浅谈新能源电动汽车火灾分析——以电池热失控问题为例

摘要：本文以新能源电动汽车火灾处置为核心研究内容。鉴于“碳中和、碳达峰”政策的导向，新能源电动汽车在未来市场中将占据更大份额，伴随而来的是火灾风险的不断提升。文章深入探讨了新能源电动汽车火灾的根源——电池热失控问题，分析了充电桩平台的安全性，并提出了提升充电安全性的措施。通过对充电站配电系统运行、电能消耗、电能质量、充电安全及行为安全的实时监控与预警，为充电站的稳定、安全、高效运行提供了有力保障，有效保护了电池安全，及时消除了安全隐患，防止电气火灾的发生，从而确保了人们的生命与财产安全。

关键词：新能源汽车；火灾处置；充电桩平台

0、引言

为推动我国经济的绿色低碳转型，国务院于2012年和2020年分别发布了《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020年）》和《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》，为新能源汽车产业的发展指明了方向，明确了纯电驱动的战略定位。在政策引领下，我国新能源汽车产业蓬勃发展，产销量和保有量均稳居世界前列。据中国汽车工业协会2022年一季度数据显示，新能源汽车产量达129.3万辆，销量达125.7万辆，同比分别增长1.4倍，占整个汽车市场的19.3%。预测到2030年，电动汽车保有量占比或将高达50%，数量或达1亿辆。随着新能源汽车的普及，其火灾事故频发，鉴于新能源汽车在火灾危险性、灭火机理及处置措施上的独特性，需深入研究并采取有效措施，最大限度降低风险。

1、新能源汽车现状

据消防救援局统计，2022年一季度，全国共发生电动自行车火灾4700起，新能源汽车火灾637起，同比分别增长35%和31.3%。新能源汽车火灾事故频发，形势严峻。新能源汽车按能量来源可分为纯电动、混合动力和燃料电池三类。其中，纯电动汽车因结构简单、能源利用率高而成为推广重点；混合动力汽车作为过渡车型，结构相对复杂；燃料电池汽车则因成本高昂、受资源限制，主要作为科研方向。因此，本文聚焦于新能源纯电动汽车。电动汽车的动力主要来源于蓄电池，包括铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池等多种类型。其中，锂电池因高能量密度和价格优势成为当前电动汽车的主要应用方向，根据正极材料的不同，锂电池又可分为锰酸锂电池、磷酸铁锂电池和三元锂电池。纯电动汽车与传统燃油汽车的主要参数对比详见表1。

表1：纯电动汽车与传统燃油汽车主要参数比较

能源形式	电能	汽油、柴油
储能装置	蓄电池	油箱
驱动装置	电机	内燃机
电力系统	低压12V、24V 高压360V（因品牌而异）	12V、24V

2、电池热失控深度剖析

新能源电动汽车火灾的根源在于电池热失控。锂电池经历制浆、涂膜、装配、老化等一系列工序，其内部质量易受工艺环境、材料品质、参数控制精确度及操作细致度等因素影响，从而产生如毛刺、错位、粉尘附着、隔膜损伤等缺陷。这些缺陷可能导致电池在使用过程中因绝缘性能下降而引发短路，内部热量迅速累积，进而促使电解液气化。若此过程未得到有效控制，电池内部温度将持续攀升，最终导致电池膨胀、破裂。一个电池的热失控所释放的能量，足以触发周边电池的连锁热失控反应，最终酿成火灾甚至爆炸事故[3]。

2.1 热失控的外部诱因

2.1.1 短路自燃

在极端外部条件，如高温、潮湿或浸水环境下，电池易发生短路，当温度超过130℃时，极易触发热失控并导致自燃。例如，2016年7月10日，深圳美拜电子厂的锂电池高温老化车间就因短路引发了爆炸。

2.1.2 过充风险

充电过程中，电池负极可能析出锂结晶，过量充电时，锂结晶的聚集会刺穿隔膜，形成微短路。随着温度持续升高，电解液气化，大量热量积聚，最终导致电池燃烧或爆炸，有时甚至在充电结束后的一段时间内仍会发生。

2.1.3 碰撞影响

电动汽车在遭遇外部撞击、挤压等机械作用时，电池可能遭受穿刺或挤压而短路。这种损伤可能立即引发燃烧或爆炸，也可能经历一段缓慢的热失控过程后，才导致火灾。如雪弗兰VOLT在侧碰撞实验中，车辆停放三周后突发火灾[4]。

2.1.4 回收拆解挑战

目前，电池回收拆解工艺复杂且技术尚不成熟，易引发废铝锭产氢自燃或电解液起火等事故。随着新能源电动汽车产业的蓬勃发展，待回收电池数量激增，亟需优化回收工艺，提升本质安全水平。

