任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：近年來國家大力推動(dòng)汽車電動(dòng)化，針對(duì)消費(fèi)者購買新能源電動(dòng)汽車給出了諸多優(yōu)惠，得益于此國內(nèi)新能源電車保有量增長迅猛，但隨之增加的火災(zāi)事故，則引起了消費(fèi)者的廣泛擔(dān)憂，給電車的發(fā)展形成了很大阻礙。鑒于此，需要加強(qiáng)調(diào)查新能源電車火災(zāi)事故的成因，并據(jù)此探索可行的防控策略，以推動(dòng)新能源電車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。

關(guān)鍵詞：火災(zāi)事故　火災(zāi)特點(diǎn)　新能源電車　動(dòng)力電池

0　引言

由于傳統(tǒng)燃油車的技術(shù)差距，以及國家對(duì)于節(jié)能環(huán)保的高度重視，使得越來越多汽車廠商將賽道轉(zhuǎn)向新能源電車。長安、比亞迪的成功案例，也預(yù)示著這一行業(yè)在我國具有廣闊的市場(chǎng)前景。雖然國內(nèi)新能源電車發(fā)展良好的，但仍有許多車主不認(rèn)可或不接受電車。追根究底，原因主要來自兩方面：一方面，電車的續(xù)航與充電問題。相較于燃油車，電車須固定停車位充電，加大了車主的用車成本；雖然當(dāng)前許多電車都宣傳能達(dá)到600公里的續(xù)航，但理論續(xù)航與實(shí)際續(xù)航存在較大差異，導(dǎo)致了許多車主存在里程焦慮；另一方面，安全問題，這也是消費(fèi)者*為關(guān)注的問題，尤其是許多消費(fèi)者都擔(dān)心新能源電車的自燃問題。據(jù)國家應(yīng)急管理部公布的2022年一季度新能源汽車火災(zāi)數(shù)據(jù)顯示：共發(fā)生640起火災(zāi)，相較去年同期上升32%，平均每天火災(zāi)事故超過7例。

1　新能源電車的火災(zāi)特點(diǎn)

第一，存在較多的裝置管線，滅火用時(shí)長。新能源電車具有復(fù)雜的內(nèi)部管線和裝置，其中許多都是可燃物。曾有一項(xiàng)關(guān)于電動(dòng)汽車電池的自由燃燒試驗(yàn)，約90min持續(xù)可見電池火焰，能達(dá)到916℃的高溫[1]。同時(shí)，當(dāng)汽車發(fā)生火災(zāi)后，會(huì)快速蔓延，出現(xiàn)大面積的燃燒，一般滅火劑存在較大的撲救難度，且受車架、護(hù)欄和座椅等阻礙，滅火劑很難直擊起火點(diǎn)，影響滅火的效率。

第二，存在較多有害氣體。電車電池燃燒速度快，僅6s就能形成猛烈火勢(shì)，有著較長的火焰噴射距離（約5m），同時(shí)火焰周圍會(huì)伴有許多噴濺物。另外，當(dāng)電池出現(xiàn)燃燒，會(huì)有大量化合物產(chǎn)生，如醚、烷烴、烯烴等，這些都會(huì)威脅到救援人員與車內(nèi)人員的安全。

第三，面臨較高的觸電危險(xiǎn)。電池若因?yàn)樽矒?、火?zāi)等出現(xiàn)擠壓、穿刺和損壞等情況，會(huì)導(dǎo)致液體泄漏，當(dāng)存在導(dǎo)電介質(zhì)時(shí)，就有較大概率引發(fā)人員觸電。另外，當(dāng)前，鋰電子電池組被多數(shù)電動(dòng)汽車作為儲(chǔ)電單元，而這類電池負(fù)極材料與空氣接觸后，會(huì)出現(xiàn)劇烈氧化，也會(huì)導(dǎo)致逃生、救援難度加大。

2　新能源電車火災(zāi)事故的原因調(diào)查

據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國在2021年共售出新能源電車288.32萬輛，約占到乘用13.88%的份額。同時(shí)國務(wù)院要求，電車的市場(chǎng)zhan有率在2030年時(shí)要達(dá)到40%。這意味著電車保有量會(huì)不斷增加，而出現(xiàn)的火災(zāi)事故也將更多。從相關(guān)部門所公布的2022年第一季度的電車火災(zāi)事故，相較去年同期上漲31%，就能看出這一點(diǎn)。通過調(diào)查2018年至今所報(bào)道的一些新能源汽車火災(zāi)事故，并展開整理分析，得出當(dāng)前引發(fā)電車火災(zāi)事故的原因主要有如下：

2.1　動(dòng)力電池系統(tǒng)

