浅析新能源汽车火灾灭火技术与收费管理平台的研究
2024-06-03 10:27:38 来源：安科瑞电子商务（上海）有限公司
摘要：随着全球能源结构的转型以及环境保护意识的提升，新能源汽车在全球范围内得到了迅速推广与应用。无论是纯电动汽车、插电式混合动力汽车还是燃料电池汽车，其都成为了实现交通领域可持续发展的关键工具。尽管新能源汽车在减少温室气体排放、降低对化石能源的依赖方面取得了显著成效。但它们所特有的能源存储系统，如锂电池，存在安全隐患。特别是在碰撞、故障或过热等情况下易引发火灾事故，一旦发生灭火难度大，且极有对人员和环境造成严重危害。基于此，文章对新能源汽车火灾灭火技术进行了分析和探究，旨在通过探究能够为技术的应用起到一定参考作用。
关键词：新能源汽车；火灾；灭火技术；研究
1、引言
由于新能源汽车的火灾具有独特性，传统汽车火灾灭火方法往往难以适应。例如，锂电池的热失控特性，要求人们使用大量水或开发出新型的灭火剂和灭火系统，以便快速降温并控制火势蔓延。此外，新能源汽车的救援和灭火，还需要详细的事故处理流程和更zy的救援技术，来应对潜在的电气冲击风险和有毒气体释放问题。针对该现状，更应加强相关灭火技术的应用，为消防救援工作的创新发展，提供科学的指导和技术支持。
2、锂电池火灾事故的原因研究
2.1过充对于锂电池产生的影响
对于此方面的研究人员来说，已对于锂电池的主要组成原理、热反应机理等方面实施了大力的实验分析及研究。王宏伟等人对于锂电池在各种温度状态之下过放过充的变化方面进行了研究，并以-30℃、20℃及40℃作为主要的代表，逐一实施了过充过放实验，而*终的实验结果表明温度越高，那么过充的危险性则会越大，也会更加提高电池的温度。段冀渊等人对充电循环对于电池过充所产生的影响进行了分析和研究，而*终的结果表明循环的频率越快，那么电池爆炸的节点则会越早，这则为电池在进行过几次的充电与放电之后，对于其内部结构所产生的微小伤害，而这种伤害在大倍率过程的状况之下就会加以暴露，而后就会影响到电池所具备的安全性。
2.1.1安全隐患：过充会导致电池内部产生过量的电荷，这些过量的电荷无法被正常容纳和释放，导致电池内部压力和温度升高，会引发热失控，导致电池过热、发生燃烧甚至爆炸，从而增加了火灾和安全事故的风险。为了防止这种情况发生，在锂电池的设计和使用过程中需要严格控制充电电压和充电时间，采用电池管理系统（BMS）监控电池状态，以及在充电过程中实施过充保护措施等。
2.1.2.电解液分解：过充会导致电池内部产生过量的电荷，这些过量电荷无法被正常容纳和释放，导致电池内部的压力升高，这种过度的压力导致电解液的分解和气体的生成，进而增加了电池内部的压力，加剧了火灾的危险性。电解液是锂电池的重要组成部分，它通常由有机溶液和锂盐组成，过充会导致电解液中的有机溶液分解，产生气体，如碳氢化合物和二氧化碳，这些气体的产生会进一步增加电池内部的压力，引发电池破裂、漏液、起火或爆炸等危险情况。
2.1.3.寿命缩短：过充会加速锂电池的老化过程，对电池的寿命和性能造成负面影响，当电池过充时，电解液中的锂盐会发生异常的沉积，导致锂枝晶的形成。这些枝晶的产生会损坏电池内部的结构，导致电池的容量下降和内部电阻增加，从而加速了电池的老化过程，此外，过充会导致电池发热，引发了内部的化学反应，加速了正极和负极材料的分解和结构破坏，进而降低了电池的循环寿命和可靠性。
2.2短路对于锂电池产生的影响
对于锂电池来说，电解质及电极材料都属于易燃物品，也易于产生损坏的情况，致使电池短路状况的发生，锂电池之中的能量会以热这一形式加以释放，而此种迅速放热的方式，会导致电池温度快速上升。在高温状况之下，则会导致电解液出现燃烧的状况，进而则会导致电池被燃烧，若是周围存在易燃的物品，那么就会导致爆炸状况的发生，无疑会威胁到周围人们的生命安全。
2.2.1高温和热失控：短路是指在电池正负极之间发生的直接接触，会导致电池内部大量电流的瞬时流动，从而引发电解液的闪耀燃烧、高温和大量气体的产生，这种情况会迅速升高电池内部的温度和压力，引发火灾，并导致电池的热失控在发生短路情况下，电池内部的热量和气体产生速度非常快，会导致电池外壳破裂，产生火花，引发起火、爆炸等安全事故。
