淺談電動汽車分散充電設(shè)施火災(zāi)風(fēng)險及防范措施

任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：近年來，隨著環(huán)境保護意識的不斷增強，新能源汽車逐漸成為未來的發(fā)展趨勢。電動汽車作為新能源汽車中的代表力量，集環(huán)保、省錢、噪音小、能源消耗低等優(yōu)勢于一體，發(fā)展空間巨大。隨著我國電動汽車產(chǎn)業(yè)及其配套充電設(shè)施技術(shù)的發(fā)展，電動汽車的人均保有量逐年遞增，但火災(zāi)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(shè)的充電設(shè)施進行消防安全改造，亟須予以研究規(guī)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(shè)施及其充電過程中的火災(zāi)風(fēng)險進行分析調(diào)研，提出相應(yīng)對策。

關(guān)鍵詞：電動汽車充電設(shè)施火災(zāi)防范

0引言

根據(jù)新能源汽車大數(shù)據(jù)聯(lián)盟2019年8月18日發(fā)布的《新能源汽車監(jiān)管平臺大數(shù)據(jù)安全監(jiān)管成果報告》，當(dāng)年5~8月，全國新能源汽車發(fā)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(shè)施的火災(zāi)風(fēng)險分析

1.1電動汽車的火災(zāi)特點

一是火災(zāi)發(fā)生較為突然，行駛或充電過程中均有可能；二是火災(zāi)發(fā)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(chǎn)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(xiàn)象，對周邊人員或停放車輛影響較大；四是容易復(fù)燃，鋰電池組起火被撲滅后，內(nèi)部仍處于熱失控狀態(tài)，存在升溫引發(fā)復(fù)燃的可能。

1.2電動汽車的火災(zāi)特點

根據(jù)相關(guān)文獻資料，電動汽車起火主要原因為動力電池組故障引發(fā)火災(zāi)，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(dǎo)致電解液發(fā)生分解反應(yīng)，產(chǎn)生的熱量會加快電池溫度上升，使電池發(fā)生熱失控而引發(fā)火災(zāi)。

1.2.2熱沖擊：高溫環(huán)境下，鋰離子電池內(nèi)的SEI膜因受熱而分解，導(dǎo)致電池液與電極發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生大量可燃氣體，放熱使電池燃燒。

1.2.3短路：發(fā)生短路時，鋰電池大流量放電，使電池產(chǎn)生放熱反應(yīng)，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(fù)充、放電，電池不斷膨脹、收縮，使原先吸附于電極表面的導(dǎo)電微塵受到擠壓而刺穿隔膜，引發(fā)燃燒。

2設(shè)有電動汽車分散充電設(shè)施的地下車庫火災(zāi)隱患分析

2.1火災(zāi)隱患分析

2.1.1部分電動汽車分散充電設(shè)施的設(shè)置部位不符合消防技術(shù)標準要求：根據(jù)《電動汽車分散充電設(shè)施工程技術(shù)標準》(GB/T51313-2018)[1]6.1.5條規(guī)定，電動汽車分散充電設(shè)施設(shè)置在地下車庫時，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。但從實際情況看，既有的電動汽車分散充電設(shè)施均有設(shè)在地下四層的情況。

2.1.2電動汽車分散充電設(shè)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(shè)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(shè)施的區(qū)域未按標準要求劃分防火分隔單元：地下停車庫內(nèi)的電動汽車分散充電設(shè)施采取了集中布置在同一防火分區(qū)內(nèi)的措施，但未在防火分區(qū)內(nèi)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(shè)施及滅火器材方面

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

2.3 供電系統(tǒng)方面

2.3.1充電設(shè)施配電支線跨越防火分區(qū)：充電樁的配電支線跨越防火分區(qū)，發(fā)生火災(zāi)時，不能有效切斷著火區(qū)域的充電樁電源，影響其他區(qū)域的正常供電。

2.3.2充電設(shè)施功率和斷路器不匹配：線路過負荷運行，導(dǎo)致線路發(fā)熱引起電氣火災(zāi)。

2.3.3大功率充電設(shè)施設(shè)在建筑物的地下層：根據(jù)標準圖集《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計與安裝》(18D705-2)的3.8.2條，大功率的充電設(shè)施(如非車載充電機、充電主機系統(tǒng))不宜設(shè)在建筑物的地下層，宜集中設(shè)在地上區(qū)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(shè)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(shè)施的使用勢必增加電纜的載流量和橫截面積，對充電設(shè)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(fā)火災(zāi)。

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(fā)煙率和較高的毒性指數(shù)，發(fā)生火災(zāi)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(shè)施生銹：充電設(shè)施未及時維護而生銹，連接頭接觸不良，導(dǎo)致接觸電阻過大發(fā)熱，形成直流電弧。

