淺談電動汽車火災現狀分析與應對建議

葉根勝

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

[摘要]本文針對近兩年電動汽車起火事件進行分析，得到鋰離子電池熱失控為電動汽車火災事故主要成因；之后對三元鋰電池熱失控成因及燃燒特點進行分析；后通過對現行標準下電動汽車充電設施防火安全措施進行總結，提出電動汽車火災事故的安全建議以期望有效預防電動汽車火災，促進電動汽車行業發展。

[關鍵詞]電動汽車；火災現狀分析；火災原因分析；鋰電池熱失控；應對建議

引言

自2015年起，我國新能源汽車保有量呈快速增長趨勢。雖然新能源汽車發展勢頭正猛，但時有發生的火災事故仍令車主們膽戰心驚，同時也制約著新能源汽車發展。僅2020年1~8月間，國內共發生新能源汽車起火事故20起，同比下降31%;受害車輛28輛，較去年同期下降22%,雖然新能源汽車起火事故跟去年同期相比有所降低，但行業問題仍不可忽視。本文根據《2019年動力電池安全性研究報告》及公共媒體報道事故統計數據總結近兩年新

能源汽車火災事故，對其現狀進行分析比較，總結起火原因并進行分析，后從各角度出發提出合理化應對建議，促進新能源汽車健康安全快速發展。

一、電動汽車火災現狀分析

據統計，2019年下半年電動汽車銷量較2018年大幅下降，而主要原因除了電動汽車本身續航里程及動力電池組使用壽命外，電動汽車安全性也成為消費者重要考慮因素。總結近幾年的電動汽車火災事故，2016年統計24起;2017年18起，同比降低25%;2019年73起，同比增長82.50%;2020年1~8月份發生約20起。雖預計較2019年有所降低，但電動汽車安全問題仍然嚴重。

1.1起火狀態分析

2019年行駛過程中自燃22起，占30.14%;停放擱置狀態下起火26起，占總量的35.62%;而充電時自燃16起，約占21.92%;事故后自燃僅2.74%;4S店著火、后備箱起火等外部火源引起或未知原因自燃事故數占總量的9.59%,此種狀態下的火災事故與電動汽車本身關聯性不強，在此不作具體分析。受疫情影響，2020年1~8月電動汽車火災事故較上年同期有所下降。行駛中自燃共計7起，占總數35.00%;充電時自燃占總量20.00%,同比提高2.3%;停車時自燃約占30.00%。較上年同期基本持平；事故后自燃同比翻兩番，占總量10.00%;其他狀態發生火災約5.00%。可以看出行駛中自燃和停車中自燃是電動汽車起火主要狀態，其次是充電時自燃。

1.2起火原因分析

數據中2020年火災事故起火原因未知，故僅分析2019年電動汽車火災事故起火原因。如圖4,電池問題是電動汽車起火的重要原因，占半成以上；碰撞問題引起火災約14起，約占19.18%;由浸水或使用不當引起的電動汽車火災事故占比相同;而其他零部件故障或外界原因均占總量2.74%。

1.3發生時間分析

2019年電動汽車火災大多發生在6~8月份，共計39起，占總量53.42%;二與三季度共計58起，占總量的79.45%。疫情導致2020年1~8月電動汽車使用率降低，火災事故集中發生于5、6、8月。綜合近兩年數據，夏季是電動汽車火災事故高發期；由于高溫、暴曬等惡劣天氣，夏天更易發生電動汽車火災，其次是春秋，后是冬天。

1.4電池類型分析

動力電池是電動汽車主要元件，如圖1~2所示，2019年已知電動汽車火災事故中三元鋰電池占72.60%,2020年上半年則占85%，較上年同期增長25.6%。雖然受疫情影響用車量降低，但三元鋰電池火災事故概率依舊提高不少。

圖12019年電動汽車火災事故電池類型統計

圖22020年1-8月份電動汽車火災事故電池類型統計

1.5小結

通過對近兩年電動汽車火災事故數據分析，95%的電動汽車火災事故發生于純電動汽車，可得到如下結論。（1）受疫情影響，2020年電動汽車火災事故發生概率有所下降，但電動汽車安全問題形勢依舊嚴峻；（2）從電動汽車起火狀態來看，從行駛、充電到靜置均有火災事故發生，但在行駛中或停車時發生事故概率更高；（3）從電動汽車起火原因分析，電池問題是電動汽車起火主要原因；（4）從發生時間分析，夏季是電動汽車火災事故高頻發生期，另外，二、三季度天氣炎熱，日照強烈，發生事故可能性急劇增加；（5）在自燃的車輛電池類型中，三元鋰電池占大多數，電池安全技術提升迫在眉睫。

