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淺談電動汽車分散充電設施火災風險及防范措施

更新時間：2024-07-22點擊次數：2214次

任運業

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：近年來，隨著環境保護意識的不斷增強，新能源汽車逐漸成為未來的發展趨勢。電動汽車作為新能源汽車中的代表力量，集環保、省錢、噪音小、能源消耗低等優勢于一體，發展空間巨大。隨著我國電動汽車產業及其配套充電設施技術的發展，電動汽車的人均保有量逐年遞增，但火災事故也隨之逐年上升。如何在滿足人們正常使用需求的情況下，有效針對這些早期建設的充電設施進行消防安全改造，亟須予以研究規范。本文通過對既有公共建筑地下停車庫的電動汽車分散充電設施及其充電過程中的火災風險進行分析調研，提出相應對策。

關鍵詞：電動汽車充電設施火災防范

0引言

根據新能源汽車大數據聯盟2019年8月18日發布的《新能源汽車監管平臺大數據安全監管成果報告》，當年5~8月，全國新能源汽車發生的安全事故有79起，涉及車輛96輛，58%的車輛起火源于電池問題，其他為車輛碰撞、浸水、零部件故障、使用問題等原因。

1電動汽車及充電設施的火災風險分析

1.1電動汽車的火災特點

一是火災發生較為突然，行駛或充電過程中均有可能；二是火災發展速度快，起火后往往幾分鐘就形成猛烈燃燒，極易引燃周邊停放的車輛；三是燃燒產物具有毒性，鋰電池組燃燒時可能會有爆炸或電池液噴濺現象，對周邊人員或停放車輛影響較大；四是容易復燃，鋰電池組起火被撲滅后，內部仍處于熱失控狀態，存在升溫引發復燃的可能。

1.2電動汽車的火災特點

根據相關文獻資料，電動汽車起火主要原因為動力電池組故障引發火災，主要有以下幾方面：

1.2.1過充電：電動汽車的動力電池組充放電的過程中溫度會上升，尤其是處于過充電時，電池溫度上升較快，導致電解液發生分解反應，產生的熱量會加快電池溫度上升，使電池發生熱失控而引發火災。

1.2.2熱沖擊：高溫環境下，鋰離子電池內的SEI膜因受熱而分解，導致電池液與電極發生反應，產生大量可燃氣體，放熱使電池燃燒。

1.2.3短路：發生短路時，鋰電池大流量放電，使電池產生放熱反應，電解液噴濺，溢出可燃氣體，引起燃燒甚至爆炸。

1.2.4其他因素：一是穿刺、震動、碰撞、擠壓等機械動作引起的電池短路；二是隨著電池反復充、放電，電池不斷膨脹、收縮，使原先吸附于電極表面的導電微塵受到擠壓而刺穿隔膜，引發燃燒。

2設有電動汽車分散充電設施的地下車庫火災隱患分析

2.1火災隱患分析

2.1.1部分電動汽車分散充電設施的設置部位不符合消防技術標準要求：根據《電動汽車分散充電設施工程技術標準》(GB/T51313-2018)[1]6.1.5條規定，電動汽車分散充電設施設置在地下車庫時，宜布置在地下車庫的首層，不應布置在地下建筑四層及以下。但從實際情況看，既有的電動汽車分散充電設施均有設在地下四層的情況。

2.1.2電動汽車分散充電設施未集中布置，與其他場所無防火分隔措施：電動汽車分散充電設施停車位與一般停車位之間，或與其他部位之間均未采用耐火極限為2h的防火隔墻或防火卷簾、防火分隔水幕等進行分隔。

2.1.3部分集中布置電動汽車分散充電設施的區域未按標準要求劃分防火分隔單元：地下停車庫內的電動汽車分散充電設施采取了集中布置在同一防火分區內的措施，但未在防火分區內按不大于1000m2的標準采用2h防火隔墻或防火卷簾、防火分隔水幕等防火措施劃分防火單元。

2.2消防設施及滅火器材方面

目前設有電動汽車分散充電設施的地下車庫均已設置室內消火栓系統、自動噴水滅火系統、火災自動報警系統和機械排煙系統，但自動噴水滅火系統是按《汽車庫、修車庫、停車場設計防火規范》(GB50067)，以下簡稱《汽車庫防火規范》)和《自動噴水滅火系統設計規范》(GB50084)要求設置的。《汽車庫防火規范》的適用范圍是由內燃機驅動且無軌道的汽車，其火災風險、熱荷載與電動汽車的火災風險、熱荷載不同，因此按此規范要求配置的中危險Ⅱ級自動噴水滅火系統并不適用于以鋰電池組為動能驅動的電動汽車庫。同樣的，按中危險級配置基準來配置設有電動汽車分散充電設施地下車庫的滅火器也是不適用的。