該系統(tǒng)故障又分為兩類，即機(jī)械沖擊所致動(dòng)力電池系統(tǒng)熱失控和電氣故障。就電池系統(tǒng)安全而言，需要高度重視電安全與熱安全，具體包含如下內(nèi)容：一是，事故情況下的防護(hù)，如水浸、熱失控、針刺、碰撞、跌落等；二是，濫用下的防護(hù)，如高溫用電、低溫充電、短路、過放和過充等；三是，正常情況下的防護(hù)，如防結(jié)構(gòu)損失與侵入、防水防塵等。經(jīng)調(diào)查得知，當(dāng)前電車的電氣故障起火，主要是由來電連接、繼電器、高壓線束、低壓線束等部件失效所致；機(jī)械沖擊，則多是電池包被擠壓后，造成電池模組形變，單體電池出現(xiàn)短路、生銹和漏液，進(jìn)而誘發(fā)熱失控[2]。

2.2　單體電池

這主要是由于產(chǎn)品自身因素，單體電池出現(xiàn)電池漏液、一致性差等問題，引發(fā)火災(zāi)事故。這是因?yàn)殡娦疽恢滦圆?，使得電池之間形成壓差，進(jìn)而出現(xiàn)過充電，導(dǎo)致熱失控。而電解液泄露，則會(huì)出現(xiàn)燃燒的情況。此外，單體電池內(nèi)部短路，也會(huì)導(dǎo)致熱失控，進(jìn)而誘發(fā)火災(zāi)。

2.3　電路短路

這是引發(fā)車輛自燃的主要因素之一，當(dāng)線路局部出現(xiàn)過大電阻、接點(diǎn)不牢的情況，會(huì)產(chǎn)生熱能，使得接點(diǎn)由于發(fā)熱而起火，*終誘發(fā)火災(zāi)。當(dāng)前國內(nèi)部分追求個(gè)性化的年輕，熱衷于車輛的改裝，但若不清楚車輛線路的布局和詳細(xì)結(jié)構(gòu)，就盲目進(jìn)行改裝，亂拉和亂接電線，就會(huì)加大短路的發(fā)生率，譬如不合理的配線，超出線路額定功率，就會(huì)出現(xiàn)線路老化、過熱等情況，引發(fā)火災(zāi)事故。

2.4　外部熱源因素

外部熱源也是引起新能源電車火災(zāi)事故的重要因素，譬如夏季的太陽暴曬、煙蒂掉在車內(nèi)或點(diǎn)煙器等。曾有一起電車火災(zāi)事故，車主將打火機(jī)滑入座椅滑軌，而電動(dòng)座椅具有記憶防盜功能，當(dāng)車主下車之后，座椅自動(dòng)滑行卡住打火機(jī)，進(jìn)而導(dǎo)致車輛自燃的事故。

3 安科瑞電氣火災(zāi)監(jiān)控云系統(tǒng)架構(gòu)和硬件選型

安科瑞電氣推出的電氣火災(zāi)監(jiān)控云系統(tǒng)采用自主研發(fā)的剩余電流互感器、溫度傳感器和電氣火災(zāi)探測(cè)器、故障電弧探測(cè)器和電氣防火限流式保護(hù)器，對(duì)引發(fā)電氣火災(zāi)的主要因素（導(dǎo)線溫度、電流、剩余電流、故障電弧等）進(jìn)行不間斷的數(shù)據(jù)與統(tǒng)計(jì)分析，并將發(fā)現(xiàn)的各種隱患信息及時(shí)推送給用戶，用戶可根據(jù)時(shí)間的排查和治理，達(dá)到潛在電氣火災(zāi)隱患，實(shí)現(xiàn)“防患于未然"的目的。

用戶可以利用PC、手機(jī)、平板電腦等多種終端實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)的訪問，查詢包括系統(tǒng)信息、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、報(bào)記錄等在內(nèi)的各種信息，使用方便。利用該系統(tǒng)為用戶提供的低成本服務(wù)，能有提升消防管理和電氣設(shè)備水平，防范重大惡性火災(zāi)財(cái)產(chǎn)損失、尤其是重大惡性人員傷亡責(zé)任的發(fā)生。

本系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖所示：

3.1硬件選型：

ANet系列邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)

高性能平臺(tái)：高性能ARM 32位處理器；嵌入式Linux操作系統(tǒng)128M以上內(nèi)存；*大可擴(kuò)展32G外部存儲(chǔ)；

穩(wěn)定可靠：電磁兼容4級(jí)、硬件加密(國密算法SM1,SM4)、軟件加密(AES)、寬溫寬壓工作；

強(qiáng)處理能力：*大4萬個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)位處理能力；多平臺(tái)數(shù)據(jù)上傳；