二、鋰離子電池熱失控分析

通過對近兩年電動汽車火災事故現狀分析可知，動力電池起火是電動汽車火災主要原因。目前電動汽車多采用三元材料電池且均配有電池防護系統，但有研究表明，現今所有電動汽車電池防護系統并不能有效規避電池熱失控現象。因此，鋰離子電池熱失控是電動汽車火災事故的主要原因。

1鋰離子電池熱失控成因

鋰離子電池熱失控主要是由于電池內部產熱速度高于散熱速度，在電池內部積聚大量熱量導致電池起火和爆炸。引發電池熱失控原因包括：電池生產缺陷引起短路；過充電或過放電等電池使用不當行為導致正負極短路；機械濫用導致電池短路;熱濫用造成電池內部熱量累計過快。同時，熱失控現象的強度與鋰電池大小、配置及數量有關。在同體積下，比能量高的電池組儲電量更好，續航能力就越好，而比能量越高在受到外部刺激時，自燃和爆炸的風險也越高。

2鋰離子電池熱失控火災特點

根據文獻[4-7]中電動汽車鋰離子電池火災數值模擬，結合鋰離子電池熱失控火災特性及實際測試數據，可得圖3結果。

(1)溫度變化規律：火災初期溫度迅速上升；火災發展期間逐步穩定；火災過程中熱釋放效率曲線與之類似。

(2)能見度變化規律：火災初期能見度基本不受影響，持續燃燒會形成一定厚度煙氣層，能見度迅速降低。由此推斷煙氣變化：火災初期煙氣不明顯，發展期間煙霧急劇增加，達到大值后趨于穩定。

(3)火焰變化規律：燃燒初期火焰不明顯近205s火焰開始增加，210s火焰急劇增加，呈現燃

爆特性。

(4)C0、C02變化規律：燃燒過程中煙氣成要為CO與C02,火災環境危險程度與之相關。隨著火災規模擴大，CO和co2的增長速率顯著提高并積聚。在實際情況中，可燃燒物較模擬增多，燃燒氧氣不足等原因會導致CO與co2濃度遠高于模擬結果。

由以上分析可總結三元鋰電池熱失控火災特點：（1)火災蔓延迅速，燃燒溫度髙，持續時間長，嚴重時甚至存在燃爆現象；（2)電池內部發生放熱連鎖反應，對外部滅火工作造成一定困難，復燃可能性；（3)燃燒過程伴隨大量煙氣、CO及C02等有害氣體，對能見度造成影響，存在中毒、爆炸危險。

圖3鋰離子電池熱失控火災燃燒特性曲線

三、現行標準的電動汽車充電設施系統防火安全措施

1標準要求

GB/T51313-2018《電動汽車分散充電設施工程技術標準》6.1.5條規定，新建汽車庫內配建的分散充電設施在同一防火分區內應集中布置，并應符合下列規定：1、布置在一、二級耐火等級的汽庫的首層、二層或三層；2、當設置在地下或半地下時，宜布置在地下車庫的首層，不應布置在地下建筑四層及以下；3、設置獨立的防火單元，每個防火單元的大允許建筑面積應符合表1規定。4、每個防火單元應采用耐火極限不小于2.Oh的防火隔墻或防火卷簾、防火分隔水幕等與其他防火單元和汽庫其他部位分隔；5、當防火隔墻上需開設相互連通的門時，應采用耐火等級不低于乙級的防火門；6、當地下、半地下和高層汽車庫內配建分散充電設施時，應設置火災自動報警系統、排煙設施、自動噴水滅火系統、消防應急照明和疏散指示標志。集中布置的充電設施區防火單元大允許建筑面積/m2

另外，集中布置的充電設施區域應按現行標準GB50140《建筑滅火器配置設計規范》規定配置滅火器，并宜選用干粉滅火器；而室外分散充電設施宜與就近建筑物或汽車庫、停車場共用消防設施；分散充電設施宜處于現有視頻監控設施的監控范圍內。變化趨勢范圍內。

