電動汽車充電站事故風(fēng)險與處置要點評析

何娟娟

（國家消防救援局昆明訓(xùn)練總隊教研二室，云南 昆明 650000）

充、換電站即為以“充電”或“快速更換電池”的形式向純電動或混合動力汽車、電動自行車及時補(bǔ)充電能的能源站。隨著新能源汽車行業(yè)的快速發(fā)展，全國充、換電站的數(shù)量也隨之日益劇增，目前我國電動汽車和充電樁的數(shù)量都躍居世界第一，截至2022 年12 月，新能源汽車配套充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)數(shù)量達(dá)到520 萬臺。隨著充電站的日益發(fā)展，全國由充電站充電設(shè)施、電動汽車動力電池，線路引發(fā)的觸電、火災(zāi)、爆炸事故案例也迅速攀升?，F(xiàn)場救援人員充分了解充電站充電基礎(chǔ)設(shè)施工作原理及掌握滅火救援處置技術(shù)是成功安全處置的關(guān)鍵所在。

1 充電站的發(fā)展及事故現(xiàn)狀

世界第一塊鉛酸電池的誕生源于1859 年法國物理學(xué)家噶斯頓·普蘭特的一個發(fā)現(xiàn)。1881 年，世界上出現(xiàn)了第一輛以鉛酸電池為動力的電動汽車，蓄電池技術(shù)也隨之得以發(fā)展。2008 年，北京奧運(yùn)會期間，我國首座可以同時為50 輛純電動大巴車提供充電服務(wù)的集中式充電站投入使用，標(biāo)志著我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)在綠色、環(huán)保、低碳的倡導(dǎo)戰(zhàn)略下迅速發(fā)展起來。充電站的整體運(yùn)營及設(shè)備發(fā)展共經(jīng)歷了直流單元、交流單元、密碼控制、智能刷卡、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等五代的革新，由于前三代充電站存在管理模式單一、充電單元數(shù)量局限、計收費方式煩瑣、安全性能不夠完備等缺陷，逐漸由第四、五代充電站取代。隨著電動汽車動力電池性能的提升及產(chǎn)業(yè)鏈的不斷延伸，新能源汽車產(chǎn)業(yè)事故風(fēng)險也在多因素疊加下不斷增高，總體高于傳統(tǒng)燃油汽車，而相關(guān)消防標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范相對滯后和空缺，給新能源產(chǎn)業(yè)的消防安全管控工作及滅火救援處置帶來了一定的考驗。

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2021 年，全國新能源汽車火災(zāi)約占3000 余起，按678 萬輛的保有量計算，平均每萬輛新能源汽車的火災(zāi)發(fā)生率為4.4 起，相當(dāng)于燃油車的2.5 倍。2022 年上半年，全國新能源汽車火災(zāi)約為4053起，同比上升35.1%。例如，2022 年7 月12 日，山東省菏澤市巨野汽車站南門充電站發(fā)生火災(zāi)，站內(nèi)5 輛廂式貨車全部燒毀。2022 年5 月13 日，廣州荔灣區(qū)電動汽車充電站內(nèi)一輛電動汽車因電池質(zhì)量不合格在充電時起火并發(fā)生多次爆炸，3 部汽車被燒毀。同年7 月4 日白玉區(qū)電動車充電樁發(fā)生火災(zāi)，事故造成停放在站內(nèi)的全部電動車燒毀。由此可見，在電動汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的今天，與之配套的充電站設(shè)施引發(fā)的事故不容小覷。

2 充電站分類與工作原理

2.1 充電站分類

充電站按建設(shè)結(jié)構(gòu)形式可分為集中式充電站和分散式充電站，按服務(wù)對象可分為公共充電站、私人充電站以及專用充電站，按其建設(shè)規(guī)?？煞譃槌壋潆娬尽⒋笮统潆娬?、中型充電站和小型充電站，按其充電形式可分為直流快充充電站、交流慢充充電站、交直流一體充電站等。

2.2 充電站構(gòu)成

電動汽車充電站主要由供配電系統(tǒng)、電池充電系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)以及配套設(shè)施組成。