2.2.2电池损坏：短路会导致电流过大，这会对电池内部构件造成严重的损害，包括金属箔、隔膜等，电池内部的金属箔通常用于传导电流，而隔膜则用于隔离正、负极，如果发生短路，大电流会造成金属箔的过热和熔化，隔膜也会被损坏，导致正负极直接短路，这将进一步加剧电解液的闪耀燃烧和电池内部的变化，导致更严重的安全问题。因此，电池短路不仅引发火灾和热失控，同时也会直接影响电池的正常运行。为了避免这种情况发生，需要在电池设计和使用过程中加强对短路的预防和控制，包括设计防护电路和采用高质量的隔膜和金属箔等材料以提高电池的抗短路能力。
2.2.3严重安全风险：短路造成电池内部温度超过其设计温度范围时，电池中的化学反应会变得不稳定，进一步增加了电池热失控和爆炸的风险。在短路情况下，电池的外壳会被电流和内部产生的高温压力破裂，产生火花和高温气体喷射，引起火灾、爆炸等严重的安全事故。这不仅对人身安全构成威胁，还对周围环境和财产造成严重的损害和破坏。因此，在使用电池时，人们应该格外注意避免短路情况的发生。避免金属导体直接接触电池正负极，正确安装和使用电池，并定期检查电池的状态和安全性，同时，选择符合安全认证标准的电池产品，并遵循相应的使用和维护指南，也可以帮助降低短路引起的安全风险和预防爆炸事件的发生。
3、技术分析与应对策略
电池热失控是引发新能源电动汽车火灾的根本原因。锂电池通过制浆、涂膜、装配、老化等工序组装成成品，受工艺环境、材料质量、参数控制、操作精密性等因素影响，可能产生内部质量缺陷，如毛刺、错位、粉尘吸附、隔膜受损等，导致电池在使用中因绝缘不良引发短路，内部积聚大量热，继而引发电解液气化，如果反应得不到控制，内部温度将持续升高，*终导致电池鼓包、破裂。单个电池热失控产生的能量，足以引起周边存放电池的热失控连锁反应，*终导致火灾爆炸。
3.1火情探测
针对新能源汽车发生的火情，进行火情探测工作是非常重要的，特别是在夜间充电时。做好火情探测，应选择适合的火情探测设备，例如温度探测仪、红外热成像仪、有毒气体探测仪、可燃气体探测仪等，这些设备可以用来对锂电池电动汽车易燃空间进行点式火情探测。以便迅速采取措施控制火情蔓延。
3.2掌握火灾现场情况
为更好地实施新能源汽车灭火救援，确保消防救援工作能够有针对性和高效进行，需要掌握火灾现场实际情况。从以下几个方面出发可以有效改善灭火救援效果：
首先，消防救援队伍在接到报警后，应当针对新能源汽车火灾情况进行详细的了解与询问，包括车辆的型号、品牌，电池容量、性能等关键信息，以便制定相应的灭火救援方案。这可以通过调阅新能源汽车资料库、汽车服务手册等途径获取必要信息，并且必要时向当地经销商咨询相关信息。
其次，一旦消防救援人员到达火灾现场，需要立即展开全方位的火情侦查工作，包括确定火灾车辆的电池型号、过火面积、实际着火位置、有无人员被困等关键信息。同时要求消防指挥员联系厂家了解锂电池容量、电压、位置、隔离断电方式等，结合地形、交通、水源等状况，展开细致的核查，以确定*终的战术方案，并根据实际情况科学部署火灾救援力量。
通过以上措施，消防救援队伍能够更全面地掌握新能源汽车火灾现场的实际情况，了解关键信息，并据此制定科学合理的灭火救援方案，*大限度地减少火灾带来的损失，保障人员安全。
3.3现场警戒
现场警戒对于处理新能源汽车火灾非常重要，火灾现场的烟雾弥漫，锂电池电动汽车燃烧温度较高，因此灭火救援人员抵达现场后需要关注火情的安全指数，并评估现场安全形势，以确定警戒区域，并且及时采取相应的警戒处理措施，避免火势进一步蔓延。
一旦确定警戒范围，需要及时疏散围观群众，并协调jiaojing部门疏导交通，将火灾事故现场划分为火灾扑救区、人员待命区、伤员转运区，并对警戒范围进行严格封控，对进出人员进行安全防护情况核查。
使用可燃气体探测仪不间断侦查事故现场，以调整各阶段的警戒范围。同时使用测温仪实时监测事故车辆电池位置的温度，能够帮助调整警戒范围，确保救援人员和群众的安全。
3.4选择适宜灭火剂
