怎样降低新能源汽车火灾的风险

摘要：为了引起社会对新能源汽车火灾问题和风险的广泛关注，笔者作为一名基层的火灾调查人员，结合火灾的实际情况在简要介绍新能源汽车概念和发展的基础上，详细阐述了以锂电池为主的新能源汽车火灾成因，系统地提出了关于防范新能源汽车火灾的安全对策，以期为新能源汽车火灾防范应对措施的制定提供借鉴和参考，对未来新能源汽车安全生产和使用具有重要意义。

关键词：新能源汽车；火灾调查；火灾风险；锂电池；安全对策

1新能源汽车的概念和火灾风险

由于石油等资源的能源危机和传统汽车工业带来的环境污染问题，发展新能源汽车已成为全球主要经济体共识。当前我国得益于现代高科技进步和新能源战略布局，新能源汽车产业得到前所未有的发展，拥有广阔的市场前景和发展潜力[1]。

新能源汽车是指“采用新型动力系统，完全或者主要依靠新能源驱动的汽车，包括插电式混动力（含增程式）汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车等”[2]。一般来说，新能源汽车分为纯电动汽车、混合动力电动汽车、燃气汽车、燃烧电池电动汽车和生物燃烧汽车等类型[3]。通过查询中国汽车协会相关统计数据，我国在2016—2018年间的新能源汽车销量分别占全球汽车销量的65.47%，49.03%，62.23%。2018年，我国新能源汽车的销售量达到了125.6万辆，既是全球大的新能源汽车消费国，又是全球大的新能源汽车制造国。伴随着我国新能源汽车行业的迅猛发展，汽车动力电池也得到了前所未有的增长和应用。从当前我国新能源汽车市场来看，动力电池从制作原料不同主要分为7种[4]：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。

通过《新能源汽车蓝皮书：中国新能源汽车产业发展报告（2017）》中发布的相关数据整理而成的2017年我国动力电池总配套量表（见表1）可看出，锂电池的应用领域广，总配套量占据了市场动力电池总配套量的80%以上，是主要的新能源汽车动力电池。

表1 2017年我国动力电池总配套量

新能源汽车的普及给人们带来的便利，但伴随而来的动力电池（以锂电池为主）引发的火灾已成为产业关注的焦点和亟须正视的安全问题。在我国，根据不完全数据统计，新能源汽车起火引发的事故在2017—2018年超过60起，2019年超过70起[5-6]，2020—2022年更是呈猛烈上升趋势。

2新能源汽车火灾成因及隐患分析

由于近些年来频发的以锂电池为主要动力的新能源汽车安全和火灾事故，不制了新能源汽车产业的发展，而且危害了人们的生命财产安全，因此对新能源汽车及其动力锂电池安全性问题的研究十分有必要。在进行新能源汽车火灾风险隐患分析之前，对新能源汽车主体结构和锂电池原理构造的了解和认识是重要前提和基础。

新能源汽车主要指以锂电池为动力源的纯电动汽车，其主要由电源控制系统、电力驱动系统和辅助系统组成[7]，具体见图1。

锂电池主要由正极、负极、隔膜和电解液（电解质和有机溶剂结合）组成，正负两极浸润在电解液中，li+以电解质为介质从而在正负两极之间运动，实现电池的充放电过程[8]。并且，为了避免正负极通过电解液发生短路问题，生产时需要用隔膜将锂电池的正负两极进行分隔。具体来说，锂电池的工作原理见图2[9]，在充放电过程中，li+在两个正负电极之间往返嵌入和脱嵌；充电时，li+从正极脱嵌，并经过非水电解质嵌入到负极中，而使负极处于富li+状态，放电时过程刚好相反。通过对锂电池的原理和构造分析可以看出，锂电池的高能量储存与释放都是在一个狭小的空间内完成。为了提高锂电池的单位储能效应，锂电池研发和生产商们都会尽可能得压缩锂离子的传送空间（即隔膜）。因此通常提高锂离子电池效能的直接方法就是减少隔膜的厚度，从而使电池内li+的狭小空间愈发狭小。但愈发薄的隔膜会增加正负两极直接接触从而造成短路的风险，从而更易造成短路引发火灾甚至爆炸，这就是人们通常所说的“热失控”。此外，锂电池除正常充放电电化学反应之外，存在的一些副反应也会产热[10]。

2.1汽车锂电池火灾危害性

虽然锂电池具备一系列良好的使用性能和优势，并且在新能源汽车行业中得到了广泛的应用，但同时也存在燃烧和爆炸的风险。由锂电池引发的汽车火灾表现出显著的气体火特征，主要为c类预混火[11]。汽车锂电池火灾通常具有以下区别于一般火灾的特点和危害。

