電動汽車充電站消防安全關(guān)鍵技術(shù)研究

FinalapprovaldraftonNovember22,2020FinalapprovaldraftonNovember22,2020電動汽車充電站消防安全關(guān)鍵技術(shù)研究電動汽車充電站消防安全關(guān)鍵技術(shù)研究曹麗英1鄭斌2黃昊1（公安部上海消防研究所，上海200438；石家莊市公安消防支隊，石家莊050000）摘要：通過對我國電動汽車充電站設(shè)計、建設(shè)和管理中存在的消防安全問題進(jìn)行廣泛調(diào)研，研究分析了存在消防安全管理現(xiàn)狀，有針對性對消防安全設(shè)計、管理等環(huán)節(jié)中充電站分類、選址和平面布局、火災(zāi)危險性、防火設(shè)計、消防設(shè)施配置等關(guān)鍵技術(shù)提出了相關(guān)的建議。關(guān)鍵詞：電動汽車；充電站；消防安全電動汽車產(chǎn)業(yè)鏈包括動力電池、整車、基礎(chǔ)設(shè)施和運行管理等，以電動汽車充換電站為代表的充電配套基礎(chǔ)設(shè)施則是主要環(huán)節(jié)之一，必須與電動汽車其他領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)共同協(xié)調(diào)發(fā)展。目前我國已有一百多個城市列入新能源汽車示范城市，京津冀、長三角、珠三角等大中型城市先后發(fā)布了清潔空氣行動計劃，均把大力推廣新能源汽車作為發(fā)展綠色交通的主要任務(wù)。節(jié)能減排的任務(wù)需求以及新能源汽車的推廣計劃使得我國各大中城市電動汽車基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)刻不容緩。本文通過對現(xiàn)有充電站建設(shè)和管理中存在的問題進(jìn)行分析，然后有針對性的提出電動汽車充電站建設(shè)和管理中消防安全的建議。1.電動汽車充電站基本情況電動汽車充電站[1]是指采用整車充電模式為電動汽車提供電能的場所，應(yīng)包括3臺及以上電動汽車充電設(shè)備（至少有1臺非車載充電機），以及相關(guān)供電設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備等配套設(shè)備。大、中型充電站建設(shè)采用配電變壓器，兩路電源供電；小型充電站采用單路低壓電源供電，不設(shè)配電變壓器。充電設(shè)備電氣接口、通信規(guī)約、電氣連接件符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計規(guī)范一致。一個完整的充電站組成結(jié)構(gòu)[2]包括供電系統(tǒng)、充電設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)及相應(yīng)的配套設(shè)施四大部分。電動汽車充電站目前有傳統(tǒng)型充電站、多層立體充電站、社區(qū)簡易充電樁、地下車庫充電樁、加油站充電站、儲能式移動充電設(shè)備、無線充電站。據(jù)調(diào)查，深圳是北上廣深四地中已建成并投入運營充電站最多的城市，目前已建成60多個充電站(包括公交車充電站在內(nèi))，完成了對全市范圍的覆蓋。電動汽車作為一種新生事物，充、換電站也是隨著電動汽車的發(fā)展而逐步發(fā)展起來，雖然只有部分城市建立了充換電站，但近年來媒體報道的電動汽車火災(zāi)及充換電站火災(zāi)也屢見不鮮，2015年4月26日下午，深圳灣口岸中國普天力能加電站內(nèi)，一輛大巴車內(nèi)的蓄電池組突然冒煙，隨后起火并蔓延至全車。后經(jīng)專家組鑒定，事故直接原因是：車輛動力充滿電后，動力電池過充電72分鐘，過充電量58kWh，造成多個電池箱先后發(fā)生動力電池?zé)崾Э亍㈦娊庖盒孤?，引起短路，?dǎo)致火災(zāi)。調(diào)查組還特別提醒，過充是目前火災(zāi)的主要原因，各方面要高度重視，采取有效措施。基金項目：國家科技支撐計劃課題（2015BAG07B00），上海市科委項目（16DZ2292600）作者簡介曹麗英，女，碩士，公安部上海消防研究所，副研究員，從事滅火理論研究，E-mail

