电动汽车充电站事故风险与处置要点评析

何娟娟

（国家消防救援局昆明训练总队教研二室，云南 昆明 650000）

充、换电站即为以“充电”或“快速更换电池”的形式向纯电动或混合动力汽车、电动自行车及时补充电能的能源站。随着新能源汽车行业的快速发展，全国充、换电站的数量也随之日益剧增，目前我国电动汽车和充电桩的数量都跃居世界第一，截至2022 年12 月，新能源汽车配套充电基础设施建设数量达到520 万台。随着充电站的日益发展，全国由充电站充电设施、电动汽车动力电池，线路引发的触电、火灾、爆炸事故案例也迅速攀升。现场救援人员充分了解充电站充电基础设施工作原理及掌握灭火救援处置技术是成功安全处置的关键所在。

1 充电站的发展及事故现状

世界第一块铅酸电池的诞生源于1859 年法国物理学家噶斯顿·普兰特的一个发现。1881 年，世界上出现了第一辆以铅酸电池为动力的电动汽车，蓄电池技术也随之得以发展。2008 年，北京奥运会期间，我国首座可以同时为50 辆纯电动大巴车提供充电服务的集中式充电站投入使用，标志着我国新能源汽车产业在绿色、环保、低碳的倡导战略下迅速发展起来。充电站的整体运营及设备发展共经历了直流单元、交流单元、密码控制、智能刷卡、网络服务等五代的革新，由于前三代充电站存在管理模式单一、充电单元数量局限、计收费方式烦琐、安全性能不够完备等缺陷，逐渐由第四、五代充电站取代。随着电动汽车动力电池性能的提升及产业链的不断延伸，新能源汽车产业事故风险也在多因素叠加下不断增高，总体高于传统燃油汽车，而相关消防标准规范相对滞后和空缺，给新能源产业的消防安全管控工作及灭火救援处置带来了一定的考验。

据相关数据统计，2021 年，全国新能源汽车火灾约占3000 余起，按678 万辆的保有量计算，平均每万辆新能源汽车的火灾发生率为4.4 起，相当于燃油车的2.5 倍。2022 年上半年，全国新能源汽车火灾约为4053起，同比上升35.1%。例如，2022 年7 月12 日，山东省菏泽市巨野汽车站南门充电站发生火灾，站内5 辆厢式货车全部烧毁。2022 年5 月13 日，广州荔湾区电动汽车充电站内一辆电动汽车因电池质量不合格在充电时起火并发生多次爆炸，3 部汽车被烧毁。同年7 月4 日白玉区电动车充电桩发生火灾，事故造成停放在站内的全部电动车烧毁。由此可见，在电动汽车产业快速发展的今天，与之配套的充电站设施引发的事故不容小觑。

2 充电站分类与工作原理

2.1 充电站分类

充电站按建设结构形式可分为集中式充电站和分散式充电站，按服务对象可分为公共充电站、私人充电站以及专用充电站，按其建设规模可分为超级充电站、大型充电站、中型充电站和小型充电站，按其充电形式可分为直流快充充电站、交流慢充充电站、交直流一体充电站等。

2.2 充电站构成

电动汽车充电站主要由供配电系统、电池充电系统、监控系统以及配套设施组成。

充电站可以通过供配电系统由电网向站内充、换电设施、设备供电。供配电系统由10kV 开关柜、变压器、电力线路、低压配电柜、站用电源系统、配电监控及控制装置等组成。电容量超过500kVA 的充电站系统，一般采用双路10kV 电源供电。

充电系统主要由充电机及其配套部件组成。充电机具备与电池管理系统（BMS）通信、交流输入过欠压过流保护、直流输出过压过流保护、内部过温保护等功能。它通过通信功能从电池总成电池管理系统（BMS）和监控系统获取有关电池箱的数据自动调整充电参数完成充电，并对电池箱进行充电控制和管理，还可通过外部手动控制输入功能，对充电机参数进行设定。

监控系统是充电站自动化系统和安全保障的核心，主要具备充电监控、配电监控、计量计费监控、安防视频监控等功能。它可实现对整个充电站的配供电、充电流程、电池箱中单体电池充电状态参数的监控调度和管理。

