1、第 1 页 共 3 页 电动汽车充电站消防安全关键技术研究曹丽英 1 郑斌 2 黄昊 1（公安部上海消防研究所，上海 200438；石家庄市公安消防支队，石家庄 050000）摘要：通过对我国电动汽车充电站设计、建设和管理中存在的消防安全问题进行广泛调研，研究分析了存在消防安全管理现状，有针对性对消防安全设计、管理等环节中充电站分类、选址和平面布局、火灾危险性、防火设计、消防设施配置等关键技术提出了相关的建议。关键词：电动汽车；充电站；消防安全电动汽车产业链包括动力电池、整车、基础设施和运行管理等，以电动汽车充换电站为代表的充电配套基础设施则是主要环节之一，必须与电动汽车其他领域实现共同协调发
2、展。目前我国已有一百多个城市列入新能源汽车示范城市，京津冀、长三角、珠三角等大中型城市先后发布了清洁空气行动计划，均把大力推广新能源汽车作为发展绿色交通的主要任务。节能减排的任务需求以及新能源汽车的推广计划使得我国各大中城市电动汽车基础设施建设刻不容缓。本文通过对现有充电站建设和管理中存在的问题进行分析，然后有针对性的提出电动汽车充电站建设和管理中消防安全的建议。1. 电动汽车充电站基本情况电动汽车充电站 1是指采用整车充电模式为电动汽车提供电能的场所，应包括 3 台及以上电动汽车充电设备（至少有 1 台非车载充电机） ，以及相关供电设备、监控设备等配套设备。大、中型充电站建设采用配电变压器，
3、两路电源供电；小型充电站采用单路低压电源供电，不设配电变压器。充电设备电气接口、通信规约、电气连接件符合相关技术标准要求，设计规范一致。一个完整的充电站组成结构 2包括供电系统、充电设备、监控系统及相应的配套设施四大部分。电动汽车充电站目前有传统型充电站、多层立体充电站、社区简易充电桩、地下车库充电桩、加油站充电站、储能式移动充电设备、无线充电站。据调查，深圳是北上广深四地中已建成并投入运营充电站最多的城市，目前已建成 60 多个充电站(包括公交车充电站在内)，完成了对全市范围的覆盖。电动汽车作为一种新生事物，充、换电站也是随着电动汽车的发展而逐步发展起来，虽然只有部分城市建立了充换电站，但近
4、年来媒体报道的电动汽车火灾及充换电站火灾也屡见不鲜，2015 年 4 月 26 日下午，深圳湾口岸中国普天力能加电站内，一辆大巴车内的蓄电池组突然冒烟，随后起火并蔓延至全车。后经专家组鉴定，事故直接原因是：车辆动力电池充满电后，动力电池过充电 72 分钟，过充电量 58kWh，造成多个电池箱先后发生动力电池热失控、电解液泄漏，引起短路，导致火灾。调查组还特别提醒，过充是目前电动车火灾的主要原因，各方面要高度重视，采取有效措施。基金项目：国家科技支撑计划课题（2015BAG07B00） ，上海市科委项目（16DZ2292600）作者简介 曹丽英，女，硕士，公安部上海消防研究所，副研究员，从事灭火
5、理论研究，E-mail：clying_第 2 页 共 3 页 相比于传统汽车火灾，此次电动汽车充电站内的电动大巴火灾的扑救具有一定的特殊性。首先，灭火困难，站内配备的消防设施无法扑灭电动大巴车火灾：站内配置的灭火器均为手提式或推车式水基型灭火器，未设置室内外消火栓，站内充电站控制室外侧设置有两个圆形沙池。火灾发生时，站内人员闻到车尾部有气味并并伴随白烟冒出，使用站内水基型灭火器对冒烟部位进行喷射，均无法抑制火焰，随后车侧面部位开始起火，火势立刻难以控制。消防人员到达火场时，站内人员不同意使用水枪灭火，在将站内的近二十具水基型灭火器和其他车辆上取下的干粉灭火器全部用光也无法控制火势，随后消防员要
6、求使用水枪灭火，否则无法达到降温目的，数分钟后火焰得到控制。最后，消防员将高压线剪短，电池拖出后用沙土掩埋，以防止复燃。整个灭火过程持续约 2 个小时。其次，消防站结构简单，火灾损失小：充电站为钢筋混凝土框架结构，站内可燃物不多，故未引起大范围的燃烧。顶部的广告牌和顶棚，由于采用的阻燃材料，只有部分被烧毁。电动汽车充电站建设和投入使用较早的地区，已有一定数量的火灾或爆炸事故发生，随着电动汽车产业的快速发展，充电站等基础设施在全国的大规模建设，电动汽车充电站内消防安全必须引起我们的高度重视。2 电动汽车充电站消防安全管理现状2.1 现有消防标准规范无法解决防火设计问题电动汽车充电站建筑结构多样，