相比于傳統(tǒng)汽車火災(zāi)，此次電動汽車充電站內(nèi)的電動大巴火災(zāi)的撲救具有一定的特殊性。首先，滅火困難，站內(nèi)配備的消防設(shè)施無法撲滅電動大巴車火災(zāi)：站內(nèi)配置的滅火器均為手提式或推車式水基型滅火器，未設(shè)置室內(nèi)外消火栓，站內(nèi)充電站控制室外側(cè)設(shè)置有兩個圓形沙池?；馂?zāi)發(fā)生時，站內(nèi)人員聞到車尾部有氣味并并伴隨白煙冒出，使用站內(nèi)水基型滅火器對冒煙部位進(jìn)行噴射，均無法抑制火焰，隨后車側(cè)面部位開始起火，火勢立刻難以控制。消防人員到達(dá)火場時，站內(nèi)人員不同意使用水槍滅火，在將站內(nèi)的近二十具水基型滅火器和其他車輛上取下的干粉滅火器全部用光也無法控制火勢，隨后消防員要求使用水槍滅火，否則無法達(dá)到降溫目的，數(shù)分鐘后火焰得到控制。最后，消防員將高壓線剪短，電池拖出后用沙土掩埋，以防止復(fù)燃。整個滅火過程持續(xù)約2個小時。其次，消防站結(jié)構(gòu)簡單，火災(zāi)損失?。撼潆娬緸殇摻罨炷量蚣芙Y(jié)構(gòu)，站內(nèi)可燃物不多，故未引起大范圍的燃燒。頂部的廣告牌和頂棚，由于采用的阻燃材料，只有部分被燒毀。電動汽車充電站建設(shè)和投入使用較早的地區(qū)，已有一定數(shù)量的火災(zāi)或爆炸事故發(fā)生，隨著電動汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，充電站等基礎(chǔ)設(shè)施在全國的大規(guī)模建設(shè)，電動汽車充電站內(nèi)消防安全必須引起我們的高度重視。2電動汽車充電站消防安全管理現(xiàn)狀現(xiàn)有消防標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范無法解決防火設(shè)計問題電動汽車充電站建筑結(jié)構(gòu)多樣，功能也與傳統(tǒng)建筑具有很大的不同，動力電池火災(zāi)危險性的存在成為充電站防火設(shè)計的難點。目前電動汽車充電站消防設(shè)計和審批驗收缺乏專門的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范依據(jù)，導(dǎo)致既有電動汽車充換電站部分陷入停運狀態(tài)，且新建站點無法通過消防審批就開始投入運營。以往針對充換電站建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范多為地方或行業(yè)根據(jù)需求編制的地方標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[3-6]，主要有深圳市地方標(biāo)準(zhǔn)《電動汽車充電系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范第2部分：充電站及充電樁設(shè)計規(guī)范》SZDB/Z（以往時2011版，現(xiàn)在正在修訂）和南方電網(wǎng)公司的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電動汽車充電站及充電樁設(shè)計規(guī)范》Q/CSG，隨著電動汽車的快速發(fā)展，2014年住建部發(fā)布了國家工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《電動汽車充電站設(shè)計規(guī)范》GB50966-2014，使得電動汽車充電站設(shè)計上升到國家標(biāo)準(zhǔn)。然而這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中對電動汽車充電站設(shè)計要求普遍存在如下問題：1.未正確認(rèn)識電動汽車的危險性，大多數(shù)規(guī)范均將供電、充電系統(tǒng)作為充換電站最大的危險源，忽略了車上動力電池危險性的存在。2.防火設(shè)計要求不具體，可操作性差。由于動力電池火災(zāi)危險性未被明確，且大多規(guī)范編制過程中缺少公安消防專業(yè)人士的參與，故對于防火間距、耐火等級無具體要求。3.消防設(shè)施的設(shè)置要求不明確。對于室內(nèi)外消火栓、自動滅火系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、滅火器的配置等要求不明確，甚至存在互相矛盾的地方，如對室內(nèi)外消火栓需設(shè)置和不需設(shè)置即存在不同的要求。