電動自行車充換電柜運用探析

摘要：近年來，電動自行車因其便捷、經濟、環保等優勢，逐漸替代摩托車、自行車成為城鄉居民的主要出行工具之一。當前，我國電動自行車保有量已接近3億。電動車充電難，及充電引發的火災隱患一直是城市管理的重點難題。自2012年充電樁的出現，經歷了投幣-掃碼，集中式-分布式迭代后，基本解決小區充電問題。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勢應運而生，將逐步普及并成為城市電動化出行更經濟、更科學的解決方案。

關鍵詞：城市電動出行;充換電柜;安全;智能;解決方案

一、電動車存量

據中國自行車協會統計，近年來，我國電動自行車年銷量超過3000萬輛，社會保有量接近3億輛，千元以上自行車產量持續增長。

在2019年新國標落地前我國電動自行車行業整體進入了一個瓶頸期，2014年行業產銷量首次出現了下降，隨后連續兩年持續減少，2018年出現小幅回暖，產量為3278萬輛，銷量為3089萬輛。隨著2019年新國標的落地，在給行業帶來變革的同時，激發了電動自行車的替代需求，2019年電動自行車產銷量持續回暖，并于2020年真正意義上大幅增長，產量達到5100萬輛，銷量達4760萬輛，均突破了歷史最高值。

二、電動車消防安全事故

1、電動車消防事故層出不窮

隨著電動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。

據統計，2020年以來，全國發生電動自行車火災事故6462起[1]。

從火災場所看，居民住宅、自建房和沿街門店是電動自行車火災高發場所;

從起火原因看，電氣故障和自燃是造成電動自行車火災的主要原因，分別占電動車火災總數的62.1%和23.5%;

從發生月份看，電動自行車火災隨氣溫升高呈逐月上升的趨勢明顯，6月份1215起，比1月份增幅高達56%。

2、事故原因

過充電、電池故障、電氣線路短路是導致電動車電氣火災的根本原因。

電動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。而電動自行車一旦起火，危害極大。因此，消防部門建議，消費者在購買電動自行車時應盡量選擇大品牌正規廠商生產的合格產品，使用相匹配的充電器及電池，定期保養，不擅自改裝，嚴禁把電動自行車停放在樓道、安全通道、安全出口等處，氣溫高時不要長時間連續使用電動自行車。

3、典型案例

（1）杭州電動車行駛中起火。2019年，某地一輛正常行駛的電動自行車突然爆炸起火，車上的父女二人被嚴重燒傷。屬地消防通報：經過調查組現場對事故電動車殘骸的調查取證，初步判斷，電動車起火事故起火原因與電動車的鋰電池故障有關。

（2）成都電梯起火。2019年，某地一小區電梯內發生了電動自行車燃燒事故。一男子推著電動自行車進入電梯，電動車突然冒起濃煙，隨后起火燃燒。對于火災的原因，職能部門表示，不排除是由于電池老化而出現電池故障和電機線路短路故障。

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

4、問題識別

（1）充電方式不安全

對于沒有配套充電樁的老舊小區，或者充電樁數量少、服務能力不足的新小區，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，故而導致火災事故時有發生。

（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，不能很好的檢測充電數據及電池數據。當前較為普遍的做法是提供標準充電電流及電壓曲線（如下圖）用于監測充電過程的穩定性，然而由于市面上充電器及電池規格參差不齊，也很難做到精確匹配，故而造成電池充不滿、過充等現象時有發生。即保護措施不在電池端，很難做到BMS級[2]的安全防護。

（3）私自改裝

3.1私自改裝

部分電動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。尤其面向配送行業的外賣騎手，車輛改裝幾乎是家常便飯。對車輛的改裝屬于違法行為且一旦車行的改裝操作不規范或設備不匹配都將面臨電池異常使用起火的風險。

3.2來源不明的電池

當前電動車動力電池行業魚龍混雜，尤其在電動車鋰電化的進程中，不同規格各來源的電池層出不窮，很難做到有效監管。部分用戶圖便宜而采購來源不明的風險電池，也是造成電動車起火的主要原因之一。