2.3 供電系統方面

2.3.1充電設施配電支線跨越防火分區：充電樁的配電支線跨越防火分區，發生火災時，不能有效切斷著火區域的充電樁電源，影響其他區域的正常供電。

2.3.2充電設施功率和斷路器不匹配：線路過負荷運行，導致線路發熱引起電氣火災。

2.3.3大功率充電設施設在建筑物的地下層：根據標準圖集《電動汽車充電基礎設施設計與安裝》(18D705-2)的3.8.2條，大功率的充電設施(如非車載充電機、充電主機系統)不宜設在建筑物的地下層，宜集中設在地上區域并滿足消防要求。從目前停車庫來看，地下一層至地下四層大多設置了電動汽車充電樁，有的還大量使用功率為60kW及以上的直流充電樁。這些大功率充電設施的使用勢必增加電纜的載流量和橫截面積，對充電設備的散熱、絕緣要求更高，一旦絕緣保護損壞散熱不及時，勢必引發火災。

2.3.4充電樁配電線路未采用低煙無鹵型：高鹵型電纜具有高發煙率和較高的毒性指數，發生火災使人呼吸困難，對人員的生命安全造成的威脅。

2.3.5充電設施生銹：充電設施未及時維護而生銹，連接頭接觸不良，導致接觸電阻過大發熱，形成直流電弧。

2.3.6未設置電動汽車充電設施監控系統：電動汽車充電設施監控系統可對停車場充電設備運行進行實時監控、信號采集、車輛就位自動偵檢、全站安防視頻監控等功能，在本地或遠程監控室實現對充電設備、配電設備及其他設備的集中監視和控制管理，提高工作效率和充電安全性能[3]。目前，大多數設置電動汽車充電設施的地下停車庫內均未設置電動汽車充電設施監控系統，缺失及時有效的安全故障警告，監控力不足。

2.4消防安全管理方面

2.4.1相對于普通車庫，充電車位涉及的管理主體更為復雜，充電柱和車位、配電設施等屬于不同管理主體。一些車位售出后，充電車位位于各業主單位的各自區域，不便于集中設置充電車位和統一管理。

2.4.2停車庫內有吸煙、亂扔煙頭的現象，吸煙人將礦泉水瓶用作煙缸，未蓋瓶蓋放置于充電柱上，存在充電設施進水短路的風險。

2.4.3消火栓箱安裝在立柱背向車道一側，標識不明顯；與車位距離較小，容易造成消火栓箱門開啟角度不足。

2.4.4消防設施、器材未保持完好，如疏散指示標識損壞，管道保溫材料破損、外露等現象。

2.4.5雜物間或保潔工具間、休息間等與停車位同層，可燃物堆放在車位旁，有的停車庫充電柱旁堆放購物車等雜物。

3　電動汽車分散充電設施的主要防控措施

3.1規范充電設施改造行為，加強源頭管理

在既有地下車庫內增設、改造電動汽車分散充電設施不僅增設電動汽車分散充電設施(如充電樁及相關供配電設施等)，還應當對原有地下車庫防火單元進行改造，增設防火卷簾、防火門、防火隔墻等防火分隔構件，調整防煙分區劃分并改造機械排煙設施，同時應根據新增的防火卷簾、防煙分區和機械排煙系統來調整火災報警系統的聯動邏輯關系。因此，應當加大對管理使用單位的宣傳引導，引導單位在既有汽車庫內新增、改造電動汽車分散充電設施時，聘請有資質的設計、施工單位嚴格按《電動汽車分散充電設施工程技術標準》(GB/T51313-2018)[1]的要求進行設計、施工，在安裝、調試結束后應組織設計、施工和設施供應商共同對新增、改造的電動汽車分散充電設施進行驗收，自驗收合格后方可投入使用，并將自驗收的相關資料存檔以備檢查、維護保養[4]。相關部門對此類場所核發許可文件時，應對該場所的消防安全現狀進行檢查，以確保消防安全。

3.2落實消防技術措施，整改火災隱患

3.2.1建筑防火方面

(1)電動汽車分散充電設施設置在地下車庫時，其充電設施單臺額定輸出功率不應大于60kW；當采用直流充電樁時，不宜設置在地下二層及以下樓層，并宜設置在地下車庫的出入口附近，便于消防救援。

(2)除直流充電樁外，電動汽車分散充電設施應集中布置在同一防火分區內，并應設置獨立的防火單元，地下每個防火單元的大允許建筑面積不應大于1000m2；防火單元之間應采用耐火極限不小于2.0h的防火隔墻、乙級防火門或防火卷簾、防火分隔水幕等與汽車庫其他部位分隔。