接口豐富：*大16個(gè)串口；以太網(wǎng)、Lora、Wifi、DI/DO/AI、4G；

擴(kuò)展方便：自定義總線擴(kuò)展協(xié)議；按需擴(kuò)展串口、DI/DO/AI、4G、硬件加密、GPS；

協(xié)議豐富：設(shè)備側(cè)：ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、IEC103/104、OPC UA、BACNET等；平臺(tái)側(cè)：ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、DGJ08-2068-2012上海建筑能耗、DGJ32/TJ111-2010江蘇建筑能耗、揚(yáng)州、常州、杭州、廣西河池等地省市能耗、寧夏電力需求側(cè)、安科瑞運(yùn)維云、預(yù)付費(fèi)云協(xié)議、華云104協(xié)議、SNMP、MQTT協(xié)議、OPC UA、IEC 61850、Q/GDW 376.1等；

邊緣計(jì)算：虛擬數(shù)據(jù)求和、數(shù)據(jù)二次計(jì)算（加減乘除）、邏輯控制（梯形圖繪制）斷點(diǎn)續(xù)傳、數(shù)據(jù)凍結(jié)、失電報(bào)警；多級(jí)報(bào)警設(shè)置、協(xié)議解析、規(guī)約轉(zhuǎn)換；

遠(yuǎn)程管理：遠(yuǎn)程配置、遠(yuǎn)程監(jiān)視、遠(yuǎn)程升級(jí)；

應(yīng)用豐富：綜合能源管理、電力需求側(cè)、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、新能源、自動(dòng)化、物聯(lián)網(wǎng)

AASCP電氣防火限流式保護(hù)器

當(dāng)?shù)蛪号潆娀芈钒l(fā)生短路故障時(shí)，ASCP200電氣防火限流式保護(hù)器能以微秒級(jí)速度快速(＜150μs)限制短路電流以實(shí)現(xiàn)滅弧保護(hù)，從而能顯著減少電氣火災(zāi)事故，有效克服傳統(tǒng)斷路器、空氣開關(guān)和監(jiān)控設(shè)備存在的短路電流大、切斷短路電流時(shí)間長、短路時(shí)產(chǎn)生的電弧火花大，以及使用壽命短等弊端，特別適合配套充電樁使用。

4方案效果

采用了安科瑞智慧消防云平臺(tái)效果，可以實(shí)現(xiàn)刷卡方式啟動(dòng)充電，并且可以預(yù)留微信和支付寶充電方式。通過監(jiān)控值班室后臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控充電樁狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)三級(jí)保護(hù)功能，包括短路保護(hù)、功率保護(hù)和系統(tǒng)保護(hù)，其中系統(tǒng)保護(hù)指超過功率閾值時(shí)不允許增加充電位。

5現(xiàn)場(chǎng)效果圖

充電樁具備控制、測(cè)量與保護(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。

短路限流：當(dāng)線路發(fā)生短路故障時(shí)，能在150μs內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速限流保護(hù)，抑制因短路電流過大所引起的電氣火災(zāi)事故。

過載限流：當(dāng)被保護(hù)線路的電流超過額定電流，線路過載且過載持續(xù)時(shí)間超過設(shè)定時(shí)間（3-60秒）時(shí)，保護(hù)器進(jìn)行限流保護(hù)。

6結(jié)語

伴隨國家不斷推進(jìn)國內(nèi)電車化進(jìn)程，鋰離子電池技術(shù)的不斷發(fā)展，我國的新能源電車保有量將不斷增加，但也將面臨更多的電車火災(zāi)事故問題。尤其是近段時(shí)間大型新能源電車廠商所出現(xiàn)的火災(zāi)事故，使得更多消費(fèi)者開始擔(dān)憂新能源電車的安全問題，這將會(huì)給該產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展形成很大影響。經(jīng)過調(diào)查得知，致使新能源電車火災(zāi)事故的因素較多，對(duì)此需要政府、消防救援部門、汽車生產(chǎn)商和車主發(fā)揮自身作用，多主體、多方面發(fā)力，如此才能有效防控電車火災(zāi)，降低火災(zāi)事故帶來的損失與影響，促進(jìn)電車產(chǎn)業(yè)良好發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[2]陶晟宇，樊宏濤，孫耀杰.功能安全視角下的電動(dòng)汽車起火爆炸分析[J].復(fù)旦學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020，59（6）：734-739.

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)，2022.10版.

[4]張磊，新能源電動(dòng)汽車火災(zāi)事故調(diào)查研究

作者簡介：

任運(yùn)業(yè)，男，安科瑞電氣股份有限公司。