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浅析新能源汽车消防安全研究
更新时间:2024-10-09   点击次数:103次


0引言

目前新能源研究的重要对象是电动汽车,也是重点扶持项目。但近几年却频繁出现电动汽车火灾事故,严重威胁到电动汽车运行的安全问题,给大众也带来安全风险。目前加大电动汽车消防安全研究力度势在必行,做好火灾的预防工作,才能保障电动汽车运行的安全。

1新能源电动汽车

随着我国经济的快速发展,人民的生活质量不断提高,我国的汽车保有量也不断增加,但能源短缺和环境污染的问题仍然存在,为了兼顾能源安全与环境保护的需求,发展新能源汽车成为了一个重要的途径。新能源汽车与传统汽车的主要差别在于动力源,传统汽车主要依靠燃烧化石燃料提供动力;新能源汽车可分为纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车。纯电动汽车(BEV)不需要其他动力装置,可以完*由可充电电池提供动力的,没有尾气排放,对于环境保护较好;混合动力汽车(HEV)是拥有2个或2个以上动力源的汽车,不完*依靠可充电池提供动力,会对环境有一定的影响,但相比于传统汽车节能效果更好,排放较小;燃料电池汽车(FCEV)主要依靠燃料电池提供动力,对环境污染较小。

2新能源电动汽车火灾特点

新能源电动汽车火灾特性包括:火灾不易探测、火灾复燃风险高,以及火灾有毒烟气产量大、毒性高。

(1)新能源电动汽车火灾不易探测。新能源电动汽车的电池一般位于车体内部,当火灾探测器能够探测到电动汽车的火灾时,火灾很有可能已发展到较为猛烈的阶段。

(2)新能源电动汽车火灾复燃风险高。相比于传统燃油汽车,电动汽车发生火灾后的复燃几率较大,且复燃次数也较多。与普通可燃物不同,动力电池火灾中,火源来自其内部发生的化学反应,即使汽车外部火灾得到抑制,但内部电池在氧含量较低甚至无氧的环境中仍能够发生火灾。

(3)新能源电动汽车火灾有毒烟气产量大、毒性高。新能源电动汽车火灾中,动力电池一旦发生热失控,电池或其安全阀将破裂并释放有毒物质。随着热失控的逐渐发展,电池将产生更多的烟雾和有毒气体。一些蓄电池内部的氟也可能形成氟氧化磷(POF3)。这些有毒气体包括氟化氢(HF)、氰化氢(HCN)和一氧化碳(CO)等。吸入一氧化碳会使人体出现头晕、心悸、全身乏力等症状,重度中毒会使人体痉挛、昏迷甚至死亡。

3新能源电动汽车消防安全现状及原因

新能源汽车与传统燃油汽车的主要区别在动力源,同时也出现了不同的能源补给形式。相比于传统汽车,新能源汽车装备有大容量的电池,当汽车出现过热、短路或机械故障时更容易发生起火事故。目前普遍认为产品质量问题是新能源汽车安全事故频发的罪魁祸首。主要是由于企业过分追求补贴技术的指标,忽略了技术验证,导致技术验证不足,出现问题后解决方案不成熟,给产品的安全质量埋下了隐患。

3.1电源系统事故

蓄电池是电源系统的基础组成部分之一,若在日常使用过程中出现蓄电池长期充放电的状况时,会加快蓄电池的老化速度,进而出现隔板老化、绝缘皮老化等状况,一旦老化程度严重,负极与正极可能会直接接通,并进一步引发短路问题。此外,蓄电池中包含有大量的电解液,电解液本身就具有较强的腐蚀性,若蓄电池外表老化严重,可能会造成电解液泄漏的问题,同样也会出现短路的状况。蓄电池的整体结构相对较为复杂,在长期使用之后可能会出现线路接线口松动的问题,并进一步引发断路和接触不良。若这一阶段电动汽车正处于运行状态,则意味着电动汽车发电机无法顺利向蓄电池进行充电,发电机则会处于一种负荷运转的状态,长期运行会面临发电机烧损的状况,并可能会进一步引发严重的电动汽车火灾。

3.2车辆系统事故

电动汽车系统的火灾可以分为线路火灾和电气设备火灾。线路火灾主要是由于电流过载、漏电、短路和接触不良等原因引起的火灾。电气设备火灾主要是由于电气设备的老化、发热烧毁、电子元件的击穿、电路焊点故障、及机械磨损等原因引起的火灾。电动汽车系统火灾事故的频发,主要跟汽车在行驶过程中不断的颠簸、晃动、长时间的运行使汽车长期处于高温中、尘土、空气侵蚀、电压波动等因素有关。导致电动汽车的各用电设备线路出现磨损、老化、松动、腐蚀等现象引起火灾。另外,汽车额外改装或加装的其他用电设备(比如导航、录像、音响等)以及维修人员在维修时未按技术标准操作和蟑螂、老鼠等动物的啮咬等,均是引起汽车电气火灾的隐患。