2.3.6未設(shè)置電動汽車充電設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)：電動汽車充電設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)可對停車場充電設(shè)備運行進行實時監(jiān)控、信號采集、車輛就位自動偵檢、全站安防視頻監(jiān)控等功能，在本地或遠程監(jiān)控室實現(xiàn)對充電設(shè)備、配電設(shè)備及其他設(shè)備的集中監(jiān)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(shù)設(shè)置電動汽車充電設(shè)施的地下停車庫內(nèi)均未設(shè)置電動汽車充電設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)，缺失及時有效的安全故障警告，監(jiān)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(fù)雜，充電柱和車位、配電設(shè)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(yè)主單位的各自區(qū)域，不便于集中設(shè)置充電車位和統(tǒng)一管理。

2.4.2停車庫內(nèi)有吸煙、亂扔煙頭的現(xiàn)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(shè)施進水短路的風(fēng)險。

2.4.3消火栓箱安裝在立柱背向車道一側(cè)，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(shè)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(xiàn)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(shè)施的主要防控措施

3.1規(guī)范充電設(shè)施改造行為，加強源頭管理

在既有地下車庫內(nèi)增設(shè)、改造電動汽車分散充電設(shè)施不僅增設(shè)電動汽車分散充電設(shè)施(如充電樁及相關(guān)供配電設(shè)施等)，還應(yīng)當(dāng)對原有地下車庫防火單元進行改造，增設(shè)防火卷簾、防火門、防火隔墻等防火分隔構(gòu)件，調(diào)整防煙分區(qū)劃分并改造機械排煙設(shè)施，同時應(yīng)根據(jù)新增的防火卷簾、防煙分區(qū)和機械排煙系統(tǒng)來調(diào)整火災(zāi)報警系統(tǒng)的聯(lián)動邏輯關(guān)系。因此，應(yīng)當(dāng)加大對管理使用單位的宣傳引導(dǎo)，引導(dǎo)單位在既有汽車庫內(nèi)新增、改造電動汽車分散充電設(shè)施時，聘請有資質(zhì)的設(shè)計、施工單位嚴格按《電動汽車分散充電設(shè)施工程技術(shù)標準》(GB/T51313-2018)[1]的要求進行設(shè)計、施工，在安裝、調(diào)試結(jié)束后應(yīng)組織設(shè)計、施工和設(shè)施供應(yīng)商共同對新增、改造的電動汽車分散充電設(shè)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(guān)資料存檔以備檢查、維護保養(yǎng)[4]。相關(guān)部門對此類場所核發(fā)許可文件時，應(yīng)對該場所的消防安全現(xiàn)狀進行檢查，以確保消防安全。

3.2落實消防技術(shù)措施，整改火災(zāi)隱患

3.2.1建筑防火方面

(1)電動汽車分散充電設(shè)施設(shè)置在地下車庫時，其充電設(shè)施單臺額定輸出功率不應(yīng)大于60kW；當(dāng)采用直流充電樁時，不宜設(shè)置在地下二層及以下樓層，并宜設(shè)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(shè)施應(yīng)集中布置在同一防火分區(qū)內(nèi)，并應(yīng)設(shè)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(yīng)大于1000m2；防火單元之間應(yīng)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(shè)置直流充電樁的停車位應(yīng)在同一防火分區(qū)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(shè)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(shè)施及滅火器材方面

(1)設(shè)置電動汽車分散充電設(shè)施的地下車庫應(yīng)設(shè)置室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)和機械排煙系統(tǒng)；確認火災(zāi)后立即切斷相應(yīng)區(qū)域充電樁的電源。

(2)除直流充電樁外，I、Ⅱ類汽車庫內(nèi)設(shè)有電動汽車分散充電設(shè)施的防火單元自動噴水滅火系統(tǒng)應(yīng)按嚴重危險級I級設(shè)計，每個電動汽車停車位上應(yīng)設(shè)置噴頭保護，并采用快速響應(yīng)噴頭。

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

(4)在電動汽車充電樁配置箱的進線處應(yīng)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(zāi)監(jiān)控裝置。

(5)設(shè)有電動汽車充電設(shè)施的防火分區(qū)滅火器應(yīng)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(tǒng)方面

(1)合理規(guī)劃用電內(nèi)容，其供配電回路不應(yīng)跨越防火分區(qū)；應(yīng)聘請有資質(zhì)的設(shè)計單位合理設(shè)計用電設(shè)備，選用經(jīng)產(chǎn)品質(zhì)量認證合格的產(chǎn)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(shè)備的額定電流等；根據(jù)建筑內(nèi)增設(shè)自動消防設(shè)施的情況，校核消防供電回路能否滿足增設(shè)消防用電設(shè)備的需求。

