淺析新能源汽車火災滅火技術與收費管理平臺的研究

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著全球能源結構的轉型以及環(huán)境保護意識的提升，新能源汽車在全球范圍內得到了迅速推廣與應用。無論是純電動汽車、插電式混合動力汽車還是燃料電池汽車，其都成為了實現(xiàn)交通領域可持續(xù)發(fā)展的關鍵工具。盡管新能源汽車在減少溫室氣體排放、降低對化石能源的依賴方面取得了顯著成效。但它們所的能源存儲系統(tǒng)，如鋰電池，存在安全隱患。特別是在碰撞、故障或過熱等情況下易引發(fā)火災事故，一旦發(fā)生滅火難度大，且極有對人員和環(huán)境造成嚴重危害?；诖耍恼聦π履茉雌嚮馂臏缁鸺夹g進行了分析和探究，旨在通過探究能夠為技術的應用起到一定參考作用。

關鍵詞：新能源汽車；火災；滅火技術；研究

1、引言

由于新能源汽車的火災具有性，傳統(tǒng)汽車火災滅火方法往往難以適應。例如，鋰電池的熱失控特性，要求人們使用大量水或開發(fā)出新型的滅火劑和滅火系統(tǒng)，以便快速降溫并控制火勢蔓延。此外，新能源汽車的救援和滅火，還需要詳細的事故處理流程和更專業(yè)的救援技術，來應對潛在的電氣沖擊風險和有毒氣體釋放問題。針對該現(xiàn)狀，更應加強相關滅火技術的應用，為消防救援工作的創(chuàng)新發(fā)展，提供科學的指導和技術支持。

2、鋰電池火災事故的原因研究

2.1過充對于鋰電池產生的影響

對于此方面的研究人員來說，已對于鋰電池的主要組成原理、熱反應機理等方面實施了大力的實驗分析及研究。王宏偉等人對于鋰電池在各種溫度狀態(tài)之下過放過充的變化方面進行了研究，并以-30℃、20℃及40℃作為主要的代表，逐一實施了過充過放實驗，而*終的實驗結果表明溫度越高，那么過充的危險性則會越大，也會更加提高電池的溫度。段冀淵等人對充電循環(huán)對于電池過充所產生的影響進行了分析和研究，而*終的結果表明循環(huán)的頻率越快，那么電池爆炸的節(jié)點則會越早，這則為電池在進行過幾次的充電與放電之后，對于其內部結構所產生的微小傷害，而這種傷害在大倍率過程的狀況之下就會加以暴露，而后就會影響到電池所具備的安全性。

2.1.1安全隱患：過充會導致電池內部產生過量的電荷，這些過量的電荷無法被正常容納和釋放，導致電池內部壓力和溫度升高，會引發(fā)熱失控，導致電池過熱、發(fā)生燃燒甚至爆炸，從而增加了火災和安全事故的風險。為了防止這種情況發(fā)生，在鋰電池的設計和使用過程中需要嚴格控制充電電壓和充電時間，采用電池管理系統(tǒng)（BMS）監(jiān)控電池狀態(tài)，以及在充電過程中實施過充保護措施等。

2.1.2.電解液分解：過充會導致電池內部產生過量的電荷，這些過量電荷無法被正常容納和釋放，導致電池內部的壓力升高，這種過度的壓力導致電解液的分解和氣體的生成，進而增加了電池內部的壓力，加劇了火災的危險性。電解液是鋰電池的重要組成部分，它通常由有機溶液和鋰鹽組成，過充會導致電解液中的有機溶液分解，產生氣體，如碳氫化合物和二氧化碳，這些氣體的產生會進一步增加電池內部的壓力，引發(fā)電池破裂、漏液、起火或爆炸等危險情況。

2.1.3.壽命縮短：過充會加速鋰電池的老化過程，對電池的壽命和性能造成負面影響，當電池過充時，電解液中的鋰鹽會發(fā)生異常的沉積，導致鋰枝晶的形成。這些枝晶的產生會損壞電池內部的結構，導致電池的容量下降和內部電阻增加，從而加速了電池的老化過程，此外，過充會導致電池發(fā)熱，引發(fā)了內部的化學反應，加速了正極和負極材料的分解和結構破壞，進而降低了電池的循環(huán)壽命和可靠性。

