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浅谈新能源汽车火灾事故原因分析及措施

更新时间:2024-07-08   点击次数:62次

浅谈新能源汽车火灾事故原因分析及措施


安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:近年来,我国多项新能源汽车支持政策的出台使得新能源汽车行业在我国发展态势良好。但随着新能源汽车的大规模普及,动力电池具有的不可避免的自反应放热特性受到了广泛关注,越来越多的新能源汽车火灾事故也出现在大众视野,该类事故给消防救援部门带来了一系列新挑战。本文主要根据新能源汽车结构,深入分析了新能源汽车火灾事故发生的原因及事故特点,并有针对性地提出了新能源汽车火灾可采取的几点扑救措施,为应急救接工作的开展提供参考。

关键词:新能源汽车;火灾;扑救措施

0、引言

经过近几年的“节能减排",世界各国已经达成了一个共识,那就是汽车新能源化是全球汽车发展的方向。据不统计,我国2021年新能源汽车销量达到298.9万辆,同比增长169.1%。随着我国新能源汽车销量快速增长,保有量不断提高,新能源汽车自燃、爆炸等安全事故频频发生,引起了社会的持续关注,也对消防应急管理和新能源汽车行业的发展提出了巨大的挑战。面对这些事故继续沿用传统燃油汽车火灾的扑救经验已经无法满足实际需要。相反,如果循规蹈矩,无异于“火上浇油",甚至还可能让人员生命受到威胁。因此,加强新能源汽车火灾防控及扑救对策研究是很有必要的。

1、新能源汽车动力源

新能源汽车是指采用新型动力系统,或主要依靠新型能源驱动的汽车。目前我国主流的新能源汽车类型主要包括:纯电动车、插电混合动力汽车和燃料电池汽车。新能源汽车主要以锂电池作为动力源。按照正极材料不同分类,锂电池主要分为:磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、三元锂,其特性如表1所示。

2、新能源汽车火灾事故原因分析

2.1锂电池热失控

锂电池热失控是新能源汽车火灾事故的主要原因。锂电池热失控是指由于各种原因使电池产生的热量远大于散发的热量,导致热量大量堆积从而引起电池燃烧甚至爆炸,同时伴有大量有害气体产生。电池热失控可以分为三个阶段:一阶段———电池内部热失控阶段。在这一阶段,电池由于内部短路产生大量热量,各类离子和枝晶沉积在电解液中导致电池内阻增大,产热进一步增加,直至SEI膜分解。随着SEI膜的分解反应进行,锂离子又与电解液产生化学反应,直至隔膜分解,此时电池短路,电池内部温度急剧上升。二阶段———电池鼓包阶段。该阶段是电池热失控的拐点阶段,主要由于正极材料、粘结剂、电解液都在这一阶段分解。三阶段———电池热失控,爆炸失效阶段。由于电池内部电解液的分解产生大量易燃易爆气体,让电池体积不断膨胀,压力不断上升,到达临界点随之发生爆炸

2.2锂电池热失控原因分析

内部产热和外部滥用是电池热失控的两大触发原因。

2.2.1外部滥用引发

一般情况下,由外部滥用引发锂电池热失控的原因有三个,分别为机械滥用、电滥用、热滥用。机械滥用是指锂电池单体或电池组由于受到碰撞、挤压、穿刺等外力作用下产生形变或不同位置发生相对位移造成电池内部短路。电滥用一般包括外短路、过充、过放几种形式,其中过充电易导致锂电池热失控。热滥用一般由于外部环境温度过高或温度控制系统失效所导致。局部过热是发生在电池组中典型的热滥用情况。以上三种外部滥用形式很少独立存在,都是由其中某一种形式发展而来,环环相扣,但终结果都是发生了热失控。

2.2.2内部产热引发

内部短路广义上指由于各种原因导致电池正负极直接接触的现象,根据接触的面积不同,所造成的后果不同。若电池正负极接触面积小,由内短路产生的热量也较小,对电池的热失控几乎没有影响,这种情况常见于电池的制造瑕疵、老化等,但随着时间的推移,电池内部残余电解液逐渐增加,电池内阻减小,由内短路产生的热量逐渐增加,引发热失控的风险则会大大提升。