3.3充电现场事故

充电站的运行和维护是一个长期的过程。在这一长期过程中,充电场所会遇到各种风险因素。其中容易遇到的就是来自于车辆的危险因素。相比传统的燃油类汽车,电动汽车具有加速度快、油门响应灵敏的特点,因此在车辆起步阶段可能会由于驾驶员一时疏忽,撞击其他车辆或者充电桩。特别是公共汽车的充电现场,由于公共汽车驾驶员驾驶时间长,可能会出现精神恍惚,再加上公交车盲区较大,很容易在充电现场造成事故。充电现场的安全性与管理单位的工作认真程度有密切的关系,如果充电现场管理不善,地面积水持续无人清除、充电枪无人归位、充电桩周围无防撞设施、充电现场消防设施不完备等情况持续存在,充电桩无人维护,那么充电现场的安全风险就更高了。同时,充电现场的电动车辆也是危险因素,由于充电动汽车的维护水平参差不齐,如某电动汽车的温控系统和电池过充保护系统出现故障,在充电过程中就有可能出现电池温度过高甚至汽车自燃的情况。同时,电动汽车使用的电池型号参差不齐,大部分电池在受到撞击后会自燃,因此充电现场的车祸还可能会造成连锁火灾。

4新能源电动汽车消防安全策略

4.1完善汽车结构

1从产品质量出发。电动汽车主要通过安全预防,从产品设计入手,严格控制生产质量。

2严格制定安全标准和规范,改善准入条件。尽快出台电动汽车安全年检标准,制定更加严格的新能源汽车安全标准。为了达到新的标准,有必要增加成本。

3应用新能源汽车监控网络。一旦车辆安全事故或隐患得到准确判断,车辆信息、地理信息、人员、货物信息等所有必要信息将立即与智能消防数据平台共享,使应急管理部门能够制定救援措施,及时进行救援。

(4)配备车载灭火装置,一旦发生安全事故立即灭火。

4.2合理充电

电动汽车蓄电池的电量一般在还有20%的情况下进行充电是好的,不能将电用完再进行充电且每次充电不要充满,只需要充到80%以上就可以了。这样充电的目的主要是为了确保电池内部电极活化,延长电池的使用寿命。电池一直在带电的状态,但是电量又不至于过高或过低,电池一直处于循环状态,可以有效的延长电池的使用寿命。在电池的充电模式上,应尽量选择慢充,还可以使用随用随充的方式,这样可以对电池起到很好的养护作用。总体而言对于电动汽车的电池来说,关乎着整个车辆的用车和电池的使用寿命,在使用的电池的时候保持良好的驾驶习惯,同时慢充为主,快充为辅,并严格按照要求定期进行维护,这样才能将电池养护到状态。

4.3汽车检测

新能源汽车的结构与传统的汽车的结构不同,在性能方面也存在着很大差别。关于新能源汽车的维修,其主要依靠维修技术和完善的检测设备,因此,我们需要加强对新能源汽车设备检测方面的重视。一是在维修过程中,需要具备较高的检测技术,再辅助设备,这是完成新能源汽车维修的基础条件。二是需要根据新能源汽车实际的性能特点,不断强化检测设备的功能,保障在检测和维修过程中能够提供科学的检测设施,保障检测具备和全面性,从而打破当前环境下对新能源汽车检测和维修设备问题的局限。另外,在检测环节中,为了保障检测质量,对专业人才的检测监督是当前采取的主要措施,并不断加强对人才市场环境分析,从中筛选专业素养过硬的专业人才,不断对这类人才进行引进,有必要的情况下可以通过校企合作的方式,加强对专业人员的培养,不断使这类人才参与到企业的实践和实习过程中,满足专业人才需求的同时,为后期人才引进奠定了坚实的基础。

4.4加强充电现场安全管理

(1)       加强安全防护措施。

①管理方面:首先相关安全防护装备需要配备齐全,在充电桩的工作区域放置绝缘手套、铺设绝缘毯等。其次,在条件允许的情况下,为充电桩安装顶棚防风吹日晒,可以加装摄像头,建立可视化的安全监控系统,以期提高安全管理的信息化水平。