充電站可以通過供配電系統(tǒng)由電網(wǎng)向站內(nèi)充、換電設(shè)施、設(shè)備供電。供配電系統(tǒng)由10kV 開關(guān)柜、變壓器、電力線路、低壓配電柜、站用電源系統(tǒng)、配電監(jiān)控及控制裝置等組成。電容量超過500kVA 的充電站系統(tǒng)，一般采用雙路10kV 電源供電。

充電系統(tǒng)主要由充電機(jī)及其配套部件組成。充電機(jī)具備與電池管理系統(tǒng)（BMS）通信、交流輸入過欠壓過流保護(hù)、直流輸出過壓過流保護(hù)、內(nèi)部過溫保護(hù)等功能。它通過通信功能從電池總成電池管理系統(tǒng)（BMS）和監(jiān)控系統(tǒng)獲取有關(guān)電池箱的數(shù)據(jù)自動調(diào)整充電參數(shù)完成充電，并對電池箱進(jìn)行充電控制和管理，還可通過外部手動控制輸入功能，對充電機(jī)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。

監(jiān)控系統(tǒng)是充電站自動化系統(tǒng)和安全保障的核心，主要具備充電監(jiān)控、配電監(jiān)控、計量計費監(jiān)控、安防視頻監(jiān)控等功能。它可實現(xiàn)對整個充電站的配供電、充電流程、電池箱中單體電池充電狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)控調(diào)度和管理。

配套設(shè)施主要包括站內(nèi)溫控系統(tǒng)、自助交易終端、照明設(shè)備、消防設(shè)施、電池監(jiān)測與維護(hù)設(shè)備等。

2.3 充電站充電形式及工作原理

充電站電能的補(bǔ)充形式主要是整車充電形式，由電動汽車充電樁整體系統(tǒng)完成充電服務(wù)。充電樁整體系統(tǒng)由電動汽車充電樁、集中器、BMS 電池管理系統(tǒng)、充電管理服務(wù)平臺4 個部分組成。落地式充電樁和掛壁式充電樁是充電樁的兩種常見形式，由樁體、電氣模塊、計量模塊等部分組成。樁體包括金屬外殼、充電槍和人機(jī)交互界面，電氣模塊包括充電插座、電纜轉(zhuǎn)接端子排、直流控制器、斷路器等。充電樁的輸入端與交流電網(wǎng)直接連接，輸出端裝有充電插頭以交流或直流的形式為電動汽車充電。充電樁的控制電路主要由嵌入式ARM 處理器完成，使用特定的充電卡進(jìn)行刷卡充電，并通過人機(jī)交互界面液晶屏進(jìn)行按時計費充電、按電量充電、按里程充電、自動充滿等充電方式的選擇。

2.4 充電樁充電形式

電動汽車充電樁分為交流充電樁、直流充電樁和交直流一體充電樁，交流充電樁和直流充電樁較為常見。

直流充電樁充電時間較短，可在20 分鐘內(nèi)充電至70%～80%，40 分鐘左右完成充電。它是固定安裝在電動汽車外，與交流電網(wǎng)連接，并在樁體內(nèi)完成交、直流電轉(zhuǎn)換，將直流電輸出給車載電池的供電裝置。直流充電樁主要服務(wù)于對充電時間要求較高的運(yùn)營型車輛，如出租車、公交車、物流車、專用車、網(wǎng)約車等。其特點是采用三相四線制供電，工作電源可以提供足夠的功率，輸出調(diào)節(jié)范圍大的可調(diào)電壓和電流，實現(xiàn)快充的要求。直流充電樁槍頭通常使用9 線插頭，樁體側(cè)面具備急停開關(guān)。

交流充電樁充電時間較長，通常為3.5 ～8 小時，甚至更長。它是外部固定安裝并與交流電網(wǎng)相連，采用傳導(dǎo)方式將交流電充到車載充電機(jī)（AC-DC），再通過車載充電機(jī)交、直流轉(zhuǎn)換將直流電輸送給電動汽車動力電池，具備漏電、過流、過壓、阻燃、短路保護(hù)等功能。交流充電樁通常安裝在小區(qū)停車場，適用于私家車固定車位，或是各大商場停車場內(nèi)部。交流充電樁槍頭使用的是7 線插頭，具備急停開關(guān)，可手動、遠(yuǎn)程控制發(fā)出“緊急停止充電”指令。交流充電樁充電速度較直流慢，對電池?fù)p傷低，電池壽命更持久、成本低、安全性能高。