2地方標準要求

廣東省DBJ/T15-150-2018《電動汽車充電基礎設施建設技術規程》4.9.4條明確提出汽車庫內設置充電基礎設施的區域應劃分防火單元,且在1款對各防火單元停車數量做出了相應規定（表2)。

DBJ46-041-2019《海南省電動汽車充電設施建設技術標準》也存在類似規定，除防火單元外也提出防火間隔。7.0.7條規定當防火間隔內的車位單排布置時，每個防火間隔內停車數量不應超過12輛；當防火間隔內的車位為雙排及以上布置時，每個防火間隔內停車數量不應超過24輛。另外，7.0.8條規定設置在汽車庫的充電設施，不應使用功率大于7kW的充電設備。

四、安全建議

從根本上解決電動汽車火災事故是一個長期過程，目前電動汽車火災事故應對措施只能以預防為主。應制定強而有效的設計標準、檢驗標準、安裝標準及安全監管制度，明確落實事故責任處理機制，建立電動汽車安全運行監控體系，掌握實時數據，重視動力電池回收，完善處理程序；企業則應針對已有問題及時整改并設計應對方案，做好安全保障及安全操作說明，提高用戶保養檢修及安全操作意識。而除了車輛自身原因外，導致電動汽車火災問題重要因素之一是不當操作，基于以上提出以下幾點建議：（1）科學充電：選擇符合電力標準的匹配充電設施進行充電，盡量使用原裝充電設備，防止充電裝置不匹配造成短路起火；避免過度充電、暴曬下充電、行駛后立即充電及經常大電流快充等。（2）防止磕碰：一般電動汽車動力電池組都安置于車輛底部，極易與路面發生碰撞，應盡量避免過于顛簸或異物較多路段，一旦駕駛過程中發現底盤被磕碰的情況還是應及時檢查電池包受損情況，避免火災風險。（3）避免浸水：電動汽車出廠前一般會進行車輛浸水試驗，理論上基本可保證常溫常壓下浸泡水中lh而不漏電。盡管電動汽車電池包及相關高壓電路具備一定的防水能力，但隨著車輛的使用系統防水性能會降低甚至失效。用戶行車時應小心通過積水路段，車齡較長的電動汽車應盡量避免進人積水路段。（4）火災應對：室內汽車庫應根據GB/T51313-2018《電動汽車分散充電設施工程技術標準》及GB50140《建筑滅火器配置設計規范》中相關規定合理配置滅火器及防火單元，宜選用干粉滅火器；而室外分散充電設施應根據GB/T51313-2018與就近建筑物或汽車庫、停車場共用消防設施并應處于現有視頻監控的監控范圍內以實現實時火災監控。一旦發生電動汽車火災事故，車主應立即斷電遠離車輛并立即報警，防止吸人有毒氣體，密切觀察起火點等待救援。

五、安科瑞智慧消防云平臺

1平臺概述

安科瑞智慧消防云平臺依托物聯網、云計算、互聯網、大數據、AI等技術，對充電站配電系統的運行、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—互聯網—多種增值業務"的智慧充電站，提升充電站的社會和經濟價值。

2適用場合

可廣泛應用于醫院、學校、酒店、體育場等公共建筑；商業廣場、產業園等綜合園區；企業、住宅小區等場所。

3組網架構

平臺采用分層分布式結構，主要由終端感知設備、邊緣計算網關和能效管理平臺層三個部分組成，詳細拓撲結構如下：

4參考選型

5相關產品介紹

5.17KW交流充電樁AEV-AC007D

產品功能

1）智能監測：充電樁智能控制器對充電樁具備測量、控制與保護的功能，如運行狀態監測、故障狀態監測、充電計量與計費以及充電過程的聯動控制等。

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，可以實現實時監控，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。

5.2直流充電樁系列

5.3電氣火災探測器ARCM300-Z

5.4限流式保護器ASCP200

產品功能：

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

2）過載保護：當線路電流過載且持續時間超過動作時間（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，可以將數據發送到后臺監控系統，實現遠程監控。

6平臺功能

6.1登錄

6.2首頁

平臺首頁顯示充電站的位置及在線情況，統計充電站的充電數據

6.3實時監控

1）充電站監控

可以按站點名稱進行篩選，顯示站點詳情、充電槍列表、統計訂單信息、故障記錄，點擊某個充電槍編號后在進入充電槍監控頁面實時監測變壓器負荷（搭配ACM300T、ADW300），當負荷超過50%時，系統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

