文章來源：深圳市安和威－張玥灝、中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)-劉永東
前言
據(jù)應(yīng)急管理部消防救援局公布2021年全國消防接處警與火災(zāi)情況，全年新能源汽車火災(zāi)共發(fā)生3000余起，隨著保有量的迅速增長，自燃、起火事故頻發(fā)，引起了大家對(duì)新能源汽車在安全方面的關(guān)注。中國電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，多起發(fā)生在場站的電動(dòng)汽車著火的安全事故，引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注和消費(fèi)者的擔(dān)憂，對(duì)國家消防應(yīng)急管理和新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
摘要：新能源汽車充電安全問題，公共充電場站的充電終端應(yīng)采用大功率充電，減少終端數(shù)量，多點(diǎn)布置方式，充電模式應(yīng)采取快充快補(bǔ)方式，避免建設(shè)大型特別是超大型的集中式充電站。大規(guī)模集中建設(shè)充電樁還是要慎重考慮，畢竟安全問題只有1次和0次。充電站場出的事故不僅是消費(fèi)者生命財(cái)產(chǎn)的安全問題，更是社會(huì)公共安全問題。
一． 新能源汽車電池安全事故問題
安全是行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和前提，隨著新能源汽車的繁榮，安全事故已經(jīng)成為阻礙新能源汽車的發(fā)展和普及。新能源汽車安全事故到底是什么原因造成的？眾所周知，新能源汽車與傳統(tǒng)汽車最大的區(qū)別在于動(dòng)力系統(tǒng)的革新（動(dòng)力電池），而傳統(tǒng)汽車各模塊相對(duì)成熟可靠，那么動(dòng)力電池原因是新能源汽車起火事故或安全事故的主要原因，“零部件故障、充電、浸水、外力破壞”等導(dǎo)致短路或電氣功能故障與電池系統(tǒng)都有一定的關(guān)聯(lián)。
與新能源汽車動(dòng)力電池安全事故相關(guān)的原因包括動(dòng)力電池系統(tǒng)的缺陷（含電化學(xué)反應(yīng)問題）、電池材料不過關(guān)、電池使用不當(dāng)，外力破環(huán)等。動(dòng)力電池引發(fā)的新能源汽車自燃案例主要由機(jī)械安全、電氣安全、和化學(xué)安全導(dǎo)致，其中電氣安全和化學(xué)安全為典型，更多體現(xiàn)在新能源汽車靜態(tài)放置情況下，而功能安全也越來越受重視。在汽車電子化程度越來越高的今天，電氣安全相對(duì)而言更加成熟，但是功能安全和化學(xué)安全為新的課題。比如，功能安全方面電池系統(tǒng)管理不完善而不能夠提前監(jiān)測、控制、報(bào)警故障，從而將導(dǎo)致電池過充、短路、漏液，最終引發(fā)起熱失控、自燃、起火。
一般來說，新能源汽車電池?zé)崾Э匾鸬陌踩鹿手袉误w動(dòng)力電池的熱失控過程可以分為三個(gè)階段：使用過程中電池會(huì)發(fā)熱，出現(xiàn)安全隱患后發(fā)熱增加到接近100攝氏度的位置即熱引發(fā)階段，此后進(jìn)入自生熱加速期階段，從引起SEI膜分解開始，逐步產(chǎn)生隔膜閉孔、負(fù)極與電解液反應(yīng)。熱失控階段發(fā)生大規(guī)模內(nèi)短路、正極材料分解，產(chǎn)生大量熱量引起電解液開始燃燒，電池的溫度可升高400至1000度。當(dāng)然熱失控時(shí)候的溫度與不同材料體系是相關(guān)的，不同材料體系，熱失控的溫度不一樣。
另外，新能源汽車車輛本身也會(huì)引起安全失控，主要包括碰撞安全和電氣安全。碰撞安全方面，常規(guī)汽車主要的安全就是碰撞安全，但新能源汽車碰撞有可能導(dǎo)致電池?zé)崾Э�，從而引起火�?zāi)。電氣安全方面，主要表現(xiàn)為短路引起火災(zāi)，包括使用過程中電氣線路如電機(jī)控制器和IGBT短路或暴雨積水長時(shí)間浸泡導(dǎo)致進(jìn)水引起短路等。
二．新能源汽車充電樁安全隱患