3 充電站事故風(fēng)險評估

3.1 鋰電池充電理化反應(yīng)風(fēng)險因素

鋰電池是電動汽車的主要動力源。鋰電池在正常充電時，電池內(nèi)部發(fā)生一系列放熱、氧化分解反應(yīng)，緩慢釋放出氫氣、一氧化碳、二氧化碳和烴類氣體。鋰電池過充情況下可能會釋放少量氧氣，可燃?xì)怏w在密閉空間內(nèi)不斷聚集，當(dāng)與空氣混合達(dá)到一定濃度（即氫氣爆炸極限為4%～75%）時，充電產(chǎn)生的電火花就有可能引發(fā)爆炸燃燒，而緩慢釋放的氧氣的助燃作用，會使爆炸威力極大且難控制。從近年電動汽車火災(zāi)事故數(shù)據(jù)分析，絕大多數(shù)事故原因均為鋰電池過充電、線路老化短路。電動汽車鋰電池在長時間充電時，大量電流不僅會引起相關(guān)電氣部件及輸電導(dǎo)線持續(xù)發(fā)熱，若電池散熱功能達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，還會加速導(dǎo)線絕緣層老化甚至融化，造成相關(guān)電氣部件失效及短路，電池內(nèi)部的放熱、氧化分解反應(yīng)會增加電池內(nèi)部的溫度和壓力，極易引發(fā)鋰電池?zé)崾Э?，?dǎo)致自燃爆炸。

3.2 充電設(shè)施漏電、觸電風(fēng)險因素

充電樁的電壓普遍高于我國家用電壓，充電樁配備的防觸電措施必不可少且充電樁質(zhì)量必須合格。充電樁金屬外殼、刷卡按鍵部位、門鎖、屏幕、線纜固定螺母等極易被觸及的外露金屬部件都應(yīng)有完備的防觸電接地措施，且24 小時保持接地狀況良好，避免當(dāng)充電樁內(nèi)部的某個帶電部件發(fā)生絕緣故障發(fā)生漏電，導(dǎo)致外部金屬部件帶上較高電壓。充電樁還應(yīng)具備給出故障警示的功能。

充電槍與充電樁的電流輸出接口連接，充電樁的電子鎖起到配合監(jiān)測充電狀態(tài)的作用，充電槍電子鎖沒有鎖緊，會導(dǎo)致充電槍處于帶電狀態(tài)，或在充電槍還未插入汽車充電插座時就開始供電的失常狀態(tài)。為防止操作者在充電時拔槍觸電，應(yīng)設(shè)置電子鎖，且在電子鎖處于上鎖狀態(tài)時，才可將充電槍插入電動汽車充電插座，充電完畢后，由系統(tǒng)發(fā)出解鎖信號并將電子鎖轉(zhuǎn)為解鎖狀態(tài)同時斷開電源，充電槍方可拔出充電插座，也可利用充電槍上的手動電子鎖解鎖桿與解鎖孔進(jìn)行手動緊急操作。

充電樁通常處于半露天環(huán)境中，受空氣濕度和氣候的影響較大。雨季面臨被雨淋浸水，水汽滲入內(nèi)部濕潤帶電部件致使其形成回路，操作者觸摸外部面板時極易發(fā)生觸電。金屬部件在潮濕的環(huán)境下若防銹性能不佳，會降低金屬外殼的穩(wěn)固性，甚至引起生銹腐蝕穿洞現(xiàn)象，一定程度上增加操作者觸電風(fēng)險。

3.3 充電設(shè)施高溫自燃風(fēng)險因素

充電樁絕緣材料會受到溫度、振動、有害氣體、化學(xué)物質(zhì)、水分、灰塵和輻射等環(huán)境因素的影響。其中，溫度是導(dǎo)致絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu)老化的關(guān)鍵因素。在天氣炎熱的夏季，電動汽車充電樁與電動汽車都處于高消耗狀態(tài)，很容易產(chǎn)生充電機(jī)過熱自燃事故。

