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如何防范新能源汽车火灾构建安全高效充电站?

发布时间2024-07-05        浏览次数:47

易允恒

安科瑞电气股份有限公司  上海嘉定 201801

摘要:电气设备发生火灾事故的原因复杂多变,若是不及时对其原因进行综合分析,将极易导致电气设备再次出现此类问题,因此足够有效的监督管理对策,将有助于避免此类事故的再次发生。

关键词:电气设备;火灾;新能源汽车

0引言

据公安部交强险数据显示:2022年全国新登记汽车数量为2323万辆,新能源新登记汽车535万辆,占全部新登记汽车的23.05%,且与上年相比增加了240万辆,增速为81.48%。应急管理部消防救援局公布的2022年一季度交通工具火灾数据显示:各类交通工具火灾1.9万起,新能源汽车640起,同比上升32%;电动自行车火灾3777起,同比上升35.9%。从数据中可以看出,随着新能源汽车产量销量日益双增,其火灾风险也不容忽视。

1新能源汽车火灾安全风险分析

1.1电池系统过热

电池系统技术是传统燃油汽车走向新能源汽车产业转型升级的关键核心技术,电池热失控也是电动汽车起火的主因。目前,我国新能源汽车电池主要分为磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、钛酸锂电池、三元材料电池、多元复合电池、镍氢电池、超级电容器7种。锂离子电池是*主要的新能源汽车动力电池。锂离子电池具有高容量、高电压和高放电率的优势,它能满足用户对续航里程和零百加速的需求,但是其容易过热、性能不稳定,电化学过程中不可避免地产生大量热能,一旦电池热失控,就可能导致火灾和爆燃事故。

1.2充电作业不当

新能源汽车有部分起火事故是由过充引起的,如果充电桩没有过充保护装置,很容易导致起火,因为新能源汽车使用的电池都是通过串并联成组工作,如果单个电池组在过充时发生热失控,那么局部释放产生的热量就会向周围扩散传播,可能引起周围电池组的热失控,数干颗电芯间连锁反应很容易造成电池组全面起火爆炸,释放巨大能量。

1.3电器元件故障

新能源汽车的电能在汽车内部通过动力线束传输至各类电器元件,各种电子线路复杂繁多,这些电器元件、电子线路自身也是不稳定、不安全因素,一旦各种高低压线束破皮导致短路、接触电阻过大、电器元件单元失效等,极易导致短时间产生过多热量,继而引发起火。主要起火原因包括:燃油泵回油管设计及转配失误;空调辅助加热元件没有完全插人扣紧;电池模组内的电压线速受到盖板挤压时表皮绝缘材料破损,引起电池包热失控而起火等。

1.4外界因素触发

随着道路上新能源汽车数量不断增加,其交通事故的发生频次也越来越多,车辆行驶过程中一旦发生碰撞,瞬间摩擦起电,甚至产生火花,而电池组也会受到挤压而受损、电池液外泄,极易发生火灾和爆燃;新能源汽车的动力电池重量较重,一般安装于车辆底部,当汽车涉水或进水时,动力电池可能会被淹没,如果电池组的防水性能不高,容易造成充放电线短路,引起火灾;汽车在使用过程中未能做到定期的维护和保养,长时间使用和私自改装导致动力电池、电器元件未能及时检修;电池鼓包、接插件失灵、材料老化等导致起火风险增加;城市道路和停车场周边种植杨树、柳树,而大面积杨絮、柳絮堆积导致车辆火灾等。

2新能源汽车火灾事故防范措施

一旦新能源汽车发生火灾事故,其具有燃烧速度快,容易蔓延;燃烧时会产生有害气体,毒性大;燃烧热值大,灭火难,存在复燃风险;对周边物体造成较大的危害,存在爆炸风险等特征。