4.現(xiàn)行充換電站建設(shè)已與現(xiàn)行規(guī)范相矛盾。如《汽車庫、修車庫、停車場設(shè)計防火規(guī)范》GB50067-2014中“地下、半地下汽車庫內(nèi)不應(yīng)設(shè)置修理車位、噴漆間、充電間、乙炔間和甲、乙類物品庫房”，但由于目前很多城市面臨用地緊張的問題，現(xiàn)已投入使用的很多電動汽車充電樁均設(shè)置在了地下停車庫內(nèi)，使得消防審批更難得到落實。消防設(shè)施配置情況復(fù)雜，消防安全管理缺失經(jīng)調(diào)研，目前已經(jīng)建成并投入使用的充換電站內(nèi)存在如下的消防安全問題：1.現(xiàn)有消防設(shè)施配置情況復(fù)雜，滅火效果不明確。電動汽車充電站內(nèi)設(shè)置主要有室內(nèi)消火栓箱、推車式或手提式水基型或干粉滅火器、滅火毯、消防沙等。國外相關(guān)資料顯示，大量持續(xù)的消防水是撲滅電動汽車火災(zāi)最有效的方法，而目前很多充電站內(nèi)出于水導(dǎo)電的顧慮，大多未設(shè)置室內(nèi)消火栓，消防員滅火時只能依靠市政供水或消防車供水，給火災(zāi)撲救帶來一定的困難。根據(jù)以往的火災(zāi)案例來看，滅火器對于撲滅電動汽車火災(zāi)效果不明顯，甚至無法控制火災(zāi)的發(fā)展。消防沙池的設(shè)置往往距離充電站較遠(yuǎn)，若車輛發(fā)生火災(zāi)，消防沙運送過去時間較長，且火勢一旦蔓延開來，人員無法靠近，便無法將消防沙釋放到火場中。2.消防安全管理未得到重視，消防設(shè)施使用狀況不佳。有專人管理的電動公交車充電站，基本都設(shè)置了安全管理規(guī)定和應(yīng)急操作規(guī)程，站內(nèi)人員均經(jīng)過一定的消防安全培訓(xùn)，消防設(shè)施配置雖然不統(tǒng)一，但基本都有配置，且有專人管理，均處于可用狀態(tài)。無人看管的私人電動小轎車充電站往往無消防安全管理規(guī)定，且大多未配置消防設(shè)施或消防設(shè)施處于無法使用狀態(tài)，存在很大的消防安全隱患。因此，亟需制定相應(yīng)的國家工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，使得充換電站消防安全規(guī)定和審批驗收要求能夠有據(jù)可依，以有效控制和降低其火災(zāi)風(fēng)險。3電動汽車充電站消防安全關(guān)鍵技術(shù)及建議電動汽車充電站防火設(shè)計中，急需解決充換電站分類、火災(zāi)危險性、選址、平面布置、防火設(shè)計、消防設(shè)置配置、火災(zāi)事故處置等問題。充電站分類經(jīng)調(diào)研，目前在建的電動汽車充電站選址、建筑面積、運營能力等具有較大的差異，充電站種類多，體量大。周邊建筑物有住宅、宿舍、學(xué)校建筑或商務(wù)樓等，與周邊建筑的距離大多較近，有的直接設(shè)置在建筑物的外墻，有些毗鄰建筑物只有1m的距離。建筑規(guī)模從28㎡至6880㎡不等。運營能力從3輛到一百多輛不等。因此，在防火設(shè)計中要根據(jù)建筑類型、規(guī)模、選址、運營能力等進(jìn)行分類，并有針對性的提出消防安全要求。充電站火災(zāi)危險性充電站建筑內(nèi)火災(zāi)危險性主要來自車載動力電池，換電站內(nèi)大量儲存的電池使得火災(zāi)危險性進(jìn)一步增加。動力電池由正極、負(fù)極、電解液、隔膜和包裝材料等組成，動力電池生產(chǎn)企業(yè)中常使用的電池原料主要有溶劑和電解液。電解液和溶劑的閃點都較低，最低的僅16℃，根據(jù)GB50016《建筑設(shè)計防火規(guī)范》，對于液體物質(zhì)采用閃點來衡量其火災(zāi)危險性，電池危險性為甲類。因此，以充電為主的電動汽車充電站，由于鋰離子電池數(shù)量較少，且危險源不固定的原因，可根據(jù)充電站的規(guī)模及采取的防火措施來認(rèn)定具體火災(zāi)危險性。充電站選址、平面布局首先應(yīng)確定不宜設(shè)置在地下車庫。但由于城市用地緊張，許多城市都把充電站設(shè)置在地下停車庫中，相比傳統(tǒng)車，具有特殊的危害性：電動汽車火災(zāi)產(chǎn)生大量有毒有害氣體；電動汽車具有爆炸風(fēng)險。因此，對于電動汽車充電站選址和平面布局應(yīng)重點考慮如下：1.