在灭火时，更应加强灭火剂的合理选择，确保具有一定的适用性、有效性。像常见的三元锂电池火灾，在灭火时，应做好分析。导致三元锂电池的起火原因多是内部高温高压气体喷射，这会导致内部高温小颗粒被点燃后形成火焰，是典型的气体着火。据德国机动车监督协会（DEKRA）的相关研究成果，水在扑救锂电池电动汽车火灾方面有着*好的效果，能够有效扑灭火焰。现阶段消防救援队伍中配备的灭火药剂多是水、干粉、泡沫等，如二氧化碳灭火剂、ABC干粉等。虽然这些灭火剂能够扑灭明火，但在扑灭锂电池电动汽车火灾时会出现复燃问题。因此，针对水在灭火过程中时间长、耗水量大的问题，可以考虑在水中添加多功能环保灭火剂，如F-500泡沫灭火剂或灭火助剂Firesorb。这些多功能环保灭火剂可以有效减少用水量、减少灭火时间，提高灭火效果，从而更好地应对锂电池火灾带来的挑战。
3.5制定基本作战流程
消防救援队伍接警后，首先可结合火灾事故等级，调集抢险救援车、泡沫消防车、水罐消防车等车辆，并携带必要的装备器材，同时调集其他联动力量协助处置；根据火情探测情况，确定存在的风险，如爆炸、触电、有毒气体、复燃等，以确定后续作战工作；之后规划作战布局：根据风向规划进攻阵地，并明确指挥架构、任务分工，通过红外热像仪进行温度检测，明确战术优先事项。
灭火时，还应根据火情和车辆状况判断是否需要进行车辆加固和固定作业，以确保救援过程安全有效进行。在做好周围警戒的同时，使用水枪进行火势控制，同时进行车门破拆和切断电源等作业。
切断电源后等待车辆熄火，对电动汽车进行正确破拆和电池切断操作，同时佩戴防护设备确保人员安全，避免复燃情况的发生。在扑灭火灾后仍需对车辆进行监控，避免复燃情况的发生。
3.6确定灭火方式
针对锂电池电动汽车火灾的特殊危险性，灭火和救援工作需要根据具体情况采取相应的灭火方式。首先，针对高压电池状态，若未着火，可参考普通车辆起火处理方式；若已着火，则需要大量水冷灭火，需确保消防车携带足够水源，并在安全距离外展开灭火。为减少经济损失，如果电池未着火，可以拆卸其他电池后再进行水冷灭火。稀释送风灭火适用于高压电池未着火且车辆内有人员被困情况。通过大量水冲击火势，设计水幕保护机制，同时利用送风机与其他辅助设施驱逐烟雾。若电池已着火，则需要持续监控电池温度，避免火势再次扩散。灌注灭火的方式适用于前期干预不及时、水冷效果不明显且车内无人员的情况。通过挡板、沙土等材料直接覆盖车辆来灭火，可以简单直接进行。但在车主同意的情况下展开灭火，以免给车主造成较大的损失。若是火灾发生在人员密集区域的区域，为降低危险，可进行转移灭火，将车辆转移至其他位置处理，以减少对周围影响。若以上手段均难以达到灭火目的，需要严控火势情况，并通过监测装置掌握火灾情况，根据后续发展采取对应灭火方式，以避免火势继续蔓延。
实际灭火救援中，需综合考虑各种因素，诸如火情的具体情况、车辆状态、人员安全、周边环境，灭火方式的可行性与效果，以及特殊情况下的经济损失等等，所以需要经过深思熟虑的选择确定，并在确保救援人员和周围环境安全的前提下坚决执行。
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
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，随着新能源汽车市场的快速增长，针对其火灾灭火技术的研究具有至关重要的意义。其不仅关系到乘员和救援人员的生命安全，也关系到财产损失和环境保护。通过对各种灭火技术的研究应用，灭火剂、救援器材的合理选择，才能为人民群众和消防救援人员的生命安全提供有力的保障。
参考文献：
[1]尹群飞.锂电池电动汽车火灾灭火救援技术探究[J].今日消防,2023(07):29-31.
[2]包车勒木格.新能源汽车火灾的灭火战略战术分析[J].消防界(电子版),2023(07):129-131.
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5版.
[4]陶樟涛，黄佳伟，新能源汽车火灾灭火技术的研究，2023.
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产品功能：
2）充电桩监控
