浅谈新能源电动汽车充电站消防安的研究

0引言

随着我国电动汽车行业的发展，其配套的充电站（桩）及相关设施建设也迅速发展。充电站（桩）与加油站、加气站不同，是一种集自动更换电池、自动充电、电池储存于一体的综合性设施。当前国内有关此类设施的消防安*标准和规范尚未完*确立，这类新兴设施的消防安*监管对于消防部门来说是一项*具挑战、亟待研究解决的新课题。

1新能源汽车充电设施现状

1.1本地新能源汽车发展现状

新能源汽车是我国汽车产业发展的*然趋势，也是环保的*然要求，当前南宁市积*响应落实党**关于加快新能源汽车发展、加快推进新型基础设施建设的决策部署，*面推广新能源汽车。截至2020年，南宁市新能源汽车保有量为2.63万辆，计划于2025年底前达到保有量为10.41万辆的目标。

1.2本地充电站(桩)基础设施现状

随着新能源汽车数量剧增，充换电设施场地成为新型城市基础设施的重要领域，其高质量建设安装和运营维护是推动新能源汽车快速、健康发展的重要保障。大力推进充换电基础设施建设，是着力落实**推广应用新能源汽车部署的重要举措，有力解决新能源汽车换电难题。据相关统计数据，截至2020年底，南宁市共有公共充电站47个，公共充电桩0.72万个，计划于2025年底实现公共充电桩1.94万个的建设目标。

1.3充电设施的类型

充电设施包括电力系统、充电系统、监控管理系统和计费系统。充电设施的容量、电压等选择要符合本地的新能源汽车使用要求。住宅小区内的充电站一般以单相交流充电桩为主，其目的是鼓励私人新能源汽车车主在家里使用单相交流充电桩进行夜间充电，虽然需要较长的充电时间，但是可以达到削峰的效果。在需要快速充电的情况下，可以选用三相交流桩、直流一体充电桩、非车载式充电桩。对于具有大量充电终端的大型场地，可以采取灵活的充电堆；对于交通量大、运行周期短的应用场合，也可以采用更换电池的方式。

目前充电桩类有如壁挂式、落地式、立柱式等类型，如图1至图3所示，使用时均应视现场实际情况而定。设置在室内的充电设备防护级别要在IP32以上，设置在室外的充电设备防护级别要在IP54以上，且*须具有一定的防水防尘性能。居住区停车场、公共建筑附属停车场、园区停车场、校园停车场、路边停车场等均可使用单相交流充电。三相交流充电桩主要用于出租车公司、公共充电站、景区大型巴士停车场等经营场所。

2火灾特点及火灾原因分析

充电站的主要设施包括充电桩、辅助用房、综合监控室、变配电房等，但新能源汽车才是主要的灭火目标。目前国内外还没有关于新能源汽车火灾危险性的定论，也没有关于*尺寸新能源汽车火灾试验的相关文献记录，新能源汽车的火灾风险评估是一个重要的课题。

2.1新能源汽车火灾特点

目前大多数新能源汽车使用锂电池作为动力源，按照电池的正*材料，可以分为锰酸锂电池、磷酸铁锂电池、三元锂电池等。锂电池是一种能量储存设备，锂属于活泼金属，很容易受到外部环境的刺激，加之本身的工艺问题，会导致电池发热、爆炸。我国相关部门做过有关电池热失控的模拟实验，并对其火灾特性进行分析，实验结果显示，三元锂电池和钴酸锂电池分别在200℃和850℃会出现热失控，主要原因均为电池内部短路。新能源汽车因使用锂电池造成的火灾具有以下特征：①燃烧速度快、持续时间长。②高温下着火。当燃料电池被点燃后，其火焰的温度将会达到916℃。足够点燃周围的易燃物质。③强烈的火焰。在实验中，电池的*大火焰可以达到5m，而且还会有大量的液体从火焰中喷涌而出。④释放出大量的有毒、有害气体。从实验现象可以看出，在燃烧过程中，有大量的气体被排出，尤其是在燃烧之前和熄灭之后。经检测，这些气体存在烯烃、烷烃、醚等多种有毒化合物。

2.2造成火灾的原因

造成火灾的原因主要有以下3个：①过充。持续地给电池充电，而又没有保护措施，会存在很大的安*隐患。《电动汽车用动力蓄电池安*要求及试验方法》（GB/T31485—2015）对过充电有明确的要求，即充电至额定电压的1.5倍，或电池充满电后继续充电1h，要求电池1h内不爆炸、不起火。②短路。电池内部短路可能是由于结构有损伤，造成内部的正*和负*直接接触，外部短路可能是部分铁丝、铜丝或者金属片具有导电性质，造成瞬间的大电流，进而引起发热和电池燃烧。③加热。锂电池的工作温度范围一般在-20~60℃。当环境温度超过60℃时，高温叠加电池工作热量，可能诱发热失控。天气炎热或者使用环境温度比较高，也会造成电池内部的一些有机物融化和收缩，导致电池正负*短接，*终引发电池燃烧和爆炸。

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*和行为安*进行实时监控和预警，为充电站的可靠、安*、经济运行提供保障，并及时切除安*隐患、避免电气火灾发生，从而保障人员的生命财产安*，打造“安*、*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：

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*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*：产品*部由中国平安保险承保，充分保障设备、车辆、人员的安*。

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：