統計當前充電站各充電樁回路的數據；通過卡片的形式展現充電樁的數據；顯示故障列表；如圖所示：

2）充電樁監控

顯示充電樁充電數據；顯示各回路的充電狀態；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）設備監控

顯示限流式保護器的狀態，包括線路中的剩余電流、溫度及異常報警，如圖所示：

6.4故障管理

1）故障查詢

故障查詢中記錄了登錄用戶相關聯的所有故障信息。如圖所示：

2）故障派發

故障派發中記錄了當前待派發的故障信息。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：

6.5能耗分析

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

6.6故障分析

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

6.7財務報表

在財務報表中，可根據時間查看關聯站點的財務數據。如圖所示：

6.8收益查詢

在收益查詢中，可查看總的收益統計、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：

7案例實景

六、結束語

電動汽車作為汽車工業可持續發展戰略重要組成部分已為人接受，但在電池安全及電池管理等技術提升下仍無法規避火災事故。（1）針對近兩年電動汽車火災事故分析可知：純電動汽車是電動汽車火災事故的高發車型；電池問題是電動汽車火災事故發生的主要原因；夏季是電動汽車火災事故高發期。（2）針對三元鋰電池熱失控成因及火災特點分析可知：電池生產缺陷、用電不當、碰撞均有可能引起鋰離子電池熱失控；鋰離子電池熱失控火災蔓

延迅速，溫度高，產生有毒煙霧，滅火困難，存在爆炸風險。（3)目前電動汽車火災事故只能從源頭上預防。有關部門應完善標準，加強管理；企業應加強自身監管，針對安全隱患設計應對方案，并提醒車主安全操作，及時維修保養；車主應加強安全意識，科學用電，防止磕碰，盡量避免浸水；一旦發生電動汽車火災應及時斷電并遠離車輛，立即報警、等待救援。

參考文獻

[1]丁宏軍.從消防角度看電動車的發展[j].建筑電氣，2019,38(02)：3-7,

[2]范志強.電動汽車鋰電池內短路誘發熱失控的機理研究進展[J].時代汽車，2020(11):85-86.

[3]劉回春.新能源汽車市場大有作為電池技術成制約發展瓶頸[J].中國質量行，2019(08):21-23.

[4]潘鳴宇，及洪泉，邱明泉，孫舟，李卓群，趙宇彤.電動汽車鋰離子電池組火災數值模擬研究[J].中國安全生產科學技術，2020,16(06):104-109.

[5]袁偉，王文濤，王海林，肖潔.電動汽車防火安全策略研究[J].汽車實用技術，2020(06):4-7+12.

[6]王兵.車用鋰離子動力電池及模組熱失控的實驗與仿真研究[D].北京工業大學，2017.

[7]寧凡雨，劉逸駿，譚立志，王松蕊，劉興江.鋰離子電池熱失控模擬研究[J].電源技術，2020,44(08):1102-1104+1190.

[8]GB/T51313-2018《電動汽車分散充電設施工程技術標準》[S].北京：中國計劃出版社，2019.

[9]GB50140-2005《建筑滅火器配置設計規范》[S].北京：中國計劃出版社，2005.

[10]DBJ/T15-150-2018《電動汽車充電基礎設施建設技術規程》[S].北京：中國建筑工業出版社，2019.

[11]DBJ46-041-2019《海南省電動汽車充電設施建設技術標準》[S].

[12]向格.一起新能源電動汽車火災的調査及體會[J].學院學報，2019,35(06):17-21.

[13]吳冬梅，邢茜.電動汽車起火問題分析與應對[J].汽車工程師，2018(12):59.

[14]周峰，成武家，李建華.電動汽車火災危險性分析與防范對策[J].消防技術與產品信息，2017(08):71-74.

[15]劉瑾.新能源汽車更安全才有“未來"[門.能源研究與利用，2019(04):15.

[16]劉子華.電動汽車鋰電池火災特性及滅火技術[J].電子技術與軟件工程，2020(01):68-69.

[17]王成，岳云濤，李炳華，楊家暉，楊玉美，張淇惠.電動汽車火災現狀分析與應對建議

[18]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2019.11版