2.2短路對于鋰電池產生的影響

對于鋰電池來說，電解質及電極材料都屬于易燃物品，也易于產生損壞的情況，致使電池短路狀況的發(fā)生，鋰電池之中的能量會以熱這一形式加以釋放，而此種迅速放熱的方式，會導致電池溫度快速上升。在高溫狀況之下，則會導致電解液出現(xiàn)燃燒的狀況，進而則會導致電池被燃燒，若是周圍存在易燃的物品，那么就會導致爆炸狀況的發(fā)生，無疑會威脅到周圍人們的生命安全。

2.2.1高溫和熱失控：短路是指在電池正負極之間發(fā)生的直接接觸，會導致電池內部大量電流的瞬時流動，從而引發(fā)電解液的閃耀燃燒、高溫和大量氣體的產生，這種情況會迅速升高電池內部的溫度和壓力，引發(fā)火災，并導致電池的熱失控在發(fā)生短路情況下，電池內部的熱量和氣體產生速度非常快，會導致電池外殼破裂，產生火花，引發(fā)起火、爆炸等安全事故。

2.2.2電池損壞：短路會導致電流過大，這會對電池內部構件造成嚴重的損害，包括金屬箔、隔膜等，電池內部的金屬箔通常用于傳導電流，而隔膜則用于隔離正、負極，如果發(fā)生短路，大電流會造成金屬箔的過熱和熔化，隔膜也會被損壞，導致正負極直接短路，這將進一步加劇電解液的閃耀燃燒和電池內部的變化，導致更嚴重的安全問題。因此，電池短路不僅引發(fā)火災和熱失控，同時也會直接影響電池的正常運行。為了避免這種情況發(fā)生，需要在電池設計和使用過程中加強對短路的預防和控制，包括設計防護電路和采用高質量的隔膜和金屬箔等材料以提高電池的抗短路能力。

2.2.3嚴重安全風險：短路造成電池內部溫度超過其設計溫度范圍時，電池中的化學反應會變得不穩(wěn)定，進一步增加了電池熱失控和爆炸的風險。在短路情況下，電池的外殼會被電流和內部產生的高溫壓力破裂，產生火花和高溫氣體噴射，引起火災、爆炸等嚴重的安全事故。這不僅對人身安全構成威脅，還對周圍環(huán)境和財產造成嚴重的損害和破壞。因此，在使用電池時，人們應該格外注意避免短路情況的發(fā)生。避免金屬導體直接接觸電池正負極，正確安裝和使用電池，并定期檢查電池的狀態(tài)和安全性，同時，選擇符合安全認證標準的電池產品，并遵循相應的使用和維護指南，也可以幫助降低短路引起的安全風險和預防爆炸事件的發(fā)生。

3、技術分析與應對策略

電池熱失控是引發(fā)新能源電動汽車火災的根本原因。鋰電池通過制漿、涂膜、裝配、老化等工序組裝成成品，受工藝環(huán)境、材料質量、參數(shù)控制、操作精密性等因素影響，可能產生內部質量缺陷，如毛刺、錯位、粉塵吸附、隔膜受損等，導致電池在使用中因絕緣不良引發(fā)短路，內部積聚大量熱，繼而引發(fā)電解液氣化，如果反應得不到控制，內部溫度將持續(xù)升高，*終導致電池鼓包、破裂。單個電池熱失控產生的能量，足以引起周邊存放電池的熱失控連鎖反應，*終導致火災爆炸。

3.1火情探測

針對新能源汽車發(fā)生的火情，進行火情探測工作是非常重要的，特別是在夜間充電時。做好火情探測，應選擇適合的火情探測設備，例如溫度探測儀、紅外熱成像儀、有毒氣體探測儀、可燃氣體探測儀等，這些設備可以用來對鋰電池電動汽車易燃空間進行點式火情探測。以便迅速采取措施控制火情蔓延。

3.2掌握火災現(xiàn)場情況

為更好地實施新能源汽車滅火救援，確保消防救援工作能夠有針對性和高效進行，需要掌握火災現(xiàn)場實際情況。從以下幾個方面出發(fā)可以有效改善滅火救援效果：

首先，消防救援隊伍在接到報警后，應當針對新能源汽車火災情況進行詳細的了解與詢問，包括車輛的型號、品牌，電池容量、性能等關鍵信息，以便制定相應的滅火救援方案。這可以通過調閱新能源汽車資料庫、汽車服務手冊等途徑獲取必要信息，并且必要時向當?shù)亟涗N商咨詢相關信息。