4 充電站事故處置要點

4.1 充電設(shè)備漏電

充電設(shè)備發(fā)生漏電，應(yīng)立即停止充電，并告知工作人員迅速斷開上一級配電箱，拔出充電槍或充電插頭，并對現(xiàn)場進(jìn)行緊急臨時管控，設(shè)置警戒范圍不少于100m，禁止無關(guān)人員進(jìn)入現(xiàn)場危險區(qū)域，緊急疏散無關(guān)人員退出并距充電設(shè)備15m 以外。救援人員到場立即展開偵察研判漏電設(shè)備是否已斷電，同時了解帶電設(shè)備情況，通過儀器檢測再次確認(rèn)，提醒其他充電人員禁止充電并疏散到警戒線以外，做好個人安全防護(hù)，進(jìn)入漏電危險區(qū)域必須穿戴絕緣服、絕緣手套、絕緣膠靴，避免與帶電體接觸。

4.2 充電過程中漏電且起火

若充電過程中不僅發(fā)生故障漏電且伴隨電氣設(shè)備起火，現(xiàn)場工作人員第一時間斷開上一級配電箱，除了按以上漏電事故處置實施外，還需謹(jǐn)慎處置帶電火災(zāi)，穿戴好安全防護(hù)絕緣裝備，合理選擇滅火劑及滅火方式。

起火初期，現(xiàn)場人員可就近取干粉滅火器對準(zhǔn)起火部位火焰根部進(jìn)行精準(zhǔn)壓制火勢，或可迅速使用滅火毯遮蓋窒息滅火?；饎莅l(fā)展階段，盡量使用二氧化碳、干粉等滅火劑進(jìn)行滅火，火勢較大需用水撲救時，與帶電體保持10m 以上安全距離。避免使用密集射流的直流水槍，應(yīng)盡量采用霧狀射流的噴霧水槍進(jìn)行處置，為了保證槍口較好霧狀程度，有效降低導(dǎo)電性能，噴霧水槍工作壓力應(yīng)保持在0.7MPa 以上，水槍手應(yīng)與帶電體保持10m 以上安全距離，向火勢上方或上風(fēng)風(fēng)向射水，必要時采取水槍接地保護(hù)。加強(qiáng)周圍環(huán)境、設(shè)備、車輛的冷卻保護(hù)，防止發(fā)生爆炸傷害。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有人員觸電時，應(yīng)用絕緣體，如干燥的木棍、竹竿等將觸電者與電源分離，并對觸電人員及時采取不間斷CPR 心肺復(fù)蘇等急救措施。帶電滅火時，不得靠近電線或接頭脫落的區(qū)域，尤其是給水區(qū)域，誤入帶電區(qū)域，為防止產(chǎn)生跨步電壓，應(yīng)雙腳合攏或單腳跳離。明火熄滅后，為防止鋰電池復(fù)燃，用水槍繼續(xù)對火場環(huán)境及車身進(jìn)行持續(xù)冷卻降溫1 小時以上，并使用有毒、可燃、漏電探測儀對電池及事故車輛進(jìn)行實時監(jiān)測，嚴(yán)禁將直流射流直接射向未著火的電池模塊，避免處置不當(dāng)造成電池模塊短路發(fā)生熱失控。

4.3 充電過程中電池異常

充電過程中，如果發(fā)現(xiàn)電池溫度超過45℃，則需立即停止充電查看電池，如有焦糊刺鼻的異味、異常聲響、異常升溫或者電池艙內(nèi)有煙霧冒出，應(yīng)迅速拔出電動汽車充電槍或剪斷充電線，使車輛斷開與充電樁的連接，將事故車輛駛離充電區(qū)域。如果事故車輛已出現(xiàn)明火或無法啟動，應(yīng)立即通知周圍車輛將車輛駛離危險區(qū)域，并按以下程序處理：在保持身體干燥及卸下隨身金屬物品的前提下，迅速斷開上一級配電箱，將電池箱的鎖扣開關(guān)打開，將電池箱拉出車體，盡量將電池與車體隔離10m 以上距離，并立即通知專業(yè)人員前往現(xiàn)場處理。