配套设施主要包括站内温控系统、自助交易终端、照明设备、消防设施、电池监测与维护设备等。

2.3 充电站充电形式及工作原理

充电站电能的补充形式主要是整车充电形式，由电动汽车充电桩整体系统完成充电服务。充电桩整体系统由电动汽车充电桩、集中器、BMS 电池管理系统、充电管理服务平台4 个部分组成。落地式充电桩和挂壁式充电桩是充电桩的两种常见形式，由桩体、电气模块、计量模块等部分组成。桩体包括金属外壳、充电枪和人机交互界面，电气模块包括充电插座、电缆转接端子排、直流控制器、断路器等。充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端装有充电插头以交流或直流的形式为电动汽车充电。充电桩的控制电路主要由嵌入式ARM 处理器完成，使用特定的充电卡进行刷卡充电，并通过人机交互界面液晶屏进行按时计费充电、按电量充电、按里程充电、自动充满等充电方式的选择。

2.4 充电桩充电形式

电动汽车充电桩分为交流充电桩、直流充电桩和交直流一体充电桩，交流充电桩和直流充电桩较为常见。

直流充电桩充电时间较短，可在20 分钟内充电至70%～80%，40 分钟左右完成充电。它是固定安装在电动汽车外，与交流电网连接，并在桩体内完成交、直流电转换，将直流电输出给车载电池的供电装置。直流充电桩主要服务于对充电时间要求较高的运营型车辆，如出租车、公交车、物流车、专用车、网约车等。其特点是采用三相四线制供电，工作电源可以提供足够的功率，输出调节范围大的可调电压和电流，实现快充的要求。直流充电桩枪头通常使用9 线插头，桩体侧面具备急停开关。

交流充电桩充电时间较长，通常为3.5 ～8 小时，甚至更长。它是外部固定安装并与交流电网相连，采用传导方式将交流电充到车载充电机（AC-DC），再通过车载充电机交、直流转换将直流电输送给电动汽车动力电池，具备漏电、过流、过压、阻燃、短路保护等功能。交流充电桩通常安装在小区停车场，适用于私家车固定车位，或是各大商场停车场内部。交流充电桩枪头使用的是7 线插头，具备急停开关，可手动、远程控制发出“紧急停止充电”指令。交流充电桩充电速度较直流慢，对电池损伤低，电池寿命更持久、成本低、安全性能高。

3 充电站事故风险评估

3.1 锂电池充电理化反应风险因素

锂电池是电动汽车的主要动力源。锂电池在正常充电时，电池内部发生一系列放热、氧化分解反应，缓慢释放出氢气、一氧化碳、二氧化碳和烃类气体。锂电池过充情况下可能会释放少量氧气，可燃气体在密闭空间内不断聚集，当与空气混合达到一定浓度（即氢气爆炸极限为4%～75%）时，充电产生的电火花就有可能引发爆炸燃烧，而缓慢释放的氧气的助燃作用，会使爆炸威力极大且难控制。从近年电动汽车火灾事故数据分析，绝大多数事故原因均为锂电池过充电、线路老化短路。电动汽车锂电池在长时间充电时，大量电流不仅会引起相关电气部件及输电导线持续发热，若电池散热功能达不到标准，还会加速导线绝缘层老化甚至融化，造成相关电气部件失效及短路，电池内部的放热、氧化分解反应会增加电池内部的温度和压力，极易引发锂电池热失控，导致自燃爆炸。

3.2 充电设施漏电、触电风险因素

充电桩的电压普遍高于我国家用电压，充电桩配备的防触电措施必不可少且充电桩质量必须合格。充电桩金属外壳、刷卡按键部位、门锁、屏幕、线缆固定螺母等极易被触及的外露金属部件都应有完备的防触电接地措施，且24 小时保持接地状况良好，避免当充电桩内部的某个带电部件发生绝缘故障发生漏电，导致外部金属部件带上较高电压。充电桩还应具备给出故障警示的功能。