2.2 电动汽车火灾的特有风险

电动汽车火灾不仅涉及车内可燃物的燃烧，还需考虑电池组热失控的潜在影响，以及高压组件带来的危险。电池组通常位于车辆隐蔽位置，早期火情难以察觉，且火势蔓延迅速，持续时间长，易引发爆炸、触电、中毒等严重后果。电池燃烧具有独特性，易发生复燃。

2.2.1 触电风险

火灾发生时，系统可能失灵，导致车辆未熄火断电或高压系统未切断。若灭火操作中未采取适当防护措施，或破拆救人时未侦察电池系统位置，均可能误触高压组件而触电。

2.2.2 爆炸威胁

电池热失控时，可燃性电解液蒸气和有机小分子气体迅速喷出，与壳壁摩擦产生的热量足以点燃低闪点气体。当进入热失控状态的电池数量足够多时，可燃气体大量积聚，达到爆炸极限即会引发爆炸[5]。

3、工作建议

鉴于新能源电动汽车火灾的特殊性，对消防员的灭火处置工作提出了更高要求。应加强相关业务理论学习，开展实战场景训练，提升应对处置能力，确保安全。

（1）深化业务学习，开展针对性训练。在日常学习中融入新能源电池知识，邀请专家授课，并结合侦察检测、安全防护、冷却保护等科目开展实战训练，确保有效应对各类警情。

（2）提高防护意识，掌握避险技能。通过相关平台，利用限流式保护器等设备提升充电安全，实时监测电池状态，保障人员安全。同时，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，确保充电站的安全、可靠、经济运行，及时消除安全隐患，防止电气火灾发生。

（3）强化协同作战，建立联动机制。新能源汽车火灾的处置需要消防、电力、汽车厂商等多部门协同合作。应建立健全信息共享和应急响应机制，确保火灾发生后能够迅速集结各方力量，形成合力，高效处置。同时，加强跨地域、跨部门的联合演练，提升协同作战能力。

（4）推动技术创新，提升防控水平。鼓励和支持科研机构、企业加大对新能源汽车火灾防控技术的研发力度，特别是在电池热失控预警、快速灭火技术、智能充电系统等方面取得突破。通过技术创新，提高火灾预防和应急处置的效率，降低火灾发生的风险和损失。

（5）加强公众教育，提升安全意识。新能源汽车的普及需要广大公众的广泛参与和支持。应加大对新能源汽车安全使用的宣传力度，提高公众对电池热失控、充电安全等问题的认识，引导用户规范使用新能源汽车，减少因操作不当引发的火灾事故。同时，加强学校、社区等场所的消防安全教育，提升全民消防安全素质。

综上所述，针对新能源电动汽车火灾的严峻形势，我们需要从多个方面入手，采取综合措施，提升火灾预防和应急处置能力，确保新能源汽车产业的健康、可持续发展，保障人民群众的生命财产安全。通过不断深化研究、加强技术创新、完善管理机制和提升公众安全意识，我们定能有效遏制新能源汽车火灾事故的发生，为构建绿色低碳的和谐社会贡献力量。

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

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。

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：

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、结语

综上所述，为减少新能源汽车火灾事故的发生率，我们需依据新能源汽车的内部构造及动力电池的火灾特性，采取多元化的预防措施。这包括提升新能源汽车的产品质量，确保安全可靠；实现智能车载监控系统与智慧消防监管平台的无缝对接，实现信息共享；制定并执行更为严苛的安全标准和规范；细化充电桩的布局要求，并加强充电桩的消防安全管理工作；同时，倡导规范用车行为，鼓励科学保养。如此一来，当新能源汽车出现安全故障预警或发生火灾事故时，能够迅速发出警报，便于车主或厂商及时响应，采取有针对性的高效处置措施，从而最大限度地降低新能源汽车火灾事故的发生概率。

参考文献：

[1]吴志强，廖承林，李勇.新能源电动汽车消防安全现状与思考[J].消防科学与技术，2019，38（1）：148-151.

[2]吴忠华，李海宁.电动汽车的火灾危险性探讨[J].消防科学与技术，2014（11）：1340-1343.

[3]代旭日，何宁.锂电池火灾特点及处置对策[J].消防科学与技术，2016，35（11）：1616-1619.

[4]张得胜，张良，陈克，等.电动汽车火灾原因调查研究[J].消防科学与技术，2014（9）：1091-1093.

[5]柯锦城，杨旻，谢宁波，等.锂电池电动汽车灭火救援技术探讨[J].消防科学与技术，2017，36（12）：1725-1727.

[6]陈俭.新能源电动汽车火灾危险性分析及处置研究.

[7]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版

安科瑞汪洋/汪小姐/汪女士（销售专员）联系方式：18702106706

审核编辑 黄宇