关键词：新能源汽车；基础设施；充电桩；安全管理
1发展背景
随着国家对环境保护和能源节约的重视，并出台一系列新能源政策，电动汽车行业开始了快速的发展。完善的电动汽车充电基础设施是电动汽车普及的重要保障。大力推进充电基础设置的建设，是加快电动汽车推广的重要措施，也是新能源战略举措的重要支撑。
国家发改委和国家能源局发布的《电动汽车充电基础设施发展指南（2015－2020年）》[1]指出，到2020年我国电动汽车保有超500万辆，到2020需要新建公交车充换电站3848座。电动汽车充电基础设施的需求极大，使电动汽车充电基础设施建设和运营业务发展的机会增大，充电基础设施快速发展的同时也面临一系列安全运营的问题。
2充电桩类型分析
充电桩根据充电模式、充电桩规模、安装地点防护等级分为不同的类型，其安全性能也不同，具体如下。
2.1充电模式分类
（1）交流充电桩
交流充电桩俗称“慢充”，充电桩固定安装在电动汽车外，与交流电网连接，为电动汽车车载充电机提供可控的单向交流电源或三相交流电源的供电装置（如图1）。交流充电桩本身并不具备充电功能，只是单纯提供电力输出，还需要连接电动汽车车载充电机，才可以起到为电动汽车电池充电的作用。由于电动汽车车载充电机的功率一般都比较小（有7kW、15kW等功率），充电速度一般较慢，桩体较小，安装灵活，充满电一般在6~8个小时，适用于小型乘用电动车。
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图1交流充电插头接头
（2）直流充电桩
直流充电桩俗称“快充”，充电桩固定安装在电动汽车外，与交流电网连接，可以为非车载电动汽车动力电池提供直流电源的供电装置。直流充电桩可直接为电动汽车的电池充电，采用三相四线制或三相三线制供电（如图2），输出的电压和电流可调范围大，输出大电流直流电给车载电池进行充电，功率较大（有120kW、150kW、180kW甚至更高），充电速度较快，短时间内充电量大，桩体较大，占用面积大（散热），从而实现电动汽车快速充电。.png)
图2直流充电插头接头
（3）安全性能差别
交流充电功率小，对电池损耗较小，会在充电的最后阶段给电池组进行均衡，从而保证每节电芯都能尽量达到满电状态，充电较为温和，对于延长电池寿命有一定帮助；直流充电功率大，会导致整个电池组的压差不平衡，对电池损耗较大，长期快充对于电池的寿命有一定的影响，同时对电池质量要求也高。使用直流充电对于电池本身刺激较大，有可能引起电池组中的某节电池过热，长此以往会有热失控的风险，容易发热自燃造成火灾事故。
2.2充电桩规模分类
以充电桩建设集中的数量和管理模式作区分，可分为建设集中的充电站和数量较少的独立充电桩。建设集中的充电站场地规划合理，配套设施设备齐全，管理制度规范，安全防护装备、消防和应急装备齐全，有专人运营和管理，可以做到有效监督管理。独立式充电桩建设数量少，为了节省运维成本，一般是车主自行充电，没有专人监管。难以保证车主充电时佩戴相应的防护装备、严格按操作规程充电，且相关的防护装备、应急设施有被破坏的风险。
2.3安装地点分类
分为室外充电桩和室内充电桩，室外充电桩需要面临风雨交加的恶劣环境，需要更好的绝缘性和避雷条件及更高的防护等级，方可保障人身安全、车身安全和充电设备安全。室内充电桩为了方便充电，有的建设在地下停车场，采用挂壁式安装，一旦发生火灾，由于空间狭小，影响扑救，且容易引起周边车辆着火。
3充电桩安全事故类型
依据充电桩行业实际情况，从充电桩建设阶段和运维阶段分别分析充电桩安全事故类型。
3.1充电桩建设阶段
充电桩建设可以参照电力工程建设领域安全事故类型，建设中要进行电力线路的铺设以及电力设备如高压配电箱、变压器的安装，以及使用到起重设备对大型物件进行吊装，在建设中还需要用到用电设备和机械设备。充电桩建设阶段可能发生的事故类型有触电、起重伤害、物体打击、机械伤害、火灾。
3.2充电桩运维阶段
