淺談新能源電動汽車充電站消防安*的研究

安科瑞 陳聰

【摘要】與傳統(tǒng)汽車造成環(huán)境污染能源消耗等問題相比,新能源汽車不僅可以減少環(huán)境污染降低能源消耗,還具有出行成本低駕駛噪聲小等優(yōu)勢,有利于保護環(huán)境,實現(xiàn)綠色低碳出行,因此得到**的大力推廣和支持。基于此,*點對新能源汽車充電站(樁)消防安*進行研究,保障新能源汽車充電安*,促進新能源汽車的發(fā)展,同時為此類問題提供一定的參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】新能源汽車充電樁(站);消防監(jiān)管;安*

0引言

隨著我國電動汽車行業(yè)的發(fā)展，其配套的充電站（樁）及相關(guān)設(shè)施建設(shè)也迅速發(fā)展。充電站（樁）與加油站、加氣站不同，是一種集自動更換電池、自動充電、電池儲存于一體的綜合性設(shè)施。當前國內(nèi)有關(guān)此類設(shè)施的消防安*標準和規(guī)范尚未完*確立，這類新興設(shè)施的消防安*監(jiān)管對于消防部門來說是一項*具挑戰(zhàn)、亟待研究解決的新課題。

1新能源汽車充電設(shè)施現(xiàn)狀

1.1本地新能源汽車發(fā)展現(xiàn)狀

新能源汽車是我國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的*然趨勢，也是環(huán)保的*然要求，當前南寧市積*響應(yīng)落實黨**關(guān)于加快新能源汽車發(fā)展、加快推進新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的決策部署，*面推廣新能源汽車。截至2020年，南寧市新能源汽車保有量為2.63萬輛，計劃于2025年底前達到保有量為10.41萬輛的目標。

1.2本地充電站(樁)基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀

隨著新能源汽車數(shù)量劇增，充換電設(shè)施場地成為新型城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要領(lǐng)域，其高質(zhì)量建設(shè)安裝和運營維護是推動新能源汽車快速、健康發(fā)展的重要保障。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2020年底，南寧市共有公共充電站47個，公共充電樁0.72萬個，計劃于2025年底實現(xiàn)公共充電樁1.94萬個的建設(shè)目標。

1.3充電設(shè)施的類型

充電設(shè)施包括電力系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、監(jiān)控管理系統(tǒng)和計費系統(tǒng)。充電設(shè)施的容量、電壓等選擇要符合本地的新能源汽車使用要求。住宅小區(qū)內(nèi)的充電站一般以單相交流充電樁為主，其目的是鼓勵私人新能源汽車車主在家里使用單相交流充電樁進行夜間充電，雖然需要較長的充電時間，但是可以達到削峰的效果。在需要快速充電的情況下，可以選用三相交流樁、直流一體充電樁、非車載式充電樁。對于具有大量充電終端的大型場地，可以采取靈活的充電堆；對于交通量大、運行周期短的應(yīng)用場合，也可以采用更換電池的方式。

目前充電樁類有如壁掛式、落地式、立柱式等類型，如圖1至圖3所示，使用時均應(yīng)視現(xiàn)場實際情況而定。設(shè)置在室內(nèi)的充電設(shè)備防護級別要在IP32以上，設(shè)置在室外的充電設(shè)備防護級別要在IP54以上，且*須具有一定的防水防塵性能。居住區(qū)停車場、公共建筑附屬停車場、園區(qū)停車場、校園停車場、路邊停車場等均可使用單相交流充電。三相交流充電樁主要用于出租車公司、公共充電站、景區(qū)大型巴士停車場等經(jīng)營場所。

2火災特點及火災原因分析

充電站的主要設(shè)施包括充電樁、輔助用房、綜合監(jiān)控室、變配電房等，但新能源汽車才是主要的滅火目標。目前國內(nèi)外還沒有關(guān)于新能源汽車火災危險性的定論，也沒有關(guān)于*尺寸新能源汽車火災試驗的相關(guān)文獻記錄，新能源汽車的火災風險評估是一個重要的課題。

