顯近205s火焰開(kāi)始增加，210s火焰急劇增加，呈現燃

爆特性。

(4)C0、C02變化規律：燃燒過(guò)程中煙氣成要為CO與C02,火災環(huán)境危險程度與之相關(guān)。隨著(zhù)火災規模擴大，CO和co2的增長(cháng)速率顯著(zhù)提高并積聚。在實(shí)際情況中，可燃燒物較模擬增多，燃燒氧氣不足等原因會(huì )導致CO與co2濃度遠高于模擬結果。

由以上分析可總結三元鋰電池熱失控火災特點(diǎn)：（1)火災蔓延迅速，燃燒溫度髙，持續時(shí)間長(cháng)，嚴重時(shí)甚至存在燃爆現象；（2)電池內部發(fā)生放熱連鎖反應，對外部滅火工作造成一定困難，復燃可能性；（3)燃燒過(guò)程伴隨大量煙氣、CO及C02等有害氣體，對能見(jiàn)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燃燒特性曲線(xiàn)

三、現行標準的電動(dòng)汽車(chē)充電設施系統防火安全措施

1標準要求

GB/T51313-2018《電動(dòng)汽車(chē)分散充電設施工程技術(shù)標準》6.1.5條規定，新建汽車(chē)庫內配建的分散充電設施在同一防火分區內應集中布置，并應符合下列規定：1、布置在一、二級耐火等級的汽庫的首層、二層或三層；2、當設置在地下或半地下時(shí)，宜布置在地下車(chē)庫的首層，不應布置在地下建筑四層及以下；3、設置獨立的防火單元，每個(gè)防火單元的大允許建筑面積應符合表1規定。4、每個(gè)防火單元應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(kāi)設相互連通的門(mén)時(shí)，應采用耐火等級不低于乙級的防火門(mén)；6、當地下、半地下和高層汽車(chē)庫內配建分散充電設施時(shí)，應設置火災自動(dòng)報警系統、排煙設施、自動(dòng)噴水滅火系統、消防應急照明和疏散指示標志。集中布置的充電設施區防火單元大允許建筑面積/m2

另外，集中布置的充電設施區域應按現行標準GB50140《建筑滅火器配置設計規范》規定配置滅火器，并宜選用干粉滅火器；而室外分散充電設施宜與就近建筑物或汽車(chē)庫、停車(chē)場(chǎng)共用消防設施；分散充電設施宜處于現有視頻監控設施的監控范圍內。變化趨勢范圍內。

2地方標準要求

廣東省DBJ/T15-150-2018《電動(dòng)汽車(chē)充電基礎設施建設技術(shù)規程》4.9.4條明確提出汽車(chē)庫內設置充電基礎設施的區域應劃分防火單元,且在1款對各防火單元停車(chē)數量做出了相應規定（表2)。

DBJ46-041-2019《海南省電動(dòng)汽車(chē)充電設施建設技術(shù)標準》也存在類(lèi)似規定，除防火單元外也提出防火間隔。7.0.7條規定當防火間隔內的車(chē)位單排布置時(shí)，每個(gè)防火間隔內停車(chē)數量不應超過(guò)12輛；當防火間隔內的車(chē)位為雙排及以上布置時(shí)，每個(gè)防火間隔內停車(chē)數量不應超過(guò)24輛。另外，7.0.8條規定設置在汽車(chē)庫的充電設施，不應使用功率大于7kW的充電設備。

四、安全建議

從根本上解決電動(dòng)汽車(chē)火災事故是一個(gè)長(cháng)期過(guò)程，目前電動(dòng)汽車(chē)火災事故應對措施只能以預防為主。應制定強而有效的設計標準、檢驗標準、安裝標準及安全監管制度，明確落實(shí)事故責任處理機制，建立電動(dòng)汽車(chē)安全運行監控體系，掌握實(shí)時(shí)數據，重視動(dòng)力電池回收，完善處理程序；企業(yè)則應針對已有問(wèn)題及時(shí)整改并設計應對方案，做好安全保障及安全操作說(shuō)明，提高用戶(hù)保養檢修及安全操作意識。而除了車(chē)輛自身原因外，導致電動(dòng)汽車(chē)火災問(wèn)題重要因素之一是不當操作，基于以上提出以下幾點(diǎn)建議：（1）科學(xué)充電：選擇符合電力標準的匹配充電設施進(jìn)行充電，盡量使用原裝充電設備，防止充電裝置不匹配造成短路起火；避免過(guò)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(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池組都安置于車(chē)輛底部，極易與路面發(fā)生碰撞，應盡量避免過(guò)于顛簸或異物較多路段，一旦駕駛過(guò)程中發(fā)現底盤(pán)被磕碰的情況還是應及時(shí)檢查電池包受損情況，避免火災風(fēng)險。（3）避免浸水：電動(dòng)汽車(chē)出廠(chǎng)前一般會(huì )進(jìn)行車(chē)輛浸水試驗，理論上基本可保證常溫常壓下浸泡水中lh而不漏電。盡管電動(dòng)汽車(chē)電池包及相關(guān)高壓電路具備一定的防水能力，但隨著(zhù)車(chē)輛的使用系統防水性能會(huì )降低甚至失效。用戶(hù)行車(chē)時(shí)應小心通過(guò)積水路段，車(chē)齡較長(cháng)的電動(dòng)汽車(chē)應盡量避免進(jìn)人積水路段。（4）火災應對：室內汽車(chē)庫應根據GB/T51313-2018《電動(dòng)汽車(chē)分散充電設施工程技術(shù)標準》及GB50140《建筑滅火器配置設計規范》中相關(guān)規定合理配置滅火器及防火單元，宜選用干粉滅火器；而室外分散充電設施應根據GB/T51313-2018與就近建筑物或汽車(chē)庫、停車(chē)場(chǎng)共用消防設施并應處于現有視頻監控的監控范圍內以實(shí)現實(shí)時(shí)火災監控。一旦發(fā)生電動(dòng)汽車(chē)火災事故，車(chē)主應立即斷電遠離車(chē)輛并立即報警，防止吸人有毒氣體，密切觀(guān)察起火點(diǎn)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。

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

5.17KW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。

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

六、結束語(yǔ)

電動(dòng)汽車(chē)作為汽車(chē)工業(yè)可持續發(fā)展戰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(wú)法規避火災事故。（1）針對近兩年電動(dòng)汽車(chē)火災事故分析可知：純電動(dòng)汽車(chē)是電動(dòng)汽車(chē)火災事故的高發(fā)車(chē)型；電池問(wèn)題是電動(dòng)汽車(chē)火災事故發(fā)生的主要原因；夏季是電動(dòng)汽車(chē)火災事故高發(fā)期。（2）針對三元鋰電池熱失控成因及火災特點(diǎn)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蔓

延迅速，溫度高，產(chǎn)生有毒煙霧，滅火困難，存在爆炸風(fēng)險。（3)目前電動(dòng)汽車(chē)火災事故只能從源頭上預防。有關(guān)部門(mén)應完善標準，加強管理；企業(yè)應加強自身監管，針對安全隱患設計應對方案，并提醒車(chē)主安全操作，及時(shí)維修保養；車(chē)主應加強安全意識，科學(xué)用電，防止磕碰，盡量避免浸水；一旦發(fā)生電動(dòng)汽車(chē)火災應及時(shí)斷電并遠離車(chē)輛，立即報警、等待救援。

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