3.3集中充電風險更大

車輛集中充電風險更大，小區內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查數據顯示：有75%的電動自行車火災，是在充電時發生的。

從以往電瓶車起火案例中我們發現，電瓶車起火多半發生在半夜或者凌晨時分。充電時間通常控制在8-10小時，不宜超過12個小時，而一整晚的充電時間則遠遠超過了12個小時，蓄電池過充電會使正極板提前損壞，導致電池鼓脹會發生起火事件。而某一臺車輛失火就可能殃及整個停車場，一旦出事，造成的損失將不可估量。

3.4充電隱患無法監控

當下電動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，而前兩者因為設備分散、老舊設備眾多、缺乏聯網能力、運營商數據獨立等因素很難實現消防數據并網，給消防管理帶來極大挑戰。

針對充電難，充電安全問題，電動車充換電柜方案應運而生，多方面解決用戶用電問題，有望將用電服務能力提升為市政基礎設施解決方案。

三、集中充換電的優勢

1、絕對集中

目前緩解充電難充電安全的方案是小區內安裝充電樁。但充電樁并沒有減少供電口的數量，反而是增加了隱患面積。是把風險從樓上轉移到樓下，加上充電樁的充電口沒有設置獨立消防設置，一旦某車失火，就會導致整個區域遭殃。

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

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

采用充換電柜形式可節約場地面積

充換電柜安裝區域獨立且自帶消防系統，可極大降低次生災害。

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

2、以充代換優點

（1）相對充電樁，布點門檻低，可實現全城分布，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間，拒絕半路斷電推車。

（3）電池規格、標準統一

充換電模式可實現動力電池規格、標準統一。尤其針對B端配送騎手，可通過換電運營商與配送站點合作，統一配置換電電池，統一管理。亦省去騎手買電池、充電煩惱。

3、充換電柜的優點

（1）安全可控：充電器一致，安全可控

（2）傳感器保障安全，單格口防護避免二次傷害

電柜整體一般會配置溫度傳感器、濕度傳感器、煙霧傳感器、水浸傳感器等實時感知電柜運行情況。可及時預防隱患，降低風險。

（3）更高的消防安全等級

模塊化充換電柜，可以設計更智能、更標準、更高級別消防系統。

（4）更好的電池保護

（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

4、產業鏈監控

杜絕山寨電池，使用具備Iot通訊能力的電池，過程有據可查，杜絕風險電池。

全流程管控：

（1）上游：電池企業/電芯篩選、pack生產、測試驗證

（2）中游：換電運營：產品標準及定義、運營監控

（3）下游：用戶接入、充換電設備維護

由運營單位或代理門店負責用戶接入，專業的團隊處理設備運維工作，保障服務和設備運營安全

（4）梯次利用：拒絕污染

電池的生產、運營、回收處理由專業公司統一規劃處理，用戶無需參與。

5、車電分離的優點

（1）車和電池分離，隔離風險，降低損失

全國各地消防部門提供的調查數據顯示：有75%的電動自行車火災，是在充電時發生的。車電分離后在充電環節將風險隔離。車+電分開，減少損失。

（2）電池取消通用充電接口，徹底規避電池入戶

像新能源車充電樁一樣形成基礎設施供電能力，取消220V充電接口，保障電池遠離住宅。

（3）電池聯網，數據打通，政府可以進行安全監管，有很好的社會效益。

（4）用戶選擇更自由，降低購車成本

用戶可選擇單獨購買車架，再接入充換電服務。單次購車投入可節省1200～2500元不等，電池產品設計生產更集中更規范，品質有保障。

四、結語

電動自行車充換電行業對動力鋰電池的高標準要求，將有助于整個兩輪車電池鋰電化、標準化，提升整個行業產品質量水平。隨著智慧城市和數據城市的發展需要，對城市電力安全和出行安全提出了更高的要求。兩輪車動力電池產業規范化、集中化將是大勢所趨。充換電柜作為新的電力供應模式，形成城市基礎設施服務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：

[1] 數據引用：京津冀消息通、《今年全國已發生電動自行車火災6462起》

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

作者簡介：徐少波，上海市松江區消防救援支隊副支隊長。