发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路。为了解决其“充电焦虑”和“里程焦虑”问题,国务院发布了《充电设施发展指南》、《城市电动汽车充电设施规划建设工作指南》,对充电设施建设作出了总体谋划。《浙江省“十三五”电动汽车充电基础设施发展规划》确定了到2020年建设21万个以上分散式充电桩的发展目标,各地市都在加快建设充电桩,这对推广新能源汽车的使用有一定的帮助,但也要充分认识到其中的安全隐患,引起高度重视。
一、电动汽车充电的安全隐患
1.“电池热失控”引发火灾或爆炸。电动汽车和常规燃料汽车最大的区别是,增加了高能量的电储能设备以及相配套的控制系统。蓄电池在恒压充电时电流和电池温度发生一种积累性的增强作用并逐步损坏时就会发生电池热失控。热失控一旦发生,其链式反应引发的发热量会使电池温度升高400-1000度,极易引发火灾甚至爆炸。单体100Ah热失控的能量约2400000J,电池组100节(约35千瓦时)热失控能量约等于57公斤TNT。随着技术的改进,电池体积的不断缩小,能源密度不断加大(2015年部分车型搭载电池单体比能量达200Wh/kg,预计每年提高15%),但安全性工业技术有待提高,电池热失控的概率也会提高。
2.影响电网稳定性。如无计划的临时性快充对电网产生短时性负荷冲击;电动汽车通过逆变向电网供电,不可避免给电网带来反向潮流、电压变化、电能质量问题和无功功率平衡问题;给电网的规划和调度运行带来新的问题,尤其是配电网规划和运行等。在所有的影响因素中,电动汽车充电的群聚效应对配网局部将产生的影响最大,因为电动汽车充电行为具有随机性、间歇性,如果在峰荷时间进行充电将加重电网负担,如果不对此加以协调并采用相关技术手段有效控制,而无序地同时充电,将会出现“峰上加峰”的情况,从而增大电网调峰难度,加大输配电网建设的压力。特别需要指出的是,快速充电需要通过整流装置将交流电变换为直流电,充电电压高,充电电流大,是常规充电电流的十倍甚至几十倍,会给电网带来较大的冲击。
3.消防难度极大。多数电动车采用了三元锂电或者磷酸铁锂电,电池组火灾的蔓延速度远比燃油车要快,从起火到完全燃烧留给乘客的反应时间极短。目前包括特斯拉在内的电动车,配备的都是干粉式或者泡沫式二氧化碳灭火器,发生小规模内饰火灾可以用车载灭火器灭火,但如果是电池组着火,车载灭火器不能有效扑灭锂电池火灾。而有效的铜粉或者石墨粉灭火器存在体积过大、价格昂贵、市场需求小又不常见的问题,这就让灭火变得很困难。
4.可能危及居民的生命财产安全。如果将快速充电桩建设于地下停车场库,特别是民用建筑工程项目,潜在的风险就更大。普通汽车处于静态,电动汽车充电时处于动态,加之地下停车场库的通风条件不是很理想,出现热失控的概率加大,一旦发生燃烧,就有可能波及其他车辆,此时,储油的其他汽车就可能被引燃乃至起爆,后果不堪设想。此外,如果铺设的线路并不是很良好,大负荷的长时间工作,整个线路就会像电热丝一样持续加温最终失火。
二、加强我省新能源汽车充电设施安全保障的建议
1.科学规划,强化充电桩布局和结构的合理性。在充电设施的类型和结构上,也不能过于偏重充电桩这一形式,更不能超量建设快速充电桩,而应该走“慢充为主,快充为辅,充电桩与充电站以及移动充电等多种类型合理布局”的道路,在充电桩的布局方面,尽可能避免把快速充电桩建于无人值守的地下停车库,对于民用建筑特别是居民小区的地下停车库,一般不应该建设快速充电桩。
2.制定标准,完善新能源汽车充电设施的安全规范。有关部门应加强对国家规范、国家标准的研究,针对我省的实际情况,制定完整的安全规范和标准。着重关注以下几个方面:一是充电设施互联互通与安全性,统一充电桩的通信协议,与充电体系相关的协同安全指引,充电温度监控、机械锁与电子锁链联动、绝缘检测和过放电路的安全要求;二是加强充电桩企业、车企、客户、检测、配套、管理等协调衔接,强化主体责任;三是统一计划、部门联动、区域联动、分批推进;四是实时监测系统的安全,不同地域的实时监测需求。
3.多部门协同,建立有效的安全管理体系。随着利好政策不断出台,充电设施建设的爆发期即将来临,各种充电设备企业一窝蜂涌入市场,而技术门槛并不高,这就应当树立起一道严格的行业安全门槛,把充电安全作为重要责任,加强技术创新,将电池、充电机、模块、电网等环节充分协同,从车、桩、网几个方面协同工作,把各个环节的充电安全性做好,形成更有效的安全管理。
4.加强研发,建立先进的电池热安全科学和技术体系。针对机械诱因(短路)、电诱因(过热)、热诱因、热失控发生这一引发安全事故发展的路径,建立“全生命周期安全性”的科学体系,这一体系应涵盖以下几个方面:对热失控的诱因以及电池状态实施监控;热失控发生时早期预警;热失控扩展的设计防范。为此,应督促充电产业链中的充电设备制造商、充电设施建设商、充电设备运营商、充电设施信息提供商加强热失控测试与建模等机理研究,完善产品安全检测,掌握阻燃隔膜、阻燃电解液、安全材料设计等前沿技术。
5.完全执行ISO26262功能安全标准,彻底杜绝电池管理系统失灵。目前,国内领先的BMS系统(电池管理系统)产品已经完全执行ISO26262功能安全标准,并可实现远程监控,但是国内市场上的BMS系统良莠不齐,BMS系统失灵依然是电池安全事故的主要原因之一。因此,我省充电设施建设过程中,必须要求供应商的完全执行ISO26262功能安全标准,实现电池系统全部远程监控,并实现互联互通。
6.严把质量关,提高管理水平。为了缩短用户充电时间,充电桩普遍采用高电压、大电流的工作方式,这对安全提出了极高的要求,任何一个环节出问题,都有可能引发事故,并造成对人员的二次触电伤害。很多外在原因也是事故导火索,外接充电过程,与传统燃油汽车不同,加油站基本都有专人负责操作,而电动汽车基本上都是使用者自己操作,这其中便存在不规范操作带来的安全隐患。因此,应及早明确我省充电桩建设的各种技术规范和管理制度,加强管理人员和操作人员的技术培训和安全培训。对于快速充电的充电桩,在营运早期,宜派人值守为好。