7、功能也与传统建筑具有很大的不同，动力电池火灾危险性的存在成为充电站防火设计的难点。目前电动汽车充电站消防设计和审批验收缺乏专门的标准规范依据，导致既有电动汽车充换电站部分陷入停运状态，且新建站点无法通过消防审批就开始投入运营。以往针对充换电站建设的标准规范多为地方或行业根据需求编制的地方标准或行业标准3-6，主要有深圳市地方标准电动汽车充电系统技术规范 第 2 部分：充电站及充电桩设计规范SZDB/Z 29.2（以往时 2011 版，现在正在修订）和南方电网公司的企业标准电动汽车充电站及充电桩设计规范 Q/CSG 11516.2，随着电动汽车的快速发展，2014 年住建部发布了国家工程建设标准
8、电动汽车充电站设计规范GB 50966-2014，使得电动汽车充电站设计上升到国家标准。然而这些标准规范中对电动汽车充电站设计要求普遍存在如下问题：1. 未正确认识电动汽车的危险性，大多数规范均将供电、充电系统作为充换电站最大的危险源，忽略了车上动力电池危险性的存在。2. 防火设计要求不具体，可操作性差。由于动力电池火灾危险性未被明确，且大多规范编制过程中缺少公安消防专业人士的参与，故对于防火间距、耐火等级无具体要求。3. 消防设施的设置要求不明确。对于室内外消火栓、自动灭火系统、火灾自动报警系统、灭火器的配置等要求不明确，甚至存在互相矛盾的地方，如对室内外消火栓需设置和不需设置即存在不同的要
9、求。4. 现行充换电站建设已与现行规范相矛盾。如汽车库、修车库、停车场设计防火规范GB 50067-2014 中“4.1.8 地下、半地下汽车库内不应设置修理车位、喷漆间、充电间、乙炔间和甲、乙类物品库房” ，但由于目前很多城市面临用地紧张的问题，现已投入使用的很多电动汽车充电桩均设置在了地下停车库内，使得消防审批更难得到落实。2.2 消防设施配置情况复杂，消防安全管理缺失经调研，目前已经建成并投入使用的充换电站内存在如下的消防安全问题：1. 现有消防设施配置情况复杂，灭火效果不明确。电动汽车充电站内设置主要有室内消火栓箱、推车式或手提式水基型或干粉灭火器、灭火毯、消防沙等。国外相关资料显示，
10、大量持续的消防水是扑灭电动汽车火灾最有效的方法，而目前很多充电站内出于水导电的顾虑，大多未设置室内消火栓，消防员灭火时只能依靠市政供水或消防车供水，给火灾扑救带来一第 3 页 共 3 页 定的困难。根据以往的火灾案例来看，灭火器对于扑灭电动汽车火灾效果不明显，甚至无法控制火灾的发展。消防沙池的设置往往距离充电站较远，若车辆发生火灾，消防沙运送过去时间较长，且火势一旦蔓延开来，人员无法靠近，便无法将消防沙释放到火场中。2. 消防安全管理未得到重视，消防设施使用状况不佳。有专人管理的电动公交车充电站，基本都设置了安全管理规定和应急操作规程，站内人员均经过一定的消防安全培训，消防设施配置虽然不统一，
11、但基本都有配置，且有专人管理，均处于可用状态。无人看管的私人电动小轿车充电站往往无消防安全管理规定，且大多未配置消防设施或消防设施处于无法使用状态，存在很大的消防安全隐患。因此，亟需制定相应的国家工程建设标准，使得充换电站消防安全规定和审批验收要求能够有据可依，以有效控制和降低其火灾风险。3 电动汽车充电站消防安全关键技术及建议电动汽车充电站防火设计中，急需解决充换电站分类、火灾危险性、选址、平面布置、防火设计、消防设置配置、火灾事故处置等问题。3.1 充电站分类经调研，目前在建的电动汽车充电站选址、建筑面积、运营能力等具有较大的差异，充电站种类多，体量大。周边建筑物有住宅、宿舍、学校建筑或商
12、务楼等，与周边建筑的距离大多较近，有的直接设置在建筑物的外墙，有些毗邻建筑物只有 1m 的距离。建筑规模从28至 6880不等。运营能力从 3 辆到一百多辆不等。因此，在防火设计中要根据建筑类型、规模、选址、运营能力等进行分类，并有针对性的提出消防安全要求。3.2 充电站火灾危险性充电站建筑内火灾危险性主要来自车载动力电池，换电站内大量储存的电池使得火灾危险性进一步增加。动力电池由正极、负极、电解液、隔膜和包装材料等组成，动力电池生产企业中常使用的电池原料主要有溶剂和电解液。电解液和溶剂的闪点都较低，最低的仅 16，根据 GB50016建筑设计防火规范 ，对于液体物质采用闪点来衡量其火灾危险性