2.1健全补助政策体系

新能源汽车产业的高速发展,与和地方的政策倾斜、资金补贴息息相关,然而骗补问题时有发生。越来越多的汽车企业与资本涌人新能源汽车领域,补助政策也越来越需要落细、落小、落实。一方面需要引导车企注重产品属性,合理利用政策支持、补助支撑,发挥市场需求优势,强化自身产品质量,弥补产品工艺设计、产品结构性能等环节上存在的不足;另一方面要严厉打击不良车企利用新能源汽车市场热度,一味追求市场销量,肆意炒作营销、周顾产品质量的行为。

2.2强化数据信息赋能

2022年3月,应急管理部等五部门联合印发了《关于进一步加强新能源汽车安全体系建设指导意见》,积极探索大数据驱动的数字化信息监管模式,有效推动新能源汽车全产业链、全生命周期安全管理。数据信息赋能汽车安全,一是建立预警机制,利用数据分析挖掘能力,充分发挥监测作用,排查隐惠车辆,提前识别新能源汽车状态异常,当车辆达到火灾安全风险触发条件时,生产企业利用监控数据及时通过通知、车辆报警等方式提醒车主,尽快检修维护,保障汽车安全行驶;二是提升产品质量,车企建立完备的可追溯生产信息化管理系统,利用大数据智慧型管控模式,在研发设计、生产制造、服务管理等领域建立全流程、专业化、场景化解决方案,提高产品在线检测能力,保障产品质量;三是强化事后处置能力,企业应承担新能源汽车安全一责任,对发生起火燃烧事故的,立即开展事故原因调查,及时上报事故信息,通过分析反馈产品质量信息,做出改进,以提供加优质的产品和服务。

2.3加强安全隐患排查

自2018年9月工信部发布《关于开展新能源客车安全隐惠专项排查工作的通知》以来,新能源汽车安全隐惠排查在覆盖广度、检查深度、执行力度上均取得一定成绩。新能源汽车下一步安全隐患排查工作的重点应当围绕车辆动力电池、充电装置、电器元件、高压线束、防水保护、机械部件和汽车易损件等。对于城市公交、出租车、网约车等高强度使用的运营类车辆,应适当增加排查次数。同时,在安全隐患排查过程中,如果发现不满足安全标准和行业安全标准,或者可能对人身、财产安全造成威胁的缺陷产品,应当严格落实缺陷产品召回制度,坚决让具有安全隐患的问题产品在市场上无处藏身、销声匿迹。

2.4完善科技创新引领

新能源汽车产品和市场蓬勃发展的同时,不仅有起火风险的安全问题,也伴随着电池系统的续航里程焦虑和充电设施的网络覆盖不够等窘况,这些成了生产厂商的技术“瓶颈”。抓住这一轮新能源汽车发展机遇,加快技术创新和提升产品综合质量,对我国汽车产业发展全局至关重要。目前,磷酸铁锂电池及锂离子电池单体能量密度已经达到140Wh/kg、220Wh/kg,接近水平,但产能结构性过剩的问题仍然存在。我国新型材料、固态材料电池等新体系电池及原料电池研发投入不足,核心技术较为缺乏,成套自动化装备水平不高。因此,应着力加快推进新能源汽车安全标准体系建设,加强核心关键技术攻关,以技术保安全,持续提高动力电池产品一致性、可靠性、能量密度、使用寿命和智能化制造水平,加大新型材料、固态材料电池等新体系电池的工程化研究,加快成套装备和大规模智能制造技术的研发,不断提升产品的综合性能、生产效率和质量水平。