(3)設置直流充電樁的停車位應在同一防火分區集中布置，并與汽車庫其他部位之間采取防火分隔措施；直流充電樁設置在地下一層時，其防火單元面積不宜大于500m2。

3.2.2消防設施及滅火器材方面

(1)設置電動汽車分散充電設施的地下車庫應設置室內消火栓系統、自動噴水滅火系統、火災自動報警系統和機械排煙系統；確認火災后立即切斷相應區域充電樁的電源。

(2)除直流充電樁外，I、Ⅱ類汽車庫內設有電動汽車分散充電設施的防火單元自動噴水滅火系統應按嚴重危險級I級設計，每個電動汽車停車位上應設置噴頭保護，并采用快速響應噴頭。

(3)I、Ⅱ類汽車庫設有直流充電樁的防火單元應按嚴重危險級Ⅱ級要求設置雨淋系統。

(4)在電動汽車充電樁配置箱的進線處應安裝帶過載保護、短路保護、剩余電流保護于一體的多功能低壓斷路器和電氣火災監控裝置。

(5)設有電動汽車充電設施的防火分區滅火器應按嚴重危險級的要求配置，并增配60L推車式泡沫滅火器或50kg推車式ABC干粉滅火器。

3.2.3供電系統方面

(1)合理規劃用電內容，其供配電回路不應跨越防火分區；應聘請有資質的設計單位合理設計用電設備，選用經產品質量認證合格的產品，使用前對充電樁做好檢測工作，確認低壓控制裝置、電線、電纜的型號是否正確，負荷電流是否能滿足設備的額定電流等；根據建筑內增設自動消防設施的情況，校核消防供電回路能否滿足增設消防用電設備的需求。

(2)充電設施電源進線的規格型號應符合標準，至少滿足7kW充電設施的功率需求；線纜應在電纜橋架、電纜保護管內敷設，不得明敷或直埋敷設；管線橋架穿過地板、墻壁、屋頂、隔墻等建筑構件時，其孔隙應按等同建筑構件耐火極限要求進行防火封堵。

(3)充電設施應根據現場情況，選用落地式或壁掛式安裝；充電設施應布置在停車位旁，便于充電車輛停放和充電人員操作，且不應妨礙其他車輛正常地停車、充電和通行；充電設施安裝高度應便于操作[5]。

(4)地下停車庫每個防火分區內均應設置配電間，配電間至所在防火分區內任一車位的直線距離不應大于60m。

3.3加強消防安全管理，做好維護保養

3.3.1落實消防安全責任制，地下車庫產權、使用單位和電動汽車分散充電設施日常運營維護單位之間應簽訂消防安全協議，明確各自的消防安全責任。

3.3.2涉及不同管理主體的停車庫，需建立快速有效的應急預案體系，在車庫或車位相應位置標明緊急聯xi人和聯xi方式。

3.3.3在充電車位設置明顯標志，寫明充電安全注意事項；采用智能技術對電動汽車分散充電設施進行監控，并對已建好的充電柱智能監控平臺加強管理和日常運營維護，及時掌控充電信息數據，防止過充和帶故障運行。

3.3.4保持充電車位和充電設施與其他部位的防火分隔，合理設置雜物間、工具間、休息室等有人員活動的區域。

3.3.5按照標準設置消防設施、滅火器材，做好維護保養，確保其完好有效，并應設置明顯標識標志和使用提示。

3.3.6強日常巡查、檢查，及時清理雜物、垃圾，警示和制止吸煙行為，保障充電設施不受熱源、火源、可燃物、腐蝕物及潮濕、撞擊等影響。

3.4提升技術防范措施，確保安全運營

3.4.1設置基于熱成像應用的高精度、快速反應的電動汽車充電監測系統：在充電樁集中區安裝熱成像攝像機，通過網絡將視頻圖像和報警信號傳到平臺客戶端，平臺以圖像、短信、郵件等方式及時發送給監管人員，盡早處理火情隱患。

3.4.2設置電動汽車電池箱智能火災預警及消防防護系統：該系統具有動力電池熱失控預警、報警信號輸出、滅火器自動啟動等功能，達到動力電池火災防控目的。

3.4.3充電樁配電箱內部設置熱氣溶膠自動滅火裝置、火探管自動滅火裝置等：配電箱內部安裝無線滅火裝置的自動預警滅火系統，可采用熱氣溶膠自動滅火裝置或火探管滅火裝置，對于人員不能及時巡查且重要的充電樁配電設施等進行輔助監控、及時預警和撲滅火災[6]。

