加油站設(shè)置電動(dòng)汽車換電站的消防設(shè)計(jì)探討

袁焱華

（1.應(yīng)急管理部上海消防研究所；2.上海倍安實(shí)業(yè)有限公司）

1 引言

新能源電動(dòng)汽車電池更換站（簡稱電池更換站，也叫換電站），英文名稱battery-swap station，是采用電池更換模式為電動(dòng)汽車提供電能的場所，電池更換站內(nèi)可包括充電設(shè)備、電池箱更換設(shè)備、電池箱存儲(chǔ)設(shè)備、電池箱轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備、車輛導(dǎo)引系統(tǒng)、電池檢測與維護(hù)設(shè)備、監(jiān)控室、配電室、安全防護(hù)設(shè)施、行車道、停車位、營業(yè)室以及其他輔助設(shè)施。按功能劃分，電池更換站分為A類和B類，A類電池更換站是同時(shí)具備為電池箱充電的能力和為電動(dòng)汽車用戶進(jìn)行電池箱更換的能力。B類電池更換站是具備為電動(dòng)汽車用戶提供電池箱更換能力，電池箱在電池配送中心完成充電。

目前，多品牌新能源車型共享換電服務(wù)已在換電實(shí)踐中成為事實(shí)。據(jù)調(diào)研，某品牌換電站每車換電30s左右全程僅需1.5min，有效解決新能源汽車充電裝置充電慢、低溫氣候充電難、用戶里程焦慮、電池壽命短以及安全隱患等問題?，F(xiàn)場調(diào)研某換電站面積約100㎡，整體為鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)有巖棉防火材料。一般容納60塊電池的倉位。電池充電時(shí)間平均1.5h左右，充滿后自動(dòng)切斷充電電源。電池為密封式磷酸鐵鋰電池，額定能量50kW·h，容量131Ah，標(biāo)稱電壓384V。單體電壓3V～4V。電池充電電流65A，充電機(jī)380V三相充電。換電站可實(shí)現(xiàn)無人值守，駕駛員自助操作完成換電，換電站外觀見圖1。

圖1 換電站外觀圖

依據(jù)《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》GB50156-2012（2014年版）3.0.2加油加氣站可與電動(dòng)汽車充電設(shè)施聯(lián)合建站。其條文解釋為，電動(dòng)汽車是國家政策大力推廣的新能源汽車，利用加油站、加氣站網(wǎng)點(diǎn)建電動(dòng)汽車充電設(shè)施（包括電池更換設(shè)施）是一種便捷的方式[1]。參考國外經(jīng)驗(yàn)，本條規(guī)定加油站、加氣站可與電動(dòng)汽車充電設(shè)施聯(lián)合建站。本文主要探討加油站建設(shè)換電站的防火安全問題。

2 防火間距

《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》GB50156-2012（2014年版）5.0.7電動(dòng)汽車充電設(shè)施應(yīng)布置在輔助服務(wù)區(qū)內(nèi)。根據(jù)國外經(jīng)驗(yàn)，利用加油站網(wǎng)點(diǎn)建電動(dòng)汽車充電或更換電池設(shè)施是一種簡便易行的形式。電動(dòng)汽車充電或電池更換設(shè)備一般沒有防爆性能，所以要求“電動(dòng)汽車充電設(shè)施應(yīng)布置在輔助服務(wù)區(qū)內(nèi)”。輔助服務(wù)區(qū)為加油加氣站用地紅線范圍內(nèi)加油加氣作業(yè)區(qū)以外的區(qū)域。加油加氣作業(yè)區(qū)為加油加氣站內(nèi)布置油（氣）卸車設(shè)施、儲(chǔ)油（儲(chǔ)氣）設(shè)施、加油機(jī)、加氣機(jī)、加（卸）氣柱、通氣管（放散管）、可燃液體罐車卸車停車位、車載儲(chǔ)氣瓶組拖車停車位、LPG（LNG）泵、CNG（LPG）壓縮機(jī)等設(shè)備的區(qū)域。該區(qū)域的邊界線為設(shè)備爆炸危險(xiǎn)區(qū)域邊界線加3m，對(duì)柴油設(shè)備為設(shè)備外援加3m。按以上規(guī)范條文要求，換電站應(yīng)設(shè)置在加油站輔助服務(wù)區(qū)。

按照《電動(dòng)汽車電池更換站設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T51077-2015規(guī)定，換電站的火災(zāi)危險(xiǎn)性為丁戊類，耐火等級(jí)二級(jí)[2]。對(duì)照《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》GB50156-2012規(guī)范中的丙、丁、戊類廠房或庫房與加油機(jī)、通氣管管口距離不小于15m。但是考慮加油站火災(zāi)危險(xiǎn)性太大，建議增加防火防爆墻將加油站和換電站進(jìn)行物理分隔，且防火墻應(yīng)高出換電站1m。對(duì)于占地面積較小的加油站，設(shè)置換電站無法滿足防火間距要求時(shí)，可以建設(shè)B類電池更換站，即只換電池，換下的電池運(yùn)輸至電池配送中心進(jìn)行集中充電養(yǎng)護(hù)，降低換電站的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)[1]。

