電動(dòng)自行車充換電柜運(yùn)用探析

摘要：近年來，電動(dòng)自行車因其便捷、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，逐漸替代摩托車、自行車成為城鄉(xiāng)居民的主要出行工具之一。當(dāng)前，我國電動(dòng)自行車保有量已接近3億。電動(dòng)車充電難，及充電引發(fā)的火災(zāi)隱患一直是城市管理的重點(diǎn)難題。自2012年充電樁的出現(xiàn)，經(jīng)歷了投幣-掃碼，集中式-分布式迭代后，基本解決小區(qū)充電問題。然而充電樁也面臨著充電慢、占地面積大，集中充電存在安全隱患的問題，并不是最佳的城市電動(dòng)出行配套解決方案。而充換電柜正是以其充電速度快、占地面積小、智能充電更安全等優(yōu)勢(shì)應(yīng)運(yùn)而生，將逐步普及并成為城市電動(dòng)化出行更經(jīng)濟(jì)、更科學(xué)的解決方案。

關(guān)鍵詞：城市電動(dòng)出行;充換電柜;安全;智能;解決方案

一、電動(dòng)車存量

據(jù)中國自行車協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，近年來，我國電動(dòng)自行車年銷量超過3000萬輛，社會(huì)保有量接近3億輛，千元以上自行車產(chǎn)量持續(xù)增長。

在2019年新國標(biāo)落地前我國電動(dòng)自行車行業(yè)整體進(jìn)入了一個(gè)瓶頸期，2014年行業(yè)產(chǎn)銷量首次出現(xiàn)了下降，隨后連續(xù)兩年持續(xù)減少，2018年出現(xiàn)小幅回暖，產(chǎn)量為3278萬輛，銷量為3089萬輛。隨著2019年新國標(biāo)的落地，在給行業(yè)帶來變革的同時(shí)，激發(fā)了電動(dòng)自行車的替代需求，2019年電動(dòng)自行車產(chǎn)銷量持續(xù)回暖，并于2020年真正意義上大幅增長，產(chǎn)量達(dá)到5100萬輛，銷量達(dá)4760萬輛，均突破了歷史最高值。

二、電動(dòng)車消防安全事故

1、電動(dòng)車消防事故層出不窮

隨著電動(dòng)自行車保有量逐年增加，伴隨而來的消防安全隱患也越來越多。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年以來，全國發(fā)生電動(dòng)自行車火災(zāi)事故6462起[1]。

從火災(zāi)場(chǎng)所看，居民住宅、自建房和沿街門店是電動(dòng)自行車火災(zāi)高發(fā)場(chǎng)所;

從起火原因看，電氣故障和自燃是造成電動(dòng)自行車火災(zāi)的主要原因，分別占電動(dòng)車火災(zāi)總數(shù)的62.1%和23.5%;

從發(fā)生月份看，電動(dòng)自行車火災(zāi)隨氣溫升高呈逐月上升的趨勢(shì)明顯，6月份1215起，比1月份增幅高達(dá)56%。

2、事故原因

過充電、電池故障、電氣線路短路是導(dǎo)致電動(dòng)車電氣火災(zāi)的根本原因。

電動(dòng)自行車自燃事故一般是由電池老化、線路破損、擅自改裝、超出使用年限等原因造成。而電動(dòng)自行車一旦起火，危害極大。因此，消防部門建議，消費(fèi)者在購買電動(dòng)自行車時(shí)應(yīng)盡量選擇大品牌正規(guī)廠商生產(chǎn)的合格產(chǎn)品，使用相匹配的充電器及電池，定期保養(yǎng)，不擅自改裝，嚴(yán)禁把電動(dòng)自行車停放在樓道、安全通道、安全出口等處，氣溫高時(shí)不要長時(shí)間連續(xù)使用電動(dòng)自行車。

3、典型案例

（1）杭州電動(dòng)車行駛中起火。2019年，某地一輛正常行駛的電動(dòng)自行車突然爆炸起火，車上的父女二人被嚴(yán)重?zé)齻?。屬地消防通?bào)：經(jīng)過調(diào)查組現(xiàn)場(chǎng)對(duì)事故電動(dòng)車殘骸的調(diào)查取證，初步判斷，電動(dòng)車起火事故起火原因與電動(dòng)車的鋰電池故障有關(guān)。

（2）成都電梯起火。2019年，某地一小區(qū)電梯內(nèi)發(fā)生了電動(dòng)自行車燃燒事故。一男子推著電動(dòng)自行車進(jìn)入電梯，電動(dòng)車突然冒起濃煙，隨后起火燃燒。對(duì)于火災(zāi)的原因，職能部門表示，不排除是由于電池老化而出現(xiàn)電池故障和電機(jī)線路短路故障。

（3）改裝電動(dòng)車起火。2019年6月11日，云南大理市發(fā)生一起火災(zāi)事故，鋰電池在充電過程中起火，引燃周圍可燃物，火勢(shì)蔓延并產(chǎn)生大量有毒有害煙氣致人死亡。