充电桩运维是安全生产的长期过程，这里重点分析关注充电桩运维企业面临的事故风险类型，有针对性地做好安全管理措施。
（1）车辆伤害
电动汽车在停靠或驶离充电位置过程中，可能会由于驾驶员驾驶车辆车速过快、操作不当剐蹭到其他车辆或者撞到其他人员。特别是电动公交车夜间集中充电的充电站，驾驶员由于疲劳、注意力不集中、公交车视野盲区大、光线昏暗等原因，发生车辆伤害的概率客观存在。
（2）触电
电动汽车充电输出电压均高于人体安全电压，充电桩设备故障、人员误操作、人员未佩戴防护装备都有可能导致在设备维护或人员充电过程中造成人员触电事故。
（3）火灾
电动汽车充电站火灾包括电池火灾、电气火灾、其他火灾。电动汽车电池品牌多，质量参差不齐，质量差的电池在充电过程中造成性能破坏会温度升高引起火灾；电池遇碰撞、受潮等原因引起内部短路自燃；电力设备保养不到位、短路、过载会引发电气火灾；充电桩性能差发生故障也有可能造成充电桩自身起火；防雷设置出故障遭遇雷击、现场违章使用明火也可能导致火灾事故发生。
（4）坍塌
充电桩为了防雨，建设有顶棚，在大风、台风天气有可能造成顶棚破坏、坍塌，发生顶棚坍塌事故。
（5）自然灾害事故
充电桩常见的自然灾害事故类型包括暴雨、雷击、台风、洪涝、山体滑坡。易造成设备被淹、基础设施损毁，甚至人员伤亡等后果。
4充电桩安全事故案例
2015年4月26日下午6时许，深圳湾口岸中国普天力能加电站内，一辆大巴车起火，大冲和蛇口消防中队出动5辆消防车将大火扑灭。事故经过为，该大巴车内的蓄电池组先冒烟，盖子无法打开，后来火势蔓延，大巴车被烧成骨架。经鉴定，事故直接原因是：车辆动力电池充满电后，动力电池过充电72min，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。进一步技术分析结论，这是一次系统性失败：BMS（电池管理系统）、充电机及数据监控平台均未能发挥应有作用。
首先，电池电量充满时，电池管理系统主控模块失效，没有主动传递停止充电信息，而始终上传失效前数据，使系统没有完成中断充电功能。其次，充电机接收到BMS上报信息，晓电池单体电压限值3.75V和总电压限值600V，仍然持续充电，直至总电压超过了充电机自身的保护限值后，才停止充电，此时电池已经严重过充。第三，充电系统运营单位、数据监控平台、整车企业对监控数据未给予重视，在充电过程中监控数据出现异常时，没有及时采取措施。如果能够实时分析监控数据，及时采取必要措施，这一事故是有可能避免的。
5充电桩安全管理现状
（1）安全管理模式不成熟
电动汽车充电桩运营是新兴行业，国家相关的标准规范在逐步更新和完善，其安全管理并未有明确的标准文件。整车及关键零部件相关安全标准缺失；目前国家已出台相关标准，在这些标准里涵盖相关安全及测试验证标准，但没有体现出安全系统性，对相关部门及企业指导性不强[2]。现有充电桩安全管理体系主要是参照电力行业系统的安全管理为基础进行建设，安全管理人员有电力系统从业经验，具备专业电力知识，其安全管理工作处于探索和建设的发展阶段。
（2）易受环境影响
室外充电桩容易受环境因素影响，尤其是在没有建设顶棚的情况下，夏季高温、汛期大雨台风等对户外充电桩可能造成损坏导致其性能故障，或是充电桩建设的地带如果存在积水导致充电时发生安全事故。
（3）有效监管难
室外独立充电桩很难做到有效监管，一旦监管不当很容易造成人为破坏，包括对充电桩的破坏和消防器材的破坏：当充电桩遭到破坏后没有及时发现并修复，盲目充电很容易造成安全事故；消防器材破坏如果没有及时补充更换会造成紧急状态无法发挥其作用，容易造成事故。
（4）电动车着火事故频发
国内发生的电动汽车着火事件，其中很大一部分是在充电桩充电过程中发生动力电池火灾，给充电桩运营带来严峻的挑战，对其安全管理提出了更高的要求。由于深圳市发生多起新能源纯电动货车充电和运营过程的电池热失控时间，深圳在3月17日印发《关于加强新能源纯电动货车运营安全的紧急通知》，加强新能源纯电动货车的安全管控。
6安全管理建议
（1）深化安全隐患排查