3 耐火等級(jí)

換電站的火災(zāi)危險(xiǎn)性為丁戊類，耐火等級(jí)二級(jí)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的燃燒性能應(yīng)為不燃材料，室內(nèi)裝修材料也應(yīng)采用不燃材料和難燃材料。換電站內(nèi)的電氣線路應(yīng)采用阻燃或耐火電線電纜，電線電纜穿越墻體、進(jìn)出配電箱處應(yīng)進(jìn)行防火封堵。

4 平面布置

換電站應(yīng)該設(shè)置在加油站全年最小頻率風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)，防止加油站的油氣進(jìn)入換電站區(qū)域。換電站內(nèi)電池充電間通風(fēng)換氣裝置應(yīng)安裝在遠(yuǎn)離加油站的一側(cè)，防止靜電進(jìn)入加油站工作區(qū)域，因?yàn)殪o電是加油站最大的危險(xiǎn)源之一。另外，換電站內(nèi)所有電氣設(shè)備應(yīng)當(dāng)做好接地，消除靜電。

5 防爆要求

《電動(dòng)汽車電池更換站通用技術(shù)要求》（GB/T 29772-2013）6.3條規(guī)定，電池更換站的選址應(yīng)符合防火安全的要求，不應(yīng)設(shè)在有爆炸危險(xiǎn)環(huán)境場所的正上方或正下方，遠(yuǎn)離易燃、易爆等危險(xiǎn)源[3]?！峨妱?dòng)汽車電池更換站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 51077-2015）3.0.4條規(guī)定，電池更換站的站址不宜選在下列場所：第2款，有潛在火災(zāi)或爆炸危險(xiǎn)的地方，當(dāng)與有爆炸危險(xiǎn)的建筑物毗鄰時(shí)，應(yīng)滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50058的有關(guān)要求。

5.1 爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的等級(jí)定義

爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的等級(jí)定義應(yīng)符合現(xiàn)行國家家標(biāo)準(zhǔn)《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)火災(zāi)電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50058-92）的規(guī)定。

①0區(qū)：連續(xù)出現(xiàn)或長期出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的環(huán)境。②1區(qū)：在正常運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的環(huán)境。③2區(qū)：在正常運(yùn)行時(shí)不可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的環(huán)境，即使出現(xiàn)也僅是短時(shí)存在爆炸性氣體混合物的環(huán)境。汽油和液化石油設(shè)施的爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)地坪以下的坑或溝應(yīng)劃分為1區(qū)。

5.2 加油站站內(nèi)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分

①加油機(jī)殼體內(nèi)部空間劃分為1區(qū)；

②以加油機(jī)中心線為中心線，以半徑為4.5m的地面區(qū)域?yàn)榈酌婧鸵约佑蜋C(jī)頂部以上0.15m半徑為3m的平面為頂面的圓臺(tái)形空間劃分2區(qū)。

油罐車卸汽油時(shí)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分應(yīng)符合下列規(guī)定：①油罐車內(nèi)部的油品表面以上空間劃分為0區(qū)；②以通氣口為中心半徑，半徑為1.5m的球形空間和以密閉和油口為中心，半徑為0.5m的球形空間劃分為1區(qū)；③以通氣口為中心，半徑為3m的球形并延至地面的空間和以密閉卸油口為中心，半徑為1.5m的球形并延至地面的空間劃分為2區(qū)。

埋地臥式汽油儲(chǔ)罐爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分應(yīng)符合下列要求：①罐內(nèi)部油品表面以上的空間劃分為0區(qū)；②人孔（閥）井內(nèi)部空間、以通氣管管口為中心，半徑為1.5m（0.75m）的球形空間和以密閉卸油口為中心，半徑為0.5m的球形空間劃分為1區(qū)；③距人孔（閥）井外邊緣1.5m以內(nèi)，自地面算起1m高的圓柱形空間、以通氣管管口為中心，半徑為3m(2m)的球形空間和以密閉卸油口為中心，半徑為1.5m的球形并延至地面的空間劃分為2區(qū)。

換電站建設(shè)在加油站輔助區(qū)域，屬于非爆炸危險(xiǎn)區(qū)域，換電站無需進(jìn)行防爆設(shè)計(jì)。但仍然建議換電站內(nèi)設(shè)備設(shè)計(jì)為無火花型電氣設(shè)備。