2.1新能源汽車火災特點

目前大多數(shù)新能源汽車使用鋰電池作為動力源，按照電池的正*材料，可以分為錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池等。鋰電池是一種能量儲存設(shè)備，鋰屬于活潑金屬，很容易受到外部環(huán)境的刺激，加之本身的工藝問題，會導致電池發(fā)熱、爆炸。我國相關(guān)部門做過有關(guān)電池熱失控的模擬實驗，并對其火災特性進行分析，實驗結(jié)果顯示，三元鋰電池和鈷酸鋰電池分別在200℃和850℃會出現(xiàn)熱失控，主要原因均為電池內(nèi)部短路。新能源汽車因使用鋰電池造成的火災具有以下特征：①燃燒速度快、持續(xù)時間長。②高溫下著火。當燃料電池被點燃后，其火焰的溫度將會達到916℃。足夠點燃周圍的易燃物質(zhì)。③強烈的火焰。在實驗中，電池的*大火焰可以達到5m，而且還會有大量的液體從火焰中噴涌而出。④釋放出大量的有毒、有害氣體。從實驗現(xiàn)象可以看出，在燃燒過程中，有大量的氣體被排出，尤其是在燃燒之前和熄滅之后。經(jīng)檢測，這些氣體存在烯烴、烷烴、醚等多種有毒化合物。

2.2造成火災的原因

造成火災的原因主要有以下3個：①過充。持續(xù)地給電池充電，而又沒有保護措施，會存在很大的安*隱患?！峨妱悠囉脛恿π铍姵匕?要求及試驗方法》（GB/T31485—2015）對過充電有明確的要求，即充電至額定電壓的1.5倍，或電池充滿電后繼續(xù)充電1h，要求電池1h內(nèi)不爆炸、不起火。②短路。電池內(nèi)部短路可能是由于結(jié)構(gòu)有損傷，造成內(nèi)部的正*和負*直接接觸，外部短路可能是部分鐵絲、銅絲或者金屬片具有導電性質(zhì)，造成瞬間的大電流，進而引起發(fā)熱和電池燃燒。③加熱。鋰電池的工作溫度范圍一般在-20~60℃。當環(huán)境溫度超過60℃時，高溫疊加電池工作熱量，可能誘發(fā)熱失控。天氣炎熱或者使用環(huán)境溫度比較高，也會造成電池內(nèi)部的一些有機物融化和收縮，導致電池正負*短接，*終引發(fā)電池燃燒和爆炸。

3、安科瑞AcrelCloud-9000充電站運營平臺

3.1平臺概述

安科瑞充電站運營平臺依托物聯(lián)網(wǎng)、云計算、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、AI等技術(shù)，對充電站配電系統(tǒng)的運行、電能消耗、電能質(zhì)量、充電安*和行為安*進行實時監(jiān)控和預警，為充電站的可靠、安*、經(jīng)濟運行提供保障，并及時切除安*隱患、避免電氣火災發(fā)生，從而保障人員的生命財產(chǎn)安*，打造“安*、*效、舒適、綠色”的“人—車—樁—電網(wǎng)—互聯(lián)網(wǎng)—多種增值業(yè)務(wù)”的智慧充電站，提升充電站的社會和經(jīng)濟價值。

3.2適用場合

可廣泛應(yīng)用于醫(yī)院、學校、酒店、體育場等公共建筑；商業(yè)廣場、產(chǎn)業(yè)園等綜合園區(qū)；企業(yè)、住宅小區(qū)等場所。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)，主要由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和平臺層三個部分組成，詳細拓撲結(jié)構(gòu)如下：

現(xiàn)場設(shè)備層：連接于網(wǎng)絡(luò)中的各類傳感器，包括多功能電力儀表、汽車充電樁、電瓶車充電樁、電能質(zhì)量分析儀表、電氣火災探測器、限流式保護器、煙霧傳感器、測溫裝置、智能插座、攝像頭等。

網(wǎng)絡(luò)通訊層：包含現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)交換機等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動采集現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲，并通過網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，智能網(wǎng)關(guān)可在網(wǎng)絡(luò)故障時將數(shù)據(jù)存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復時從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。

平臺管理層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，完成對現(xiàn)場所有智能設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，可在PC端或移動端實現(xiàn)實時監(jiān)測充電站配電系統(tǒng)運行狀態(tài)、充電樁的工作狀態(tài)、充電過程及人員行為，并完成微信、支付寶在線支付等應(yīng)用。