與動(dòng)力電池相對(duì)的還有另一個(gè)我們關(guān)注的重點(diǎn)——充電樁。新能源汽車與充電樁之間存在某些安全隱患，這些隱患可以引起汽車自燃。電動(dòng)車是通過充電樁充電，充電時(shí)如果長時(shí)間電流過大，不受控制，電池也會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱、膨脹乃至爆炸等情況；尤其是對(duì)于沒有電池保護(hù)系統(tǒng)或者電池保護(hù)系統(tǒng)不完善的新能源汽車，這個(gè)問題甚至是致命的。目前新能源汽車充電頻率最高的車主，是一些出行服務(wù)從業(yè)人員、運(yùn)輸人員，如網(wǎng)約車應(yīng)用車輛和貨拉拉這類運(yùn)輸用車，以及一些共享汽車使用頻率較高的地區(qū)，這些地區(qū)里的新能源共享汽車的充電頻率是相當(dāng)高的。而這些新能源汽車，可見的大多是一些入門級(jí)的新能源汽車，如新能源共享車、網(wǎng)約車?yán)锏木o湊型新能源轎車，以及一些供貨運(yùn)需求的新能源微型貨車，這些車每天都需要快充1-2次才能滿足他們的工作需求。這就涉及到兩個(gè)容易被人忽略的安全盲區(qū)，第一個(gè)是這些入門級(jí)的新能源汽車所搭載的電池安全技術(shù)，能否支撐起其長時(shí)間的無差別快充需求；第二個(gè)是快充樁對(duì)于這些車型的適用性有多廣。從第一個(gè)問題層面來看，這里涉及到兩個(gè)方向，一是車輛是否有相應(yīng)完善的電池保護(hù)系統(tǒng)，能在不同的充電設(shè)備下調(diào)整電池充電的速率，保證電池充電時(shí)的安全性，這就涉及到新能源汽車的電控管理，，目前市面上的新能源汽車在電池保護(hù)系統(tǒng)方面還沒做到完全的透明化。就如上述的一些高頻率使用快充車型，它們大多數(shù)入門級(jí)車型，在成本方面的管控也比較嚴(yán)格，對(duì)于電池安全技術(shù)究竟能應(yīng)用到什么程度呢？這點(diǎn)值得我們思考。二是長時(shí)間快充的承受能力，對(duì)于新能源汽車而言，快速充電意味著動(dòng)力電池要承受更高的電流，尤其是在高頻率的快充情況下，動(dòng)力電池所擔(dān)負(fù)的壓力尤其巨大。而且這里還有一個(gè)值得我們關(guān)注的另一個(gè)問題重點(diǎn)-充電樁的充電性能。
不知大家在充電時(shí)是否會(huì)關(guān)注充電樁的充電功率，實(shí)際上不同功率的充電樁會(huì)有不同的充電能力，這點(diǎn)對(duì)于快充樁而言尤其明顯。目前大多的直流快充都是30kW-180kW、200V-750V，換算下來，輸出電流在60A-250A之間，這基本可以保證大部分新能源汽車的充電需求。隨著新能源汽車的快速發(fā)展，電池的性能上不斷升級(jí)，5~10分鐘充電，續(xù)航里程可達(dá)200公里以上的新能源車已經(jīng)開始推廣，對(duì)應(yīng)的480~600kw、500A電流、1000V的超級(jí)充電樁也已開始布置。由于充電功率大，充電的時(shí)間少，這樣布置的小型超級(jí)充電站，讓電動(dòng)車迅速充電、迅速駛離，既增加站場使用效率，降低站場建設(shè)成本，增加運(yùn)營收益；又避免充電車輛長時(shí)間集中，車輛燃燒所產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)范圍就更容易得到控制。對(duì)于現(xiàn)有的新能源車的充電需求，超級(jí)充電站也是可以兼顧的，充電設(shè)備選用群控群充的方式，功率可靈活調(diào)配，對(duì)各種新能源車輛的快充、慢充均可以提供服務(wù)。為了提高設(shè)備使用效率，建議車輛補(bǔ)電到電池容量的80%，充電樁就停止提供服務(wù)。
三，建設(shè)大型、超大型充電站的安全問題思考
近年來，國家圍繞低碳節(jié)能出臺(tái)相關(guān)政策，鼓勵(lì)、支持各行各業(yè)、全社會(huì)使用清潔能源。全國各地不斷加快充電設(shè)施網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與建設(shè)，服務(wù)新能源發(fā)展，圍繞落實(shí)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)，秉承“低碳環(huán)保、綠色出行”理念，協(xié)助政府超前規(guī)劃，主動(dòng)服務(wù)電動(dòng)汽車推廣及充電設(shè)施建設(shè)。全國各地都興建了集中式電動(dòng)汽車大功率充電站，旨在加強(qiáng)充電樁安裝建設(shè)的統(tǒng)一規(guī)劃和統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，同時(shí)最大程度從源頭上消除安全隱患。
隨著電池充電倍率的不斷提升，集中式充電站能夠以近似于加油的時(shí)間滿足用戶充電需求，用燃油車時(shí)代的加油站模式來大規(guī)模推廣集中式充電站，既能夠在不改變習(xí)慣的前提下較好地滿足用戶需求，也能減少投入和浪費(fèi)，同時(shí)有利于維護(hù)管理，保證充電安全。