2.5强化市场消费理性

目前,新能源汽车产业整体发展还处于起步阶段,“百花齐放”的品牌层出不穷,“大浪淘沙”的过程在所难免。必然会有一些注重品质、创新引领、追求卓越的车企成功地赢得消费者信任,乃至走出国门、走向世界,也必然会有一些车企无视产品质量、曦头市场营销、骗取政策补贴、售后推扯皮,甚至知错不改、明知故犯,*终避免不了被吞并、破产和淘汰的命运。作为消费者,一方面需要“用脚投票”,高质量汽车即使高价,我们也能接受,低质量汽车哪怕低价,我们也不去购买。“用脚投票”原理不再是证券市场的名词,在新能源汽车产品市场上也依然适用,当整体市场消费充分理性时,优胜劣汰的过程会倒逼生产厂家加大研发投人、提升生产效率、加强产品质量、优化售后服务;另一方面不能“因壹废食”,新能源汽车是汽车强国必由之路、未来发展大势所趋,我们需要与时俱进学习多新能源汽车专业知识,了解危险是预防危险、降低伤害的一步,及时对车辆作出科学的危险评估,公正客观地对待新能源汽车安全问题,提高对新能源汽车的认知和安全意识。

3安科瑞AcrelCloud-9000充电站运营平台

3.1平台概述

安科瑞充电站运营平台依托物联网、云计算、互联网、大数据、AI等技术,对充电站配电系统的运行、电能消耗、电能质量、充电安全和行为安全进行实时监控和预警,为充电站的可靠、安全、经济运行提供保障,并及时切除安全隐患、避免电气火灾发生,从而保障人员的生命财产安全,打造“安全、高效、舒适、绿色”的“人—车—桩—电网—互联网—多种增值业务”的智慧充电站,提升充电站的社会和经济价值。

3.2适用场合

可广泛应用于医院、学校、酒店、体育场等公共建筑;商业广场、产业园等综合园区;企业、住宅小区等场所。

3.3系统结构

平台采用分层分布式结构,主要由感知层、网络层和平台层三个部分组成,详细拓扑结构如下:

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现场设备层:连接于网络中的各类传感器,包括多功能电力仪表、汽车充电桩、电瓶车充电桩、电能质量分析仪表、电气火灾探测器、限流式保护器、烟雾传感器、测温装置、智能插座、摄像头等。

网络通讯层:包含现场智能网关、网络交换机等设备。智能网关主动采集现场设备层设备的数据,并可进行规约转换,数据存储,并通过网络把数据上传至搭建好的数据库服务器,智能网关可在网络故障时将数据存储在本地,待网络恢复时从中断的位置继续上传数据,保证服务器端数据不丢失。

平台管理层:包含应用服务器和数据服务器,完成对现场所有智能设备的数据交换,可在PC端或移动端实现实时监测充电站配电系统运行状态、充电桩的工作状态、充电过程及人员行为,并完成微信、支付宝在线支付等应用。