其次，一旦消防救援人員到達火災現(xiàn)場，需要立即展開的火情工作，包括確定火災車輛的電池型號、過火面積、實際著火位置、有無人員被困等關鍵信息。同時要求消防指揮員聯(lián)系廠家了解鋰電池容量、電壓、位置、隔離斷電方式等，結合地形、交通、水源等狀況，展開細致的核查，以確定*終的戰(zhàn)術方案，并根據(jù)實際情況科學部署火災救援力量。

通過以上措施，消防救援隊伍能夠更全面地掌握新能源汽車火災現(xiàn)場的實際情況，了解關鍵信息，并據(jù)此制定科學合理的滅火救援方案，*大限度地減少火災帶來的損失，保障人員安全。

3.3現(xiàn)場警戒

現(xiàn)場警戒對于處理新能源汽車火災非常重要，火災現(xiàn)場的煙霧彌漫，鋰電池電動汽車燃燒溫度較高，因此滅火救援人員抵達現(xiàn)場后需要關注火情的安全指數(shù)，并評估現(xiàn)場安全形勢，以確定警戒區(qū)域，并且及時采取相應的警戒處理措施，避免火勢進一步蔓延。

一旦確定警戒范圍，需要及時疏散圍觀群眾，并協(xié)調交警部門疏導交通，將火災事故現(xiàn)場劃分為火災撲救區(qū)、人員待命區(qū)、傷員轉運區(qū)，并對警戒范圍進行嚴格封控，對進出人員進行安全防護情況核查。

使用可燃氣體探測儀不間斷事故現(xiàn)場，以調整各階段的警戒范圍。同時使用測溫儀實時監(jiān)測事故車輛電池位置的溫度，能夠幫助調整警戒范圍，確保救援人員和群眾的安全。

3.4選擇適宜滅火劑

在滅火時，更應加強滅火劑的合理選擇，確保具有一定的適用性、有效性。像常見的三元鋰電池火災，在滅火時，應做好分析。導致三元鋰電池的起火原因多是內部高溫高壓氣體噴射，這會導致內部高溫小顆粒被點燃后形成火焰，是典型的氣體著火。據(jù)德國機動車監(jiān)督協(xié)會（DEKRA）的相關研究成果，水在撲救鋰電池電動汽車火災方面有著*好的效果，能夠有效撲滅火焰?，F(xiàn)階段消防救援隊伍中配備的滅劑多是水、干粉、泡沫等，如二氧化碳滅火劑、ABC干粉等。雖然這些滅火劑能夠撲滅明火，但在撲滅鋰電池電動汽車火災時會出現(xiàn)復燃問題。因此，針對水在滅火過程中時間長、耗水量大的問題，可以考慮在水中添加多功能環(huán)保滅火劑，如F-500泡沫滅火劑或滅火助劑Firesorb。這些多功能環(huán)保滅火劑可以有效減少用水量、減少滅火時間，提高滅火效果，從而更好地應對鋰電池火災帶來的挑戰(zhàn)。

3.5制定基本作戰(zhàn)流程

消防救援隊伍接警后，首先可結合火災事故等級，調集搶險救援車、泡沫消防車、水罐消防車等車輛，并攜帶必要的裝備器材，同時調集其他聯(lián)動力量協(xié)助處置；根據(jù)火情探測情況，確定存在的風險，如爆炸、觸電、有毒氣體、復燃等，以確定后續(xù)作戰(zhàn)工作；之后規(guī)劃作戰(zhàn)布局：根據(jù)風向規(guī)劃進攻陣地，并明確指揮架構、任務分工，通過紅外熱像儀進行溫度檢測，明確戰(zhàn)術優(yōu)先事項。

滅火時，還應根據(jù)火情和車輛狀況判斷是否需要進行車輛加固和固定作業(yè)，以確保救援過程安全有效進行。在做好周圍警戒的同時，使用水槍進行火勢控制，同時進行車門破拆和切斷電源等作業(yè)。

切斷電源后等待車輛熄火，對電動汽車進行正確破拆和電池切斷操作，同時佩戴防護設備確保人員安全，避免復燃情況的發(fā)生。在撲滅火災后仍需對車輛進行監(jiān)控，避免復燃情況的發(fā)生。