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

(3)充電設(shè)施應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況，選用落地式或壁掛式安裝；充電設(shè)施應(yīng)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(yīng)妨礙其他車輛正常地停車、充電和通行；充電設(shè)施安裝高度應(yīng)便于操作[5]。

(4)地下停車庫每個防火分區(qū)內(nèi)均應(yīng)設(shè)置配電間，配電間至所在防火分區(qū)內(nèi)任一車位的直線距離不應(yīng)大于60m。

3.3加強消防安全管理，做好維護保養(yǎng)

3.3.1落實消防安全責(zé)任制，地下車庫產(chǎn)權(quán)、使用單位和電動汽車分散充電設(shè)施日常運營維護單位之間應(yīng)簽訂消防安全協(xié)議，明確各自的消防安全責(zé)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(yīng)急預(yù)案體系，在車庫或車位相應(yīng)位置標明緊急聯(lián)xi人和聯(lián)xi方式。

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

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

3.3.5按照標準設(shè)置消防設(shè)施、滅火器材，做好維護保養(yǎng)，確保其完好有效，并應(yīng)設(shè)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(shè)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(shù)防范措施，確保安全運營

3.4.1設(shè)置基于熱成像應(yīng)用的高精度、快速反應(yīng)的電動汽車充電監(jiān)測系統(tǒng)：在充電樁集中區(qū)安裝熱成像攝像機，通過網(wǎng)絡(luò)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(fā)送給監(jiān)管人員，盡早處理火情隱患。

3.4.2設(shè)置電動汽車電池箱智能火災(zāi)預(yù)警及消防防護系統(tǒng)：該系統(tǒng)具有動力電池?zé)崾Э仡A(yù)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(zāi)防控目的。

3.4.3充電樁配電箱內(nèi)部設(shè)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(nèi)部安裝無線滅火裝置的自動預(yù)警滅火系統(tǒng)，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(shè)施等進行輔助監(jiān)控、及時預(yù)警和撲滅火災(zāi)[6]。

4 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)采用的剩余電流互感器、溫度傳感器和電氣火災(zāi)探測器、故障電弧探測器和電氣防火限流式保護器，對引發(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）進行不間斷的數(shù)據(jù)與統(tǒng)計分析，并將發(fā)現(xiàn)的各種隱患信息及時推送給用戶，用戶可根據(jù)時間的排查和治理，達到潛在電氣火災(zāi)隱患，實現(xiàn)“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(xiàn)對平臺的訪問，查詢包括系統(tǒng)信息、實時數(shù)據(jù)、報記錄等在內(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：

4.1子平臺概述

安科瑞AcrelCloud-9000充電站運營平臺依托物聯(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。

4.2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。

4.3系統(tǒng)簡介

平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)，主要由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和平臺層三個部分組成，詳細拓撲結(jié)構(gòu)如下：

現(xiàn)場設(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(wǎng)絡(luò)通訊層：包含現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)交換機等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動采集現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲，并通過網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，智能網(wǎng)關(guān)可在網(wǎng)絡(luò)故障時將數(shù)據(jù)存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。

平臺管理層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，完成對現(xiàn)場所有智能設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，可在PC端或移動端實現(xiàn)實時監(jiān)測充電站配電系統(tǒng)運行狀態(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)探測器、限流式保護器、智能插座可通過全網(wǎng)通4G通訊模組與平臺直接通訊。

電能質(zhì)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(wǎng)關(guān)通訊，再由智能網(wǎng)關(guān)通訊通過4G統(tǒng)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(wǎng)關(guān)。

平臺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)限的賬號登陸網(wǎng)頁以及手機APP查看各處的運行情況。

4.4硬件選型：

5結(jié)語

綜上所述，通過分析電動汽車充電設(shè)施及所處場景的火災(zāi)風(fēng)險特征，明確了在日常使用中需規(guī)范充電設(shè)施改造、落實施工技術(shù)標準、嚴格消防安全管理等措施，積極運用智能化遠程監(jiān)控和早期預(yù)警手段解決電動汽車充電設(shè)施的火災(zāi)隱患，促進電動汽車安全、可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

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[3]黎承.建筑內(nèi)建設(shè)電動汽車充電設(shè)施火災(zāi)風(fēng)險分析及對策[J].中國公共安全(學(xué)術(shù)版),2020(1):73-75.

[4]姜海鵬,李俊民.淺談電動汽車的電池技術(shù)與防火措施[J].智能建筑電氣技術(shù),2020,14(05):63-66.

[5]沈蓓.電動汽車分散充電設(shè)施火災(zāi)風(fēng)險及防范措施探討

[6]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.5版

作者簡介：

任運業(yè)，男，安科瑞電氣股份有限公司。