4 安科瑞電氣火災監控云系統架構和硬件選型

安科瑞電氣推出的電氣火災監控云系統采用的剩余電流互感器、溫度傳感器和電氣火災探測器、故障電弧探測器和電氣防火限流式保護器，對引發電氣火災的主要因素（導線溫度、電流、剩余電流、故障電弧等）進行不間斷的數據與統計分析，并將發現的各種隱患信息及時推送給用戶，用戶可根據時間的排查和治理，達到潛在電氣火災隱患，實現“防患于未然"的目的。

用戶可以利用PC、手機、平板電腦等多種終端實現對平臺的訪問，查詢包括系統信息、實時數據、報記錄等在內的各種信息，使用方便。利用該系統為用戶提供的低成本服務，能有提升消防管理和電氣設備水平，防范重大惡性火災財產損失、尤其是重大惡性人員傷亡責任的發生。

本系統的整體結構如圖所示：

4.1子平臺概述

安科瑞AcrelCloud-9000充電站運營平臺依托物聯網、云計算、互聯網、大數據、AI等技術，對充電站配電系統的運行、電能消耗、電能質量、充電安全和行為安全進行實時監控和預警，為充電站的可靠、安全、經濟運行提供保障，并及時切除安全隱患、避免電氣火災發生，從而保障人員的生命財產安全，打造“安全、高效、舒適、綠色"的“人—車—樁—電網—互聯網—多種增值業務"的智慧充電站，提升充電站的社會和經濟價值。

4.2適用場合

可廣泛應用于醫院、學校、酒店、體育場等公共建筑；商業廣場、產業園等綜合園區；企業、住宅小區等場所。

4.3系統簡介

平臺采用分層分布式結構，主要由感知層、網絡層和平臺層三個部分組成，詳細拓撲結構如下：

現場設備層：連接于網絡中的各類傳感器，包括多功能電力儀表、汽車充電樁、電瓶車充電樁、電能質量分析儀表、電氣火災探測器、限流式保護器、煙霧傳感器、測溫裝置、智能插座、攝像頭等。

網絡通訊層：包含現場智能網關、網絡交換機等設備。智能網關主動采集現場設備層設備的數據，并可進行規約轉換，數據存儲，并通過網絡把數據上傳至搭建好的數據庫服務器，智能網關可在網絡故障時將數據存儲在本地，待網絡恢復時從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務器端數據不丟失。

平臺管理層：包含應用服務器和數據服務器，完成對現場所有智能設備的數據交換，可在PC端或移動端實現實時監測充電站配電系統運行狀態、充電樁的工作狀態、充電過程及人員行為，并完成微信、支付寶在線支付等應用。

多功能電力儀表、汽車充電樁、電瓶車充電樁、電氣火災探測器、限流式保護器、智能插座可通過全網通4G通訊模組與平臺直接通訊。

電能質量分析儀表、煙霧傳感器和測溫裝置通過RS485，攝像頭通過RJ45與智能網關通訊，再由智能網關通訊通過4G統一與平臺通訊。

限流式保護器既可以通過4G連接平臺，也可以通過RS485連接網關。

平臺搭建在客戶自己配置的服務器上。搭建完成之后，客戶可以在任意能聯網的地方，通過有權限的賬號登陸網頁以及手機APP查看各處的運行情況。

4.4硬件選型：

1	智慧消防云平臺	EIOT	一些小場景如出租戶、商鋪、公寓、作坊等，需要電力抄表數據托管（一般30臺表以下）可選擇數據托管模式或者買斷模式	可選
2	電氣火災監控設備（含軟件）	Acrel-6000/B3(A)	適用于1~4條通信總線多可連接256個探測器，可適用于壁掛安裝的場所。	可選
3	充電站運營平臺	AcrelCloud-9000	可在PC端或移動端實現實時監測充電站配電系統運行狀態、充電樁的工作狀態、充電過程及人員行為，并完成微信、支付寶在線支付等應用。	可選
4	充電樁	AEV200系列	充電樁智能控制器對充電樁具備測量、控制與保護的功能，如運行狀態監測、故障狀態監測、充電計量與計費以及充電過程的聯動控制等。	可選
5	限流式保護器	ASCP系列	短路限流保護、過載保護、內部超溫限流保護、過欠壓保護、漏電監測、線纜溫度監測，1路RS485通訊，1路NB或4G無線通訊，額定電流為0-63A可設。	可選
6	智慧用電保護器	ARCM300系列	三相（I、U、Kw、Kvar、Kwh、Kvarh、Hz、COSφ），視在電能、四象限電能計算，單回路剩余電流監測，4路溫度監測，2路繼電器輸出，2路開關量輸入，事件記錄，內置時鐘，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通訊。
6	漏電互感器	AKH-0.66L系列	剩余電流互感器，采集剩余電流信號。	可選
7	溫度傳感器	ARCM-NTC	溫度傳感器，采集線纜或配電箱體溫度。	可選