4、問題識(shí)別

（1）充電方式不安全

對(duì)于沒有配套充電樁的老舊小區(qū)，或者充電樁數(shù)量少、服務(wù)能力不足的新小區(qū)，用戶充電難的問題一直難以解決。一般充電樁的適配充電功率在800～1200w之間，部分大功率電動(dòng)車的充電需求難以解決。部分用戶選擇飛線充電、或者上樓充電，故而導(dǎo)致火災(zāi)事故時(shí)有發(fā)生。

（2）充電樁沒有足夠安全措施

充電樁主要解決的集中充電問題，提供的服務(wù)較為粗獷，主要提供1拖N或分布式充電插座。

充電樁只能提供基本的充電電路保護(hù)，不能很好的檢測(cè)充電數(shù)據(jù)及電池?cái)?shù)據(jù)。當(dāng)前較為普遍的做法是提供標(biāo)準(zhǔn)充電電流及電壓曲線（如下圖）用于監(jiān)測(cè)充電過程的穩(wěn)定性，然而由于市面上充電器及電池規(guī)格參差不齊，也很難做到精確匹配，故而造成電池充不滿、過充等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。即保護(hù)措施不在電池端，很難做到BMS級(jí)[2]的安全防護(hù)。

（3）私自改裝

3.1私自改裝

部分電動(dòng)車用戶為了追求加速性能和速度而改裝原廠車輛的控制器和電機(jī)。尤其面向配送行業(yè)的外賣騎手，車輛改裝幾乎是家常便飯。對(duì)車輛的改裝屬于違法行為且一旦車行的改裝操作不規(guī)范或設(shè)備不匹配都將面臨電池異常使用起火的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2來源不明的電池

當(dāng)前電動(dòng)車動(dòng)力電池行業(yè)魚龍混雜，尤其在電動(dòng)車鋰電化的進(jìn)程中，不同規(guī)格各來源的電池層出不窮，很難做到有效監(jiān)管。部分用戶圖便宜而采購來源不明的風(fēng)險(xiǎn)電池，也是造成電動(dòng)車起火的主要原因之一。

3.3集中充電風(fēng)險(xiǎn)更大

車輛集中充電風(fēng)險(xiǎn)更大，小區(qū)內(nèi)充電樁一般都是集中停放并充電，且充電高峰主要在夜間20：00～6：00。全國各地消防部門提供的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示：有75%的電動(dòng)自行車火災(zāi)，是在充電時(shí)發(fā)生的。

從以往電瓶車起火案例中我們發(fā)現(xiàn)，電瓶車起火多半發(fā)生在半夜或者凌晨時(shí)分。充電時(shí)間通?？刂圃?-10小時(shí)，不宜超過12個(gè)小時(shí)，而一整晚的充電時(shí)間則遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了12個(gè)小時(shí)，蓄電池過充電會(huì)使正極板提前損壞，導(dǎo)致電池鼓脹會(huì)發(fā)生起火事件。而某一臺(tái)車輛失火就可能殃及整個(gè)停車場(chǎng)，一旦出事，造成的損失將不可估量。

3.4充電隱患無法監(jiān)控

當(dāng)下電動(dòng)自行車充電主要有家用充電器充電，充電樁充電、鋰電池充換電柜充電，而前兩者因?yàn)樵O(shè)備分散、老舊設(shè)備眾多、缺乏聯(lián)網(wǎng)能力、運(yùn)營商數(shù)據(jù)獨(dú)立等因素很難實(shí)現(xiàn)消防數(shù)據(jù)并網(wǎng)，給消防管理帶來極大挑戰(zhàn)。

針對(duì)充電難，充電安全問題，電動(dòng)車充換電柜方案應(yīng)運(yùn)而生，多方面解決用戶用電問題，有望將用電服務(wù)能力提升為市政基礎(chǔ)設(shè)施解決方案。

三、集中充換電的優(yōu)勢(shì)

1、絕對(duì)集中

目前緩解充電難充電安全的方案是小區(qū)內(nèi)安裝充電樁。但充電樁并沒有減少供電口的數(shù)量，反而是增加了隱患面積。是把風(fēng)險(xiǎn)從樓上轉(zhuǎn)移到樓下，加上充電樁的充電口沒有設(shè)置獨(dú)立消防設(shè)置，一旦某車失火，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)區(qū)域遭殃。

另一方面，充電樁面臨的最大挑戰(zhàn)是需要集中的停車場(chǎng)地，部分甚至需要安裝永久性構(gòu)筑物用于遮陽防雨。而充換電柜占地面積小方便布點(diǎn)，僅需0.5平方。無需獨(dú)立劃撥充電區(qū)域，車輛停放與充電區(qū)域可獨(dú)立設(shè)置，也可充分利用市政停車位，可有效緩解物業(yè)管理壓力。

充電樁按一個(gè)充換電柜11格口的匹配服務(wù)能力，配置10個(gè)車位及充電口，需要占地0.6*2m*10=12m2，一臺(tái)充換電柜占地面積：0.6*0.8=0.48m2。