大型充電站場管理使用及安全需引起重視。大量的充電樁集中鋪設(shè)集中，車與車都緊緊靠著；電池著火后，是無法迅速撲滅的，一旦發(fā)生電池起火，將牽涉周邊的車輛，可謂是一車自燃，周遭車輛俱焚，所以大量的車集中在一起充電，風(fēng)險(xiǎn)極大，這種情況需要我們認(rèn)真對(duì)待。因此大規(guī)模集中建設(shè)充電樁還是要慎重考慮，畢竟安全問題只有1次和0次。充電站場出的事故不僅是消費(fèi)者生命財(cái)產(chǎn)的安全問題，更是社會(huì)公共安全問題。
除此之外，大規(guī)模集中建設(shè)充電樁還帶來一系列的交通問題，據(jù)報(bào)道，南方某市的關(guān)口集中式充電站，站內(nèi)共有快充樁450個(gè)，每天進(jìn)場充電車輛排隊(duì)已經(jīng)占據(jù)了主要街道，造成了交通擁堵，周邊居民苦不堪言，據(jù)記者調(diào)查，因?yàn)槌潆姌哆^于集中導(dǎo)致大量電動(dòng)汽車扎堆，調(diào)查結(jié)果顯示，包括排隊(duì)時(shí)間在內(nèi)，受訪司機(jī)中在“每天大約需花多少時(shí)間用于電動(dòng)車充電”問題上，“3小時(shí)以上”與“3小時(shí)以下”的比例接近對(duì)半。而在“是否有因?yàn)槌潆娪绊懙饺粘I運(yùn)”問題上，有86%的受訪司機(jī)選擇了“是”。在運(yùn)營轄區(qū)內(nèi)充電樁的分布和數(shù)量是否滿意方面，有80%的受訪司機(jī)選擇“不滿意”。
四、相關(guān)發(fā)展建議
隨著新能源汽車的快速發(fā)展，充電帶來的安全問題和社會(huì)問題成為汽車行業(yè)的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。根據(jù)國內(nèi)某知名咨詢公司做的市場調(diào)研數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示，多數(shù)用戶電量在20%左右會(huì)去補(bǔ)電，這也符合實(shí)際的用車場景，對(duì)于新能源純電動(dòng)汽車剩多少電量再充電比較合適的問題，報(bào)告顯示，最佳的充電電量是在30%~80%區(qū)間，在80%~100%區(qū)間耗費(fèi)充電時(shí)間最長，占到了整個(gè)充電時(shí)間的50%，當(dāng)電池余量低于20%時(shí)滿充耗費(fèi)時(shí)間最久，電池滿充產(chǎn)生自燃機(jī)會(huì)也大，在車輛過于集中的場站，車輛自燃很容易引起重大事故。
在傳統(tǒng)汽車與新能源汽車并存發(fā)展的新時(shí)期，新能源汽車在場站充電造成的安全事故會(huì)使消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)汽車安全性的疑慮進(jìn)一步加深。因此，對(duì)于新能源汽車充電安全問題，政府必須高度重視、企業(yè)必須高度擔(dān)當(dāng)，同時(shí)可以考慮如下建議：
風(fēng)險(xiǎn)源頭規(guī)避，避免建設(shè)大型特別是超大型的集中式充電站。理清新能源汽車充電安全事故潛在的隱患源頭，在新能源汽車充電站建設(shè)伊始就充分考慮潛在的風(fēng)險(xiǎn)并積極應(yīng)對(duì)，即使事故發(fā)生，能在可控范圍。在場站建設(shè)中采取大功率終端，終端數(shù)少，多點(diǎn)布置的小型超級(jí)充電站，充電模式采取快充快補(bǔ)方式(即充電時(shí)間限制在10分鐘左右，或充、補(bǔ)電到電池容量的80%）。由于充電功率大，充電的時(shí)間少，這樣布置的小型超級(jí)充電站，讓電動(dòng)車迅速充電、迅速駛離，既增加站場使用效率，降低站場建設(shè)成本，增加運(yùn)營收益；又避免充電車輛長時(shí)間集中，車輛燃燒所產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)范圍就更容易得到控制。對(duì)于現(xiàn)有的新能源車的充電需求，這類超級(jí)充電站也是可以兼顧的，充電設(shè)備選用群控群充的方式，功率可靈活調(diào)配，對(duì)各種新能源車輛的快充、慢充均可以提供服務(wù)。為了提高設(shè)備使用效率，建議車輛補(bǔ)電到電池容量的80%，充電樁就停止提供服務(wù)。
編者按：隨著新能源汽車的普及，為了方便車主，很多住宅小區(qū)，購物中心等都在地下車庫安裝了充電樁，存在一定的安全隱患，很多地下車庫電動(dòng)車和燃油車沒有分開，且車道擁堵，有的車輛停放在通道上，車庫內(nèi)雖然有消防設(shè)施，這些裝置不一定能撲滅電池著火產(chǎn)生的火災(zāi)。晚上電動(dòng)車充電，如果發(fā)生火災(zāi)，消防車可能難以進(jìn)入地下車庫及時(shí)處理災(zāi)情，后果不堪設(shè)想。這些問題都值得大家深思。
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