多功能電力儀表、汽車充電樁、電瓶車充電樁、電氣火災探測器、限流式保護器、智能插座可通過*網(wǎng)通4G通訊模組與平臺直接通訊。

電能質(zhì)量分析儀表、煙霧傳感器和測溫裝置通過RS485，攝像頭通過RJ45與智能網(wǎng)關(guān)通訊，再由智能網(wǎng)關(guān)通訊通過4G統(tǒng)一與平臺通訊。

限流式保護器既可以通過4G連接平臺，也可以通過RS485連接網(wǎng)關(guān)。

平臺搭建在客戶自己配置的服務(wù)器上。搭建完成之后，客戶可以在任意能聯(lián)網(wǎng)的地方，通過有權(quán)限的賬號登陸網(wǎng)頁以及手機APP查看各處的運行情況。

3.4相關(guān)產(chǎn)品介紹

3.4.17KW交流充電樁AEV-AC007D

產(chǎn)品功能

1）智能監(jiān)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(tài)監(jiān)測、故障狀態(tài)監(jiān)測、充電計量與計費以及充電過程的聯(lián)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(wǎng)絡(luò)運營平臺。

3）云平臺：具備連接云平臺的功能，可以實現(xiàn)實時監(jiān)控，財務(wù)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(zhì)可靠：保證長期使用并抵御復雜天氣環(huán)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(yīng)不同車型的不同功率。

7）資產(chǎn)安*：產(chǎn)品*部由中國平安保險承保，充分保障設(shè)備、車輛、人員的安*。

3.4.2直流充電樁系列

3.4.3電氣火災探測器ARCM300-Z

3.4.4限流式保護器ASCP200

產(chǎn)品功能：

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

2）過載保護：當線路電流過載且持續(xù)時間超過動作時間（3~60秒可設(shè)）時，保護器啟動限流保護，并發(fā)出聲光報警信號；

3）表內(nèi)超溫保護：當保護器內(nèi)部器件工作溫度過高時，保護器實施超溫限流保護，并發(fā)出聲光報警信號；

4）組網(wǎng)通訊：保護器具有1路RS485接口，可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

3.5平臺功能

3.5.1首頁

平臺首頁顯示充電站的位置及在線情況，統(tǒng)計充電站的充電數(shù)據(jù)

3.5.2實時監(jiān)控

1）充電站監(jiān)控

可以按站點名稱進行篩選，顯示站點詳情、充電槍列表、統(tǒng)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(jiān)控頁面實時監(jiān)測變壓器負荷（搭配ACM300T、ADW300），當負荷超過50%時，系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)計當前充電站各充電樁回路的數(shù)據(jù)；通過卡片的形式展現(xiàn)充電樁的數(shù)據(jù)；顯示故障列表；如圖所示：

2）充電樁監(jiān)控

顯示充電樁充電數(shù)據(jù)；顯示各回路的充電狀態(tài)；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(shè)備監(jiān)控

顯示限流式保護器的狀態(tài)，包括線路中的剩余電流、溫度及異常報警，如圖所示：

3.5.3故障管理

1）故障查詢

故障查詢中記錄了登錄用戶相關(guān)聯(lián)的所有故障信息。如圖所示：

2）故障派發(fā)

故障派發(fā)中記錄了當前待派發(fā)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：

3.5.4能耗分析

在能耗分析中，可查看*定時段關(guān)聯(lián)站點和關(guān)聯(lián)樁的能耗信息并顯示對應(yīng)的能耗趨勢圖。如圖所示：

3.5.5故障分析

在故障分析中，可查看相關(guān)時間內(nèi)的故障數(shù)、故障狀態(tài)、故障類型、趨勢分析以及故障列表。如圖所示：

3.5.6財務(wù)報表

在財務(wù)報表中，可根據(jù)時間查看關(guān)聯(lián)站點的財務(wù)數(shù)據(jù)。如圖所示：

3.5.7收益查詢

在收益查詢中，可查看總的收益統(tǒng)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：

4結(jié)語

新能源汽車目前正逐步成為人們的購車*選，因此做好新能源汽車充電站（樁）的消防安*監(jiān)管工作，不僅可以保障人們的安*，也是積*響應(yīng)落實黨**關(guān)于加快新能源汽車發(fā)展、加快推進新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)決策部署的重要舉措，有利于*面推進新能源汽車的發(fā)展。

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