2.3新能源汽车火灾事故类型分析

根据相关统计资料,纯电动车型是发生新能源火灾事故多的车型。因过度充电、放电是导致新能源火灾事故的一诱因,占总事故一半以上,其次为碰撞后和行驶中的自燃。可见新能源汽车在静置、行驶、充电状态下均可能发生热失控起火事故(见表2)。因此消防人员在处理事故时应针对不同情况采取相应措施,从而能够快速处理事故,争取救援时间。

2.4新能源汽车火灾事故特点

锂电池是新能源汽车区别于传统燃油汽车的重要标志,同时也为人们带来了新的火灾防治特点。

2.4.1火灾发生难预测

新能源汽车锂电池的热失控事故,按发生时间大致分为两类,一是电池组受到碰撞、挤压、穿刺等外力作用导致电池产生形变,从而短路发生热失控,燃烧甚至爆炸,这类事故往往发生的速度快,危害性高。二是由于车辆浸水、过充或电池老化导致电池组内部短路,产生缓慢的化学反应,且无法被汽车热管理系统检测,当超过临界温度即发生热失控,这类事故往往发生在车辆行驶中或静置时,难以被预测。

2.4.2火势蔓延快、燃烧温度高

新能源汽车锂电池出现热失控后,会在燃烧过程中释放大量的,导致火势快速蔓延,电池内温度迅速升高。有相关部门通过实际测试,锂电池内部燃烧温度高能达到1000℃以上,远远超过普通汽油、柴油燃烧时的温度。锂电池在燃烧过程中会产生大量可燃混合物并向周围喷溅,喷射火焰的远距离可以达到6m。因此当锂电池电动汽车发生火灾时,容易对周边环境和人员造成严重危害。

2.4.3火灾有害气体多

汽车在燃烧过程中会产生大量有毒气体,如一氧化碳、二氧化硫等,但新能源汽车与传统汽车间大的区别是新能源汽车的锂电池燃烧会额外产生氟化氢等多种有毒气体,另外由于新能源汽车特性,搭载的电子元器件较多,一旦发生燃烧,也会产生大量有毒有害气体,这些物质均有不同程度的毒性,吸人会危害救援人员的身体健康。

2.4.4触电风险大

新能源汽车一般配备了高电压大容量电池组,一些车型的驱动电压高达500V以上,火灾发生时可能导致高压电线裸露、接地,使车身带电或在现场一定范围内形成跨步电压,若处理不当,更容易引起电池内部短路,不但会导致火势进一步加重,还有可能对消防救援人员造成电击伤害。

2.4.5火灾持续时间长

由于锂电池燃烧特性,在明火被扑灭后,电池内部仍可能持续升温导致电池复燃。试验发现处理新能源车辆火灾事故所需的总用水量和所需时间都明显大于传统燃油车辆火灾事故。因此应对新能源车辆火灾事故对于消防人员的体力和装备指挥调度提出了更严苛的要求。

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手机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路独立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:

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:

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,要降低新能源汽车火灾事故的概率,需要根据新能源汽车的内部结构和动力电池的火灾特点,采取多样化的防控措施,如提升新能源汽车的产品质量安全,实现智能车载监控系统与智慧消防监管平台的信息共享,完善制定更加严格的安全标准和规范,细化充电桩的设置要求和强化充电桩消防安全管理,规范用车和科学保养等,以便新能源汽车在发生安全故障提醒及火灾事故时,能够及时预警,方便车主或厂家提前介入,有针对性地进行高效处置,大限度地减少新能源车汽车火灾事故的发生概率。

参考文献:

  1. 王贤刚.新能源汽车火灾原因及其灭火救援对策[J].消防界(电子版)

  2. 严南培.新能源汽车火灾特点及处置对策分析[J1消防界(电子版)

  3. 包诣正.汽车锂电池燃烧爆炸抑制技术研究

  4. 章柳柳.基于热气溶胶灭火剂的新能源汽车电池火灾防控研究

  5. 廖承林.李勇,新能源电动汽车消防安全现状与思考

  6. 岳雄飞.新能源汽车火灾的灭火战略战术研究

  7. 刘斌.关于新能源汽车自动灭火系统的研究

  8. 安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5版.

  9. 王珂.新能源汽车火灾事故原因分析及扑救措施简析