電動汽車充電站事故風險與處置要點評析

何娟娟

（國家消防救援局昆明訓練總隊教研二室，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、電動自行車及時補充電能的能源站。隨著新能源汽車行業的快速發展，全國充、換電站的數量也隨之日益劇增，目前我國電動汽車和充電樁的數量都躍居世界第一，截至2022 年12 月，新能源汽車配套充電基礎設施建設數量達到520 萬臺。隨著充電站的日益發展，全國由充電站充電設施、電動汽車動力電池，線路引發的觸電、火災、爆炸事故案例也迅速攀升。現場救援人員充分了解充電站充電基礎設施工作原理及掌握滅火救援處置技術是成功安全處置的關鍵所在。

1 充電站的發展及事故現狀

世界第一塊鉛酸電池的誕生源于1859 年法國物理學家噶斯頓·普蘭特的一個發現。1881 年，世界上出現了第一輛以鉛酸電池為動力的電動汽車，蓄電池技術也隨之得以發展。2008 年，北京奧運會期間，我國首座可以同時為50 輛純電動大巴車提供充電服務的集中式充電站投入使用，標志著我國新能源汽車產業在綠色、環保、低碳的倡導戰略下迅速發展起來。充電站的整體運營及設備發展共經歷了直流單元、交流單元、密碼控制、智能刷卡、網絡服務等五代的革新，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業鏈的不斷延伸，新能源汽車產業事故風險也在多因素疊加下不斷增高，總體高于傳統燃油汽車，而相關消防標準規范相對滯后和空缺，給新能源產業的消防安全管控工作及滅火救援處置帶來了一定的考驗。

據相關數據統計，2021 年，全國新能源汽車火災約占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發生率為4.4 起，相當于燃油車的2.5 倍。2022 年上半年，全國新能源汽車火災約為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生火災，站內5 輛廂式貨車全部燒毀。2022 年5 月13 日，廣州荔灣區電動汽車充電站內一輛電動汽車因電池質量不合格在充電時起火并發生多次爆炸，3 部汽車被燒毀。同年7 月4 日白玉區電動車充電樁發生火災，事故造成停放在站內的全部電動車燒毀。由此可見，在電動汽車產業快速發展的今天，與之配套的充電站設施引發的事故不容小覷。

2 充電站分類與工作原理

2.1 充電站分類

充電站按建設結構形式可分為集中式充電站和分散式充電站，按服務對象可分為公共充電站、私人充電站以及專用充電站，按其建設規模可分為超級充電站、大型充電站、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 充電站構成

電動汽車充電站主要由供配電系統、電池充電系統、監控系統以及配套設施組成。

充電站可以通過供配電系統由電網向站內充、換電設施、設備供電。供配電系統由10kV 開關柜、變壓器、電力線路、低壓配電柜、站用電源系統、配電監控及控制裝置等組成。電容量超過500kVA 的充電站系統，一般采用雙路10kV 電源供電。

充電系統主要由充電機及其配套部件組成。充電機具備與電池管理系統（BMS）通信、交流輸入過欠壓過流保護、直流輸出過壓過流保護、內部過溫保護等功能。它通過通信功能從電池總成電池管理系統（BMS）和監控系統獲取有關電池箱的數據自動調整充電參數完成充電，并對電池箱進行充電控制和管理，還可通過外部手動控制輸入功能，對充電機參數進行設定。

監控系統是充電站自動化系統和安全保障的核心，主要具備充電監控、配電監控、計量計費監控、安防視頻監控等功能。它可實現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參數的監控調度和管理。

配套設施主要包括站內溫控系統、自助交易終端、照明設備、消防設施、電池監測與維護設備等。

2.3 充電站充電形式及工作原理

充電站電能的補充形式主要是整車充電形式，由電動汽車充電樁整體系統完成充電服務。充電樁整體系統由電動汽車充電樁、集中器、BMS 電池管理系統、充電管理服務平臺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、充電槍和人機交互界面，電氣模塊包括充電插座、電纜轉接端子排、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行刷卡充電，并通過人機交互界面液晶屏進行按時計費充電、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，與交流電網連接，并在樁體內完成交、直流電轉換，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于對充電時間要求較高的運營型車輛，如出租車、公交車、物流車、專用車、網約車等。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，輸出調節范圍大的可調電壓和電流，實現快充的要求。直流充電樁槍頭通常使用9 線插頭，樁體側面具備急停開關。