1）燃烧速度快，锂电池火灾容易造成蔓延。

2）锂电池燃烧爆炸会产生可燃有害气体，毒性大。

3）燃烧爆炸产生的火焰喷射距离远，常伴内溶物的飞出和溅射，加大了起火爆炸的危害度。

4）锂电池的燃烧热值大，灭火难，存在复燃风险。

5）汽车锂电池起火，对周边物体易造成较大的危害并存在爆炸风险。

2.2汽车锂电池火灾风险因素分析

新能源汽车上使用的锂电池都是通过串并联成组工作，如果单个电池组发生热失控后，局部释放产生的能量就会向周围扩散传播，可能引起周围电池的热失控，数千颗电芯间连锁反应，容易造成电池组的全面起火爆炸，释放出巨大的能量。因此在极端情况下，锂电池的一个小故障就很有可能造成大灾难。造成锂电池热失控的因素可分为内外部因素，内部因素主要有电池本身存在制造缺陷和工艺不足；外部因素主要有机械滥用、高温热冲击、短路、过充电等[12]。更详细来说，造成新能源汽车锂电池起火燃烧爆炸的原因可分为4种[13]：电池过充电、外部短路、内部短路、机械碰撞。

总结来说，由锂电池引发的汽车火灾安全隐患问题主要原因就是锂电池本身存在的产品质量问题和工艺缺陷。

3安全对策

面对着日益增长的新能源汽车火灾事故，如何降低火灾风险，提高新能源汽车安全使用率成为当下亟须解决的重要问题。而且，工业和信息化部、发展和改革委员会、科学技术部、财政部联合发布的《促进汽车动力电池产业发展行动方案》里也提出：“大幅提升产品安全和质量水平”的基本原则，“产品设计和系统集成满足功能安全要求，实现全生命周期的安全生产和使用”的主要目标，“提升产品质量安全水平”的重点任务。因此，笔者立足国内新能源汽车火灾隐患现状并结合国外应对新能源汽车消防安全的措施，提出解决我国新能源汽车火灾风险的安全对策。

3.1方面

1）管理部门，出台更为科学严格的锂电池生产规范和安全标准。设定新能源汽车安全生产的准入门槛，提高安全生产标准，强化对新能源汽车从生产到使用再到报废的闭环式管理。尽快出台新能源汽车更为细致的规范和法律条文，让企业、消费者、执法部门等做到有规可循、有法可依。

2）消防部门，制定科学有效的灭火方案。新能源汽车火灾具有特殊危害性，有针对性地进行现场指挥和处理，科学开展灭火救援行动，并重点做好以下4个方面的工作：一是了解灾情，规避风险；二是疏散人群，防止毒害；三是科学选择灭火剂，防止复燃；四是做好善后工作，总结经验。

3.2企业方面

新能源汽车的安全问题，预防为先。提升新能源汽车的锂电池产品质量安全，是预防新能源汽车火灾的基石。

1）设计阶段，优化锂电池设计，保障锂电池产品质量。企业在设计阶段应科学设计，在改善锂电池材料和优化内部性能的同时，将安全、可靠、稳定的理念融入其中。

2）生产阶段，严控锂电池产品质量。企业是锂电池和新能源汽车的一道“守护门”，不可盲目追求利润而忽视产品质量安全。

3）销售阶段，可与地方经销商合作，做好对消费者关于新能源汽车安全使用的认知、宣传和培训。

4）售后阶段，企业可与消费者、维护商家进行合作，定期为新能源汽车及其电池进行保养和维护，提醒消费者定期做安全检查，保障新能源汽车安全使用。

3.3消费者方面

一是安全规范使用新能源汽车；二是注意车辆保养和日常维护；三是培养安全防范意识。

4、安科瑞acrelcloud-9000充电站运营平台

4.1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。

4.2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。

4.3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：

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手机app查看各处的运行情况。

4.4相关产品介绍

4.4.17kw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。

4.4.2直流充电桩系列

4.4.3电气火灾探测器arcm300-z

4.4.4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。

4.5平台功能

4.5.1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

4.5.2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：

4.5.3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：

4.5.4能耗分析

在能耗分析中，可查看指定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：

4.5.5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：

4.5.6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：

4.5.7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：

5结束语

随着我国对新能源汽车行业的战略布局和人们日益增长的绿色出行需求，新能源汽车正朝着高质量、高效率和高产量的方向快速发展。新能源汽车的大规模普及对人们日常生活产生了巨大影响，伴随而来的安全问题不容忽视。确保新能源汽车安全使用、防范新能源汽车火灾风险将成为汽车行业和消防安全领域的一个重要话题和热点。科学分析新能源汽车火灾风险，加强新能源汽车火灾安全对策分析，对促进新能源汽车高质量发展、保障人民生命和财产安全和构建新时代中国特色社会主义和谐社会有着重要意义。

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作者简介：