采用充換電柜形式可節(jié)約場(chǎng)地面積

充換電柜安裝區(qū)域獨(dú)立且自帶消防系統(tǒng)，可極大降低次生災(zāi)害。

以充換電柜形式取代充電樁后，充電更方便，不用擔(dān)心沒有位置充電，從而有效避免飛線，電池上樓的事件發(fā)生。

2、以充代換優(yōu)點(diǎn)

（1）相對(duì)充電樁，布點(diǎn)門檻低，可實(shí)現(xiàn)全城分布，隨用隨換。

（2）全城暢行，放心騎。充換電模式可隨取隨用，省去充電的漫長等待時(shí)間，拒絕半路斷電推車。

（3）電池規(guī)格、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一

充換電模式可實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池規(guī)格、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。尤其針對(duì)B端配送騎手，可通過換電運(yùn)營商與配送站點(diǎn)合作，統(tǒng)一配置換電電池，統(tǒng)一管理。亦省去騎手買電池、充電煩惱。

3、充換電柜的優(yōu)點(diǎn)

（1）安全可控：充電器一致，安全可控

（2）傳感器保障安全，單格口防護(hù)避免二次傷害

電柜整體一般會(huì)配置溫度傳感器、濕度傳感器、煙霧傳感器、水浸傳感器等實(shí)時(shí)感知電柜運(yùn)行情況?？杉皶r(shí)預(yù)防隱患，降低風(fēng)險(xiǎn)。

（3）更高的消防安全等級(jí)

模塊化充換電柜，可以設(shè)計(jì)更智能、更標(biāo)準(zhǔn)、更高級(jí)別消防系統(tǒng)。

（4）更好的電池保護(hù)

（5）更智能的充電策略，防止充電高溫并可充分利用梯次電價(jià)

4、產(chǎn)業(yè)鏈監(jiān)控

杜絕山寨電池，使用具備Iot通訊能力的電池，過程有據(jù)可查，杜絕風(fēng)險(xiǎn)電池。

全流程管控：

（1）上游：電池企業(yè)/電芯篩選、pack生產(chǎn)、測(cè)試驗(yàn)證

（2）中游：換電運(yùn)營：產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及定義、運(yùn)營監(jiān)控

（3）下游：用戶接入、充換電設(shè)備維護(hù)

由運(yùn)營單位或代理門店負(fù)責(zé)用戶接入，專業(yè)的團(tuán)隊(duì)處理設(shè)備運(yùn)維工作，保障服務(wù)和設(shè)備運(yùn)營安全

（4）梯次利用：拒絕污染

電池的生產(chǎn)、運(yùn)營、回收處理由專業(yè)公司統(tǒng)一規(guī)劃處理，用戶無需參與。

5、車電分離的優(yōu)點(diǎn)

（1）車和電池分離，隔離風(fēng)險(xiǎn)，降低損失

全國各地消防部門提供的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示：有75%的電動(dòng)自行車火災(zāi)，是在充電時(shí)發(fā)生的。車電分離后在充電環(huán)節(jié)將風(fēng)險(xiǎn)隔離。車+電分開，減少損失。

（2）電池取消通用充電接口，徹底規(guī)避電池入戶

像新能源車充電樁一樣形成基礎(chǔ)設(shè)施供電能力，取消220V充電接口，保障電池遠(yuǎn)離住宅。

（3）電池聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)打通，政府可以進(jìn)行安全監(jiān)管，有很好的社會(huì)效益。

（4）用戶選擇更自由，降低購車成本

用戶可選擇單獨(dú)購買車架，再接入充換電服務(wù)。單次購車投入可節(jié)省1200～2500元不等，電池產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)更集中更規(guī)范，品質(zhì)有保障。

四、結(jié)語

電動(dòng)自行車充換電行業(yè)對(duì)動(dòng)力鋰電池的高標(biāo)準(zhǔn)要求，將有助于整個(gè)兩輪車電池鋰電化、標(biāo)準(zhǔn)化，提升整個(gè)行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量水平。隨著智慧城市和數(shù)據(jù)城市的發(fā)展需要，對(duì)城市電力安全和出行安全提出了更高的要求。兩輪車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)規(guī)范化、集中化將是大勢(shì)所趨。充換電柜作為新的電力供應(yīng)模式，形成城市基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)提供給用戶將有效緩解用戶端用電安全，城市管理端供電安全問題。

參考文獻(xiàn)：

[1] 數(shù)據(jù)引用：京津冀消息通、《今年全國已發(fā)生電動(dòng)自行車火災(zāi)6462起》

[2] BMS：電池管理系統(tǒng)（BatteryManagementSystem）。關(guān)鍵作用是為了可以增強(qiáng)電池的利用效率，杜絕電池發(fā)生過多充電和過多放電，增加電池的使用壽命，監(jiān)管電池的狀態(tài)。通俗化的講，便是一套管理、操控、使用鋰電池組的操作系統(tǒng)。

作者簡介：徐少波，上海市松江區(qū)消防救援支隊(duì)副支隊(duì)長。