充电枪与充电桩的电流输出接口连接，充电桩的电子锁起到配合监测充电状态的作用，充电枪电子锁没有锁紧，会导致充电枪处于带电状态，或在充电枪还未插入汽车充电插座时就开始供电的失常状态。为防止操作者在充电时拔枪触电，应设置电子锁，且在电子锁处于上锁状态时，才可将充电枪插入电动汽车充电插座，充电完毕后，由系统发出解锁信号并将电子锁转为解锁状态同时断开电源，充电枪方可拔出充电插座，也可利用充电枪上的手动电子锁解锁杆与解锁孔进行手动紧急操作。

充电桩通常处于半露天环境中，受空气湿度和气候的影响较大。雨季面临被雨淋浸水，水汽渗入内部湿润带电部件致使其形成回路，操作者触摸外部面板时极易发生触电。金属部件在潮湿的环境下若防锈性能不佳，会降低金属外壳的稳固性，甚至引起生锈腐蚀穿洞现象，一定程度上增加操作者触电风险。

3.3 充电设施高温自燃风险因素

充电桩绝缘材料会受到温度、振动、有害气体、化学物质、水分、灰尘和辐射等环境因素的影响。其中，温度是导致绝缘材料和绝缘结构老化的关键因素。在天气炎热的夏季，电动汽车充电桩与电动汽车都处于高消耗状态，很容易产生充电机过热自燃事故。

4 充电站事故处置要点

4.1 充电设备漏电

充电设备发生漏电，应立即停止充电，并告知工作人员迅速断开上一级配电箱，拔出充电枪或充电插头，并对现场进行紧急临时管控，设置警戒范围不少于100m，禁止无关人员进入现场危险区域，紧急疏散无关人员退出并距充电设备15m 以外。救援人员到场立即展开侦察研判漏电设备是否已断电，同时了解带电设备情况，通过仪器检测再次确认，提醒其他充电人员禁止充电并疏散到警戒线以外，做好个人安全防护，进入漏电危险区域必须穿戴绝缘服、绝缘手套、绝缘胶靴，避免与带电体接触。

4.2 充电过程中漏电且起火

若充电过程中不仅发生故障漏电且伴随电气设备起火，现场工作人员第一时间断开上一级配电箱，除了按以上漏电事故处置实施外，还需谨慎处置带电火灾，穿戴好安全防护绝缘装备，合理选择灭火剂及灭火方式。

起火初期，现场人员可就近取干粉灭火器对准起火部位火焰根部进行精准压制火势，或可迅速使用灭火毯遮盖窒息灭火。火势发展阶段，尽量使用二氧化碳、干粉等灭火剂进行灭火，火势较大需用水扑救时，与带电体保持10m 以上安全距离。避免使用密集射流的直流水枪，应尽量采用雾状射流的喷雾水枪进行处置，为了保证枪口较好雾状程度，有效降低导电性能，喷雾水枪工作压力应保持在0.7MPa 以上，水枪手应与带电体保持10m 以上安全距离，向火势上方或上风风向射水，必要时采取水枪接地保护。加强周围环境、设备、车辆的冷却保护，防止发生爆炸伤害。当发现有人员触电时，应用绝缘体，如干燥的木棍、竹竿等将触电者与电源分离，并对触电人员及时采取不间断CPR 心肺复苏等急救措施。带电灭火时，不得靠近电线或接头脱落的区域，尤其是给水区域，误入带电区域，为防止产生跨步电压，应双脚合拢或单脚跳离。明火熄灭后，为防止锂电池复燃，用水枪继续对火场环境及车身进行持续冷却降温1 小时以上，并使用有毒、可燃、漏电探测仪对电池及事故车辆进行实时监测，严禁将直流射流直接射向未着火的电池模块，避免处置不当造成电池模块短路发生热失控。

4.3 充电过程中电池异常

充电过程中，如果发现电池温度超过45℃，则需立即停止充电查看电池，如有焦糊刺鼻的异味、异常声响、异常升温或者电池舱内有烟雾冒出，应迅速拔出电动汽车充电枪或剪断充电线，使车辆断开与充电桩的连接，将事故车辆驶离充电区域。如果事故车辆已出现明火或无法启动，应立即通知周围车辆将车辆驶离危险区域，并按以下程序处理：在保持身体干燥及卸下随身金属物品的前提下，迅速断开上一级配电箱，将电池箱的锁扣开关打开，将电池箱拉出车体，尽量将电池与车体隔离10m 以上距离，并立即通知专业人员前往现场处理。