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相連，采用傳導方式將交流電充到車載充電機（AC-DC），再通過車載充電機交、直流轉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、短路保護等功能。交流充電樁通常安裝在小區停車場，適用于私家車固定車位，或是各大商場停車場內部。交流充電樁槍頭使用的是7 線插頭，具備急停開關，可手動、遠程控制發出“緊急停止充電”指令。交流充電樁充電速度較直流慢，對電池損傷低，電池壽命更持久、成本低、安全性能高。

3 充電站事故風險評估

3.1 鋰電池充電理化反應風險因素

鋰電池是電動汽車的主要動力源。鋰電池在正常充電時，電池內部發生一系列放熱、氧化分解反應，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，可燃氣體在密閉空間內不斷聚集，當與空氣混合達到一定濃度（即氫氣爆炸極限為4%～75%）時，充電產生的電火花就有可能引發爆炸燃燒，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事故數據分析，絕大多數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電氣部件及輸電導線持續發熱，若電池散熱功能達不到標準，還會加速導線絕緣層老化甚至融化，造成相關電氣部件失效及短路，電池內部的放熱、氧化分解反應會增加電池內部的溫度和壓力，極易引發鋰電池熱失控，導致自燃爆炸。

3.2 充電設施漏電、觸電風險因素

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，避免當充電樁內部的某個帶電部件發生絕緣故障發生漏電，導致外部金屬部件帶上較高電壓。充電樁還應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測充電狀態的作用，充電槍電子鎖沒有鎖緊，會導致充電槍處于帶電狀態，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。為防止操作者在充電時拔槍觸電，應設置電子鎖，且在電子鎖處于上鎖狀態時，才可將充電槍插入電動汽車充電插座，充電完畢后，由系統發出解鎖信號并將電子鎖轉為解鎖狀態同時斷開電源，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行手動緊急操作。

充電樁通常處于半露天環境中，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生觸電。金屬部件在潮濕的環境下若防銹性能不佳，會降低金屬外殼的穩固性，甚至引起生銹腐蝕穿洞現象，一定程度上增加操作者觸電風險。

3.3 充電設施高溫自燃風險因素

充電樁絕緣材料會受到溫度、振動、有害氣體、化學物質、水分、灰塵和輻射等環境因素的影響。其中，溫度是導致絕緣材料和絕緣結構老化的關鍵因素。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，很容易產生充電機過熱自燃事故。

4 充電站事故處置要點

4.1 充電設備漏電

充電設備發生漏電，應立即停止充電，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，并對現場進行緊急臨時管控，設置警戒范圍不少于100m，禁止無關人員進入現場危險區域，緊急疏散無關人員退出并距充電設備15m 以外。救援人員到場立即展開偵察研判漏電設備是否已斷電，同時了解帶電設備情況，通過儀器檢測再次確認，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，進入漏電危險區域必須穿戴絕緣服、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生故障漏電且伴隨電氣設備起火，現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，還需謹慎處置帶電火災，穿戴好安全防護絕緣裝備，合理選擇滅火劑及滅火方式。

起火初期，現場人員可就近取干粉滅火器對準起火部位火焰根部進行精準壓制火勢，或可迅速使用滅火毯遮蓋窒息滅火。火勢發展階段，盡量使用二氧化碳、干粉等滅火劑進行滅火，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，應盡量采用霧狀射流的噴霧水槍進行處置，為了保證槍口較好霧狀程度，有效降低導電性能，噴霧水槍工作壓力應保持在0.7MPa 以上，水槍手應與帶電體保持10m 以上安全距離，向火勢上方或上風風向射水，必要時采取水槍接地保護。加強周圍環境、設備、車輛的冷卻保護，防止發生爆炸傷害。當發現有人員觸電時，應用絕緣體，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 心肺復蘇等急救措施。帶電滅火時，不得靠近電線或接頭脫落的區域，尤其是給水區域，誤入帶電區域，為防止產生跨步電壓，應雙腳合攏或單腳跳離。明火熄滅后，為防止鋰電池復燃，用水槍繼續對火場環境及車身進行持續冷卻降溫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行實時監測，嚴禁將直流射流直接射向未著火的電池模塊，避免處置不當造成電池模塊短路發生熱失控。

4.3 充電過程中電池異常

充電過程中，如果發現電池溫度超過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有煙霧冒出，應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域。如果事故車輛已出現明火或無法啟動，應立即通知周圍車輛將車輛駛離危險區域，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，并立即通知專業人員前往現場處理。