3.6確定滅火方式

針對鋰電池電動汽車火災的特殊危險性，滅火和救援工作需要根據(jù)具體情況采取相應的滅火方式。首先，針對高壓電池狀態(tài)，若未著火，可參考普通車輛起火處理方式；若已著火，則需要大量水冷滅火，需確保消防車攜帶足夠水源，并在安全距離外展開滅火。為減少經濟損失，如果電池未著火，可以拆卸其他電池后再進行水冷滅火。稀釋送風滅火適用于高壓電池未著火且車輛內有人員被困情況。通過大量水沖擊火勢，設計水幕保護機制，同時利用送風機與其他輔助設施驅逐煙霧。若電池已著火，則需要持續(xù)監(jiān)控電池溫度，避免火勢再次擴散。灌注滅火的方式適用于前期干預不及時、水冷效果不明顯且車內無人員的情況。通過擋板、沙土等材料直接覆蓋車輛來滅火，可以簡單直接進行。但在車主同意的情況下展開滅火，以免給車主造成較大的損失。若是火災發(fā)生在人員密集區(qū)域的區(qū)域，為降低危險，可進行轉移滅火，將車輛轉移至其他位置處理，以減少對周圍影響。若以上手段均難以達到滅火目的，需要嚴控火勢情況，并通過監(jiān)測裝置掌握火災情況，根據(jù)后續(xù)發(fā)展采取對應滅火方式，以避免火勢繼續(xù)蔓延。

實際滅火救援中，需綜合考慮各種因素，諸如火情的具體情況、車輛狀態(tài)、人員安全、周邊環(huán)境，滅火方式的可行性與效果，以及特殊情況下的經濟損失等等，所以需要經過深思熟慮的選擇確定，并在確保救援人員和周圍環(huán)境安全的前提下堅決執(zhí)行。

4、安科瑞AcrelCloud-9000充電站運營平臺

4.1平臺概述

安科瑞充電站運營平臺依托物聯(lián)網、云計算、互聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、AI等技術，對充電站配電系統(tǒng)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(jiān)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(fā)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(lián)網—多種增值業(yè)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(yī)院、學校、酒店、體育場等公共建筑；商業(yè)廣場、產業(yè)園等綜合園區(qū)；企業(yè)、住宅小區(qū)等場所。

4.3系統(tǒng)結構

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(xiàn)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(xiàn)場智能網關、網絡交換機等設備。智能網關主動采集現(xiàn)場設備層設備的數(shù)據(jù)，并可進行規(guī)約轉換，數(shù)據(jù)存儲，并通過網絡把數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務器，智能網關可在網絡故障時將數(shù)據(jù)存儲在本地，待網絡恢復時從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務器端數(shù)據(jù)不丟失。

平臺管理層：包含應用服務器和數(shù)據(jù)服務器，完成對現(xiàn)場所有智能設備的數(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(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(lián)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相關產品介紹

4.4.17KW交流充電樁AEV-AC007D

產品功能

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絡運營平臺。

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）材質可靠：保證長期使用并抵御復雜天氣環(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，適應不同車型的不同功率。

7）資產安全：產品全部由中國平安保險承保，充分保障設備、車輛、人員的安全。

4.4.2直流充電樁系列

4.4.3電氣火災探測器ARCM300-Z

4.4.4限流式保護器ASCP200

產品功能：

1）短路保護：保護器實時監(jiān)測用電線路電流，當線路發(fā)生短路故障時，能在150微秒內實現(xiàn)快速限流保護，并發(fā)出聲光報警信號；

2）過載保護：當線路電流過載且持續(xù)時間超過動作時間（3~60秒可設）時，保護器啟動限流保護，并發(fā)出聲光報警信號；

3）表內超溫保護：當保護器內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。

4.5平臺功能

4.5.1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)

4.5.2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：

4.5.3故障管理

1）故障查詢

故障查詢中記錄了登錄用戶相關聯(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前待處理的故障信息。如圖所示：

4.5.4能耗分析

在能耗分析中，可查看時段關聯(lián)站點和關聯(lián)樁的能耗信息并顯示對應的能耗趨勢圖。如圖所示：

4.5.5故障分析

在故障分析中，可查看相關時間內的故障數(shù)、故障狀態(tài)、故障類型、趨勢分析以及故障列表。如圖所示：

4.5.6財務報表

在財務報表中，可根據(jù)時間查看關聯(lián)站點的財務數(shù)據(jù)。如圖所示：

4.5.7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：

5、結語

綜上所述，隨著新能源汽車市場的快速增長，針對其火災滅火技術的研究具有至關重要的意義。其不僅關系到乘員和救援人員的生命安全，也關系到財產損失和環(huán)境保護。通過對各種滅火技術的研究應用，滅火劑、救援器材的合理選擇，才能為人民群眾和消防救援人員的生命安全提供有力的保障。

參考文獻：

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[3]安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊2022.5版.

[4]陶樟濤，黃佳偉，新能源汽車火災滅火技術的研究，2023.