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淺談電動汽車火災(zāi)現(xiàn)狀分析與應(yīng)對建議
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?zé)崾Э貫殡妱悠嚮馂?zāi)事故主要成因;之后對三元鋰電池?zé)崾Э爻梢蚣叭紵攸c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?zé)崾Э?;?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(dāng)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?zé)崾Э胤治?/p>
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?zé)崾Э噩F(xiàn)象。因此,鋰離子電池?zé)崾Э厥请妱悠嚮馂?zāi)事故的主要原因。
1鋰離子電池?zé)崾Э爻梢?/p>
鋰離子電池?zé)崾Э刂饕怯捎陔姵貎?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?zé)崾Э卦虬ǎ弘姵厣a(chǎn)缺陷引起短路;過充電或過放電等電池使用不當(dāng)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(fēng)險也越高。
2鋰離子電池?zé)崾Э鼗馂?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?zé)崾Э鼗馂?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?zé)崾Э鼗馂?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?zé)崾Э鼗馂?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(dāng)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(dāng)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(dāng)?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(dāng)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(dāng)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(zé)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(dāng)操作,基于以上提出以下幾點建議:(1)科學(xué)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(fēng)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(xué)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
序號 | 名稱 | 單位 |
1 | 智慧用電云平臺 | EIOT |
2 | 電氣火災(zāi)探測器 | ARCM300系列 |
3 | 限流式保護器 | ASCP系列 |
4 | 汽車充電樁 | AEV200系列 |
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
序號 | 名稱 | 型號、規(guī)格 | 單位 | 數(shù)量 | 備注 |
1 | 電氣火災(zāi)監(jiān)控裝置 | 三相(I、U、Kw、Kvar、Kwh、Kvarh、Hz、COSφ),視在電能、四象限電能計算,單回路剩余電流監(jiān)測,4路溫度監(jiān)測,2路繼電器輸出,2路開關(guān)量輸入,事件記錄,內(nèi)置時鐘,點陣式LCD顯示,1路獨立RS485/Modbus通訊,支持4G/NB等多種無線上傳方案,支持斷電報警上傳功能。 | 只 | 1 | 安科瑞 |
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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(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(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?zé)崾Э爻梢蚣盎馂?zāi)特點分析可知:電池生產(chǎn)缺陷、用電不當(dāng)、碰撞均有可能引起鋰離子電池?zé)崾Э?;鋰離子電池?zé)崾Э鼗馂?zāi)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(xué)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。