②技术方面:根据充电桩功率、交直流充电方式等方面配置相应的安全保护功能,应配置漏电保护、防雷保护、输入测保护、输出测保护、整机保护等功能。

(2)       加强安全隐患排查。安全隐患的调查和处理是预防安全事故的前期工作。制定定期检查、安全巡视和专项检查制度,可以有效的确保安全和消防工作全面调查的有序进行。加强专业人员对充电桩、电气设备的专业性安全检查,可以有效防止因为设备问题而产生的安全事故,因为设备的安全是保障充电桩安全的基础。

(3)       做好安全教育工作。

①组织召集管理人员进行相关的安全知识培训;

②做好公司管理人员、充电运维人员、设备维护人员的安全教育工作,普及电气、交通应急知识,进行电气操作的人员取得相应的资质证书,持证上岗;

③在充电站悬挂警示标语、张贴宣传画等安全宣传。

4.5运用灭火*剂

根据当前灭火*剂的使用种类发现,主要包括细水雾灭火剂、干粉灭火剂、惰性气体灭火剂、热气溶胶灭火剂以及氢氟碳类灭火剂等。在此基础上还包括新型灭火剂,主要应用于特殊火灾场所。当蓄电池出现火灾时,首先是就近灭火,灭火器是常用选择。但是由于蓄电池火灾属性的特殊,考虑到周围环境因素以及火灾中会产生的喷射物,还要综合灭火效果,需要科学选择灭火剂。蓄电池火灾明确起火原因,不能使用气体灭火剂,如果火灾环境开阔,会对周边环境造成损伤。灭火剂的研究,还要考虑到蓄电池燃烧强度变化,以惰性较大类型的灭火剂。结合当时的情况,需要加大对灭火*剂的研究。

5安科瑞智慧消防云平台

5.1平台概述

安科瑞智慧消防云平台依托物联网、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。

5.2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。

5.3组网架构

平台采用分层分布式结构,主要由终端感知设备、边缘计算网关和能效管理平台层三个部分组成,详细拓扑结构如下:

IMG_256 

5.4参考选型

序号

名称

单位

1

智慧用电云平台

EIOT

2

电气火灾探测器

ARCM300系列

3

限流式保护器

ASCP系列

4

汽车充电桩

AEV200系列

6相关产品介绍

6.1 7KW交流充电桩AEV-AC007D

IMG_257 

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/T 20234.2-2015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。

6.2 直流充电桩系列

IMG_258 

6.3电气火灾探测器ARCM300-Z

IMG_259 

序号

名称

型号、规格

单位

数量

备注

1

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。

1

安科瑞

6.4限流式保护器ASCP200

IMG_260 

项目

指标

输入电压

AC85~265V,45~65HZ

功耗

功耗≤5VA(无负载情况下)

额定电流

0~63A可设置

短路保护时间

<150μs

过载保护

动作范围:110%~140%;动作延时:3~60s

过压保护

动作范围:100%~120%;动作延时:0~60s

欠压保护

动作范围:60%~100%;动作延时:0~60s

线缆温度监测

监测范围

-20~120℃(精度±2℃)

报警设置

动作范围:45~110℃;动作延时:0~60s

漏电流监测

监测范围

20~1000mA(精度:±2%或±5nA)

报警设置

动作范围:30~1000mA;动作延时:0~60s

故障记录

20条记录(故障类型、故障值、故障时间)

报警方式

声光报警(其中声音可以通过消音按键消除)

通讯

1路RS485接口,Modbus-RTU协议;1路2G无线通讯

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。

7平台功能

7.1 登录

7.2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

IMG_261 

7.3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:

IMG_262 

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:

IMG_263 

(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:

IMG_264 

(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:

IMG_265 

7.4 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:

IMG_266(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:

IMG_267(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:

IMG_268 

7.5能耗分析

在能耗分析中,可查看规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:

IMG_269 

7.6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:

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7.7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:

IMG_271 

7.8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:

IMG_272 

8案例实景

IMG_273 

IMG_274 

9结论

综上所述,随着我国经济的快速发展,汽车消防安全已经成为社会稳定和发展的重要内容,新能源电动汽车相关单位要给予高度重视,根据实际情况对传统的消防模式进行有效的创新和完善,这样不但可以确保消防工作的顺利开展,同时对汽车行业的经济发展也有积极作用。

参考文献

[1]蒋祥林.电动车火灾现存问题分析与对策研究[J].今日消防,2019,4(10).

[2]姬留新,彭雨婷,夏德行.电动汽车动力电池系统热失控预防措施研究[J].汽车世界,2019,000(020).

[3]张永成.新能源电动汽车消防安全现状与思考.

[4]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版.

 


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