宜設(shè)置在地面一層，如必須設(shè)置在地下時，不應(yīng)設(shè)置在地下兩層及以下的樓層。2.充電站應(yīng)設(shè)置在人員密集場所的常年主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向。不應(yīng)設(shè)置在人員密集場所的主出入口。充電站防火設(shè)計充電站由于存儲鋰電池的數(shù)量和規(guī)模的不同，防火設(shè)計應(yīng)分開考慮?！督ㄖO(shè)計防火規(guī)范》作為建（構(gòu)）筑物防火設(shè)計的基本規(guī)范，應(yīng)盡量參照此規(guī)范，然而，在無法滿足的情況下，應(yīng)根據(jù)電池火災(zāi)特點對電動汽車充電站采取一些額外措施，以保障充換電站消防安全。如考慮到電池飛濺，現(xiàn)有距離居民區(qū)較近的充換電站建議增加防飛濺的鐵絲網(wǎng)；儲存電池的地方建議增加防撞裝置，避免因撞擊引起電池短路而發(fā)生事故。充電站消防設(shè)施設(shè)置充電站消防設(shè)施應(yīng)包括滅火系統(tǒng)，自動報警系統(tǒng)、防排煙設(shè)施等。對于滅火系統(tǒng)，目前關(guān)于電動汽車電池火災(zāi)的滅火技術(shù)研究的文獻(xiàn)較少[7-8]，甚至這些少量文獻(xiàn)中關(guān)于電動汽車火災(zāi)滅火技術(shù)的描述都存在相互矛盾的地方。但是大量持續(xù)的消防水對于電動汽車火災(zāi)的降溫和隔絕氧氣等具有很好的效果，因此，建議在充換電站內(nèi)設(shè)置室內(nèi)消火栓、室外消火栓，以滿足火災(zāi)時消防車輛的用水。其次，對各類滅火劑、滅火系統(tǒng)的有效性展開實驗研究，研究或開發(fā)能夠有效撲滅鋰電池火災(zāi)的滅火系統(tǒng)。對于自動報警系統(tǒng)，根據(jù)動力電池火災(zāi)特點，動力電池燃燒前內(nèi)部溫度升高，且伴隨有大量的氣體產(chǎn)生，電池內(nèi)部溫度升高有電池管理系統(tǒng)（BMS）進(jìn)行監(jiān)控，可以輔助報警，因此，應(yīng)特別要求電池管理系統(tǒng)與消防監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動。同時，應(yīng)采用可燃?xì)怏w報警裝置或感煙報警系統(tǒng)增加火災(zāi)的預(yù)警。對于防排煙設(shè)施，現(xiàn)有的地面充換電站一般為敞開式建筑，密閉空間較少。而設(shè)置在地下的充電站，火災(zāi)時的排煙問題也是重點、難點問題，應(yīng)展開系統(tǒng)研究，尤其是大量有毒有害氣體的排煙問題。4結(jié)論電動汽車充電站在設(shè)計、建設(shè)和消防安全管理方面存在一定的問題，但是伴隨著國家戰(zhàn)略體系的部署，面對電動汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的現(xiàn)狀，電動汽車充電站作為電動汽車行業(yè)發(fā)展中不可缺少的基礎(chǔ)設(shè)施，其技術(shù)必須緊跟電動汽車的發(fā)展步伐。因此，相關(guān)產(chǎn)業(yè)和部門應(yīng)加快相關(guān)研究，提出具體措施，尤其盡快制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，使得電動汽車充電站的管理和運行更加規(guī)范和有序，滿足電動汽車行業(yè)快速發(fā)展對基礎(chǔ)設(shè)施的需求，保障電動汽車行業(yè)的健康發(fā)展。參考文獻(xiàn)[1]GB50966.電動汽車充電站設(shè)計規(guī)范[S].[2]徐海明等.電動汽車充電站運行與維護(hù)設(shè)計.中國電力出版社,2012.[3]GB50016-2014.建筑設(shè)計防火規(guī)范[S].[4]GB50067-2014.汽車庫、修車庫、停車場設(shè)計防火規(guī)范[S].[5]GB50156-2013.汽車加油加氣站設(shè)計與施工規(guī)范[S].[6]DG/TJ08-2093-2012.電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)設(shè)計規(guī)范[S].[7]NationalFireProtectionAssociation