多功能电力仪表、汽车充电桩、电瓶车充电桩、电气火灾探测器、限流式保护器、智能插座可通过全网通4G通讯模组与平台直接通讯。

电能质量分析仪表、烟雾传感器和测温装置通过RS485,摄像头通过RJ45与智能网关通讯,再由智能网关通讯通过4G统一与平台通讯。

限流式保护器既可以通过4G连接平台,也可以通过RS485连接网关。

平台搭建在客户自己配置的服务器上。搭建完成之后,客户可以在任意能联网的地方,通过有权限的账号登陆网页以及APP查看各处的运行情况。

3.4相关产品介绍

3.4.17KW交流充电桩AEV-AC007D

产品功能

1)智能监测:充电桩智能控制器对充电桩具备测量、控制与保护的功能,如运行状态监测、故障状态监测、充电计量与计费以及充电过程的联动控制等。

2)智能计量:输出配置智能电能表,进行充电计量,具备完善的通信功能,可将计量信息通过RS485分别上传给充电桩智能控制器和网络运营平台。

3)云平台:具备连接云平台的功能,可以实现实时监控,财务报表分析等等。

4)保护功能:具备防雷保护、过载保护、短路保护,漏电保护和接地保护等功能。

5)材质可靠:保证长期使用并抵御复杂天气环境。

6)适配车型:满足国标充电接口,适配所有符合GB/T20234.2-2015国标的电动汽车,适应不同车型的不同功率。

7)资产安全:产品全部由中国平安保险承保,充分保障设备、车辆、人员的安全。

3.4.2直流充电桩系列

3.4.3电气火灾探测器ARCM300-Z

名称

图片

功能

电气火灾监控装置

三相(I、U、Kw、Kvar、Kwh、Kvarh、Hz、COSφ),视在电能、四象限电能计算,单回路剩余电流监测,4路温度监测,2路继电器输出,2路开关量输入,事件记录,内置时钟,点阵式LCD显示,1路RS485/Modbus通讯,支持4G/NB等多种无线上传方案,支持断电报警上传功能。

3.4.4限流式保护器ASCP200

产品功能:

1)短路保护:保护器实时监测用电线路电流,当线路发生短路故障时,能在150微秒内实现快速限流保护,并发出声光报警信号;

2)过载保护:当线路电流过载且持续时间超过动作时间(3~60秒可设)时,保护器启动限流保护,并发出声光报警信号;

3)表内超温保护:当保护器内部器件工作温度过高时,保护器实施超温限流保护,并发出声光报警信号;

4)组网通讯:保护器具有1路RS485接口,可以将数据发送到后台监控系统,实现远程监控。

3.5平台功能

3.5.1首页

平台首页显示充电站的位置及在线情况,统计充电站的充电数据

3.5.2实时监控

1)充电站监控

可以按站点名称进行筛选,显示站点详情、充电枪列表、统计订单信息、故障记录,点击某个充电枪编号后在进入充电枪监控页面实时监测变压器负荷(搭配ACM300T、ADW300),当负荷超过50%时,系统会限制新增开始充电的充电桩的功率,降为50%,当变压器负荷超过80%时,系统将不允许新增充电桩开始充电,直到负荷下降为止。如图所示:

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统计当前充电站各充电桩回路的数据;通过卡片的形式展现充电桩的数据;显示故障列表;如图所示:

2)充电桩监控

显示充电桩充电数据;显示各回路的充电状态;可以对充电中的回路进行手动终止;显示订单信息、故障信息;如图所示:

3)设备监控

显示限流式保护器的状态,包括线路中的剩余电流、温度及异常报警,如图所示:

3.5.3故障管理

1)故障查询

故障查询中记录了登录用户相关联的所有故障信息。如图所示:

2)故障派发

故障派发中记录了当前待派发的故障信息。如图所示:

3)故障处理

故障处理中记录了当前待处理的故障信息。如图所示:

3.5.4能耗分析

在能耗分析中,可查看时段关联站点和关联桩的能耗信息并显示对应的能耗趋势图。如图所示:

3.5.5故障分析

在故障分析中,可查看相关时间内的故障数、故障状态、故障类型、趋势分析以及故障列表。如图所示:

3.5.6财务报表

在财务报表中,可根据时间查看关联站点的财务数据。如图所示:

3.5.7收益查询

在收益查询中,可查看总的收益统计、收益变化曲线图、支付占比饼图以及实际收益报表。如图所示:

4结语

综上所述,随着新能源汽车市场的快速增长,针对其火灾灭火技术的研究具有至关重要的意义。其不仅关系到乘员和救援人员的生命安全,也关系到财产损失和环境保护。通过对各种灭火技术的研究应用,灭火剂、救援器材的合理选择,才能为人民群众和消防救援人员的生命安全提供有力的保障。

参考文献

  1. 资帅,东川.浅谈新能源汽车火灾风险与防范。
  2. 陶樟涛,黄佳伟,新能源汽车火灾灭火技术的研究,2023.
  3. 于虎娜,鞠彬彬,刘聪.电气火灾综合防治及灭火对策[J].消防界(电子版),2022,8(12):79-80+83.DOI:10.16859/j.cnki.cn12-9204/tu.2022.12.037.
  4. 安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5版
  5. 吴牧宇.新能源汽车火灾风险与防范