6 消防設(shè)施

由于換電站是新能源領(lǐng)域新產(chǎn)品，沒有國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行消防設(shè)施設(shè)計(jì)安裝。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，換電站內(nèi)電池充電間一般安裝感煙探測器，電池充電架每層電池安裝感溫光纖火災(zāi)探測器，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警后聯(lián)動(dòng)切斷充電電源。同時(shí)針對(duì)電池充電管理，安裝電池監(jiān)控管理系統(tǒng)，有效監(jiān)控電池的溫度和充電狀態(tài)。發(fā)現(xiàn)電池異常時(shí)，設(shè)置有電池一鍵取出按鈕，將問題電池快速取出并放置于室外消防桶進(jìn)行隔離處置。另外，換電站內(nèi)配電箱應(yīng)安裝電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，報(bào)警信號(hào)也要傳輸?shù)街蛋嗍摇?/p>

電池充電間內(nèi)設(shè)置溫控自動(dòng)換氣風(fēng)機(jī)和空調(diào)，保持充電間內(nèi)的溫度恒定，防止電氣設(shè)備溫度過高引發(fā)火災(zāi)。

按規(guī)范要求，有些加油站可不設(shè)計(jì)消防給水系統(tǒng)。增建換電站后，換電站火災(zāi)危險(xiǎn)性參照丁戊類廠房要求，按火災(zāi)延續(xù)時(shí)間2h計(jì)算消防用水量，應(yīng)當(dāng)增加消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

換電站設(shè)置干粉、二氧化碳和水基型滅火器，配置消防水槍水帶?？蓞⒄铡额A(yù)制艙式磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能電站消防技術(shù)規(guī)范》T/CEC373-2020設(shè)置氣體滅火系統(tǒng)，由感煙（溫）探測器報(bào)警，確認(rèn)火災(zāi)后自動(dòng)聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)七氟丙烷氣體噴放滅火。氣體滅火雖然無法撲滅電池內(nèi)部深位火災(zāi)，但能撲滅電池的第一次明火火災(zāi)，給一鍵取出電池操作提供時(shí)間保障。具體設(shè)計(jì)要求按照《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50370，而且七氟丙烷氣體滅火噴放后無殘留物質(zhì)，不會(huì)對(duì)電池和其他電氣設(shè)施產(chǎn)生污染，也可以無人值守、遠(yuǎn)程監(jiān)控，不會(huì)增加人力成本的投資。同時(shí)也可以深化設(shè)計(jì)，結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范，增加感溫電纜的報(bào)警信號(hào)，作為第一點(diǎn)觸發(fā)報(bào)警信號(hào)，啟動(dòng)聲光報(bào)警器，由點(diǎn)式感煙（溫）探測器作為第二點(diǎn)觸發(fā)報(bào)警信號(hào)，聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)七氟丙烷氣體滅火裝置噴放滅火氣體。

7 管理方面

換電站作為新能源汽車充電裝置，目前沒有作為建筑物或者構(gòu)筑物的定性，也沒有明確的消防專業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范進(jìn)行防火設(shè)計(jì)，只能結(jié)合已有消防規(guī)范和類似建筑的相關(guān)規(guī)范，同時(shí)更需要加強(qiáng)自身消防安全管理。首先，應(yīng)開展換電站消防安全評(píng)估。因?yàn)閾Q電站目前沒有明確的消防規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，消防設(shè)施安裝和管理只能參照其他相關(guān)規(guī)范要求，因此建議進(jìn)行第三方安全評(píng)估，并邀請(qǐng)行業(yè)專家進(jìn)行消防安全論證，提供更多、更專業(yè)、更全面的防火設(shè)計(jì)和管理經(jīng)驗(yàn)。其次，運(yùn)營過程中，要制定消防安全檢查制度，對(duì)員工進(jìn)行消防教育培訓(xùn)。最后，還要制定滅火工作預(yù)案，作為消防安全重點(diǎn)部位，定期開展預(yù)案演練。

8 結(jié)語

相較于新能源汽車充電裝置，換電模式對(duì)于電池安全管控更有利，可以高效解決電池安全、延長電池壽命、降低新能源汽車整車成本、合理使用電力能源與土地資源等產(chǎn)業(yè)難題。同時(shí)，將電池集中充電，相對(duì)于單臺(tái)車輛充電，更有利于電池的安全管理，防止電動(dòng)汽車充電火災(zāi)的發(fā)生。換電模式正在成為解決環(huán)境污染和溫室效應(yīng)的一個(gè)重要方案，國家正在大力推廣發(fā)展新能源汽車換電模式。鑒于目前換電站設(shè)計(jì)沒有強(qiáng)制性的國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，急需有關(guān)部門制定電動(dòng)汽車換電站的消防安全標(biāo)準(zhǔn)。目前按照已有規(guī)范，對(duì)加油站建設(shè)換電站，應(yīng)當(dāng)與加油設(shè)施保持足夠的防火間距，參照相關(guān)專業(yè)防火設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)置消防設(shè)施，補(bǔ)強(qiáng)室外消防給水設(shè)施，設(shè)置感溫電纜、感溫光纖等早期火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，有條件設(shè)置七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)。加強(qiáng)設(shè)施投入使用后的消防安全管理，特別是消防培訓(xùn)和滅火演練工作，保障換電站和加油站安全穩(wěn)定運(yùn)行。