安全隐患排查治理是预防安全事故的基础工作，制定安全巡查、定期检查和专项检查制度，做到安全、消防全方位排查无死角，对于检查出的安全隐患要及时整改消除。
一是检查设备。设备的安全是保障充电桩安全的基础，加强专业人员对电气设备、充电桩的专业性安全检查，防止由于设备问题发生安全事故。
二是人员检查。检查工作人员是否佩戴安全防护装备、是否携带烟火等危险品、是否具备相应的安全知识。
三是检查管理。检查值班记录表和充电登记表是否如实填写，检查各项管理制度是否落实到位。四是检查应急。检查应急领导小组、应急预案、现场处置方案是否完备，检查现场消防设施是否完好、疏散通道是否通畅、警示标志是否到位。
（2）制定安全操作规程
剖析一线岗位安全生产风险，加强一线岗位人员安全管控，重点针对两类人员制定安全操作规程：一是电力设备运维人员，电力设备维护检修作业如果违反操作规程可能发生人员触电事故；二是充电桩充电作业人员，这些人员工作量大，工作内容重复性高，防止由于思想松懈、意识淡薄违反安全操作规程情况造成触电、交通事故发生。同时将日常作业记录要求纳入安全操作规程，有条件的情况下，操作规程尽可能要张贴在电力设施设备上和充电桩上，提醒作业人员按规范操作。
（3）开展应急演练
依据安全事故类型分析，制定车辆伤害、电池火灾、设备火灾、人员触电、顶棚坍塌、自然灾害的应急预案，针对上述应急预案开展培训，并按计划开展应急预案的演练。
（4）加强安全防护措施
首先，要配齐相关安全防护装备，在充电桩工作区域放置绝缘手套，充电桩工作区域铺设绝缘毯。其次，在有条件的情况下充电桩要安装顶棚，并加装摄像头，建立可视安全监控系统，提高安全管理的信息化水平。第三，完善应急标志，充电站完善相关禁止标志、限制标志及警示标志。
（5）做好安全宣传教育
一是组织召集电动公交车司机进行相关的安全知识培训。二是做好公司管理人员、设备维护人员、充电运维人员的安全教育工作，普及电气、交通、应急知识。三是通过在充电站张贴宣传画、悬挂警示标语等途径开展安全宣传工作。
（6）突出应急管理重点
电动汽车充电时发生动力电池火灾事故的可能性最大，要把消防应急工作作为重点：一是制定消防安全管理制度，加强充电站消防器材和消防设施检查维护，确保性能完好，一旦发生火灾能迅速控制火势扑灭火灾；二是加强从业人员消防技能教育培训，使其能够熟练使用灭火器扑灭初期火灾；三是加强应急演练，把扑救电动车电池火灾作为重点科目，通过实战，增强处理电动车电池火灾的能力。
7结论
为减少充电桩运营企业安全管理压力，源头治理是关键，这就要求严格把握电动车和充电桩质量，同时制定系统的行业安全标准[3]。
（1）建立整车、关键零部件、充电桩企业资质完善新能源汽车、关键零部件及充电桩产品合格证制度，经测试中心检测合格才发放企业资质，对于不合格的或连续出现安全问题的企业取消其资质。
（2）设置新能源汽车年检标准
新能源汽车年检目前只能按传统汽车标准年检，而有关新能源汽车及关键零部件的电机、电池、电控、充电通信协议等检测方式及手段缺失，致使新能源汽车年检未起到应有的安全把控作用。充电系统相关关键必检指标未能在年检报告中体现出来。
（3）设置充电桩年检标准
充电桩的性能影响充电过程的安全性，要设置检测标准定期检测电池管理系统主控模块、通信协议，保证其性能完好，避免因充电桩性能故障引起安全事故。
参考文献：
[1]国家发展改革委员会，国家能源局，工业和信息化部，住房城乡建设部．电动汽车基础充电设施发展指南（2015-2020年）[Z]．北京：国家发改委，2015．
[2]贺春，陈卓，冯瑾涛，银庆伟，李翔．电动汽车充电分析与解决方案[J]．供用电，2017，（01）：12-18．
[3]何志静，刘卯．电动汽车充电安全分析与解决方案研究[J]．山东工业技术，2017，（13）：47．
论文作者: 李宏林
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第 21期
论文发表时间:2020/5/8