13、，电池危险性为甲类。因此，以充电为主的电动汽车充电站，由于锂离子电池数量较少，且危险源不固定的原因，可根据充电站的规模及采取的防火措施来认定具体火灾危险性。3.3 充电站选址、平面布局首先应确定不宜设置在地下车库。但由于城市用地紧张，许多城市都把充电站设置在地下停车库中，相比传统车，具有特殊的危害性：电动汽车火灾产生大量有毒有害气体；电动汽车具有爆炸风险。因此，对于电动汽车充电站选址和平面布局应重点考虑如下：1. 宜设置在地面一层，如必须设置在地下时，不应设置在地下两层及以下的楼层。2. 充电站应设置在人员密集场所的常年主导风向的下风向。不应设置在人员密集场所的主出入口。3.4 充电站防火设计
14、充电站由于存储锂电池的数量和规模的不同，防火设计应分开考虑。 建筑设计防火规范作为建（构）筑物防火设计的基本规范，应尽量参照此规范，然而，在无法满足的情况下，应根据电池火灾特点对电动汽车充电站采取一些额外措施，以保障充换电站消防安全。如考虑到电池飞溅，现有距离居民区较近的充换电站建议增加防飞溅的铁丝网；储存电池的地方建议增加防撞装置，避免因撞击引起电池短路而发生事故。3.5 充电站消防设施设置充电站消防设施应包括灭火系统，自动报警系统、防排烟设施等。第 4 页 共 3 页 对于灭火系统，目前关于电动汽车电池火灾的灭火技术研究的文献较少 7-8，甚至这些少量文献中关于电动汽车火灾灭火技术的描述都
15、存在相互矛盾的地方。但是大量持续的消防水对于电动汽车火灾的降温和隔绝氧气等具有很好的效果，因此，建议在充换电站内设置室内消火栓、室外消火栓，以满足火灾时消防车辆的用水。其次，对各类灭火剂、灭火系统的有效性展开实验研究，研究或开发能够有效扑灭锂电池火灾的灭火系统。对于自动报警系统，根据动力电池火灾特点，动力电池燃烧前内部温度升高，且伴随有大量的气体产生，电池内部温度升高有电池管理系统（BMS ）进行监控，可以辅助报警，因此，应特别要求电池管理系统与消防监控系统进行联动。同时，应采用可燃气体报警装置或感烟报警系统增加火灾的预警。对于防排烟设施，现有的地面充换电站一般为敞开式建筑，密闭空间较少。而设
16、置在地下的充电站，火灾时的排烟问题也是重点、难点问题，应展开系统研究，尤其是大量有毒有害气体的排烟问题。4 结论电动汽车充电站在设计、建设和消防安全管理方面存在一定的问题，但是伴随着国家战略体系的部署，面对电动汽车产业快速发展的现状，电动汽车充电站作为电动汽车行业发展中不可缺少的基础设施，其技术必须紧跟电动汽车的发展步伐。因此，相关产业和部门应加快相关研究，提出具体措施，尤其尽快制定相应的标准规范，使得电动汽车充电站的管理和运行更加规范和有序，满足电动汽车行业快速发展对基础设施的需求，保障电动汽车行业的健康发展。参考文献1 GB50966. 电动汽车充电站设计规范S.2 徐海明等. 电动汽车充
17、电站运行与维护设计. 中国电力出版社 , 2012.3 GB 50016-2014. 建筑设计防火规范 S.4 GB 50067-2014. 汽车库、修车库、停车场设计防火规范S.5 GB50156-2013. 汽车加油加气站设计与施工规范 S.6 DG/TJ08-2093-2012. 电动汽车充电基础设施建设设计规范S.7 National Fire Protection Association. Electric Vehicle Emergency Field Guide. Quincy, MA. 2014.8 R. Thomas Long Jr et. Best Practices for Emergency Response to Incidents Involving Electric Vehicles Battery Hazards: A Report on Full-Scale Testing Results: The Fire Protection Research Foundation, 2013.
