加油站设置电动汽车换电站的消防设计探讨

袁焱华

（1.应急管理部上海消防研究所；2.上海倍安实业有限公司）

1 引言

新能源电动汽车电池更换站（简称电池更换站，也叫换电站），英文名称battery-swap station，是采用电池更换模式为电动汽车提供电能的场所，电池更换站内可包括充电设备、电池箱更换设备、电池箱存储设备、电池箱转运设备、车辆导引系统、电池检测与维护设备、监控室、配电室、安全防护设施、行车道、停车位、营业室以及其他辅助设施。按功能划分，电池更换站分为A类和B类，A类电池更换站是同时具备为电池箱充电的能力和为电动汽车用户进行电池箱更换的能力。B类电池更换站是具备为电动汽车用户提供电池箱更换能力，电池箱在电池配送中心完成充电。

目前，多品牌新能源车型共享换电服务已在换电实践中成为事实。据调研，某品牌换电站每车换电30s左右全程仅需1.5min，有效解决新能源汽车充电装置充电慢、低温气候充电难、用户里程焦虑、电池寿命短以及安全隐患等问题。现场调研某换电站面积约100㎡，整体为钢结构，内有岩棉防火材料。一般容纳60块电池的仓位。电池充电时间平均1.5h左右，充满后自动切断充电电源。电池为密封式磷酸铁锂电池，额定能量50kW·h，容量131Ah，标称电压384V。单体电压3V～4V。电池充电电流65A，充电机380V三相充电。换电站可实现无人值守，驾驶员自助操作完成换电，换电站外观见图1。

图1 换电站外观图

依据《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156-2012（2014年版）3.0.2加油加气站可与电动汽车充电设施联合建站。其条文解释为，电动汽车是国家政策大力推广的新能源汽车，利用加油站、加气站网点建电动汽车充电设施（包括电池更换设施）是一种便捷的方式[1]。参考国外经验，本条规定加油站、加气站可与电动汽车充电设施联合建站。本文主要探讨加油站建设换电站的防火安全问题。

2 防火间距

《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156-2012（2014年版）5.0.7电动汽车充电设施应布置在辅助服务区内。根据国外经验，利用加油站网点建电动汽车充电或更换电池设施是一种简便易行的形式。电动汽车充电或电池更换设备一般没有防爆性能，所以要求“电动汽车充电设施应布置在辅助服务区内”。辅助服务区为加油加气站用地红线范围内加油加气作业区以外的区域。加油加气作业区为加油加气站内布置油（气）卸车设施、储油（储气）设施、加油机、加气机、加（卸）气柱、通气管（放散管）、可燃液体罐车卸车停车位、车载储气瓶组拖车停车位、LPG（LNG）泵、CNG（LPG）压缩机等设备的区域。该区域的边界线为设备爆炸危险区域边界线加3m，对柴油设备为设备外援加3m。按以上规范条文要求，换电站应设置在加油站辅助服务区。

按照《电动汽车电池更换站设计规范》GB/T51077-2015规定，换电站的火灾危险性为丁戊类，耐火等级二级[2]。对照《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156-2012规范中的丙、丁、戊类厂房或库房与加油机、通气管管口距离不小于15m。但是考虑加油站火灾危险性太大，建议增加防火防爆墙将加油站和换电站进行物理分隔，且防火墙应高出换电站1m。对于占地面积较小的加油站，设置换电站无法满足防火间距要求时，可以建设B类电池更换站，即只换电池，换下的电池运输至电池配送中心进行集中充电养护，降低换电站的火灾风险[1]。

3 耐火等级

换电站的火灾危险性为丁戊类，耐火等级二级。围护结构的燃烧性能应为不燃材料，室内装修材料也应采用不燃材料和难燃材料。换电站内的电气线路应采用阻燃或耐火电线电缆，电线电缆穿越墙体、进出配电箱处应进行防火封堵。

4 平面布置

换电站应该设置在加油站全年最小频率风向的下风侧，防止加油站的油气进入换电站区域。换电站内电池充电间通风换气装置应安装在远离加油站的一侧，防止静电进入加油站工作区域，因为静电是加油站最大的危险源之一。另外，换电站内所有电气设备应当做好接地，消除静电。

5 防爆要求

《电动汽车电池更换站通用技术要求》（GB/T 29772-2013）6.3条规定，电池更换站的选址应符合防火安全的要求，不应设在有爆炸危险环境场所的正上方或正下方，远离易燃、易爆等危险源[3]。《电动汽车电池更换站设计规范》（GB/T 51077-2015）3.0.4条规定，电池更换站的站址不宜选在下列场所：第2款，有潜在火灾或爆炸危险的地方，当与有爆炸危险的建筑物毗邻时，应满足现行国家标准《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB 50058的有关要求。

5.1 爆炸危险区域的等级定义

爆炸危险区域的等级定义应符合现行国家家标准《爆炸和火灾危险火灾电力装置设计规范》（GB50058-92）的规定。

①0区：连续出现或长期出现爆炸性气体混合物的环境。②1区：在正常运行时可能出现爆炸性气体混合物的环境。③2区：在正常运行时不可能出现爆炸性气体混合物的环境，即使出现也仅是短时存在爆炸性气体混合物的环境。汽油和液化石油设施的爆炸危险区域内地坪以下的坑或沟应划分为1区。

5.2 加油站站内爆炸危险区域的划分

①加油机壳体内部空间划分为1区；

②以加油机中心线为中心线，以半径为4.5m的地面区域为底面和以加油机顶部以上0.15m半径为3m的平面为顶面的圆台形空间划分2区。

油罐车卸汽油时爆炸危险区域划分应符合下列规定：①油罐车内部的油品表面以上空间划分为0区；②以通气口为中心半径，半径为1.5m的球形空间和以密闭和油口为中心，半径为0.5m的球形空间划分为1区；③以通气口为中心，半径为3m的球形并延至地面的空间和以密闭卸油口为中心，半径为1.5m的球形并延至地面的空间划分为2区。

埋地卧式汽油储罐爆炸危险区域划分应符合下列要求：①罐内部油品表面以上的空间划分为0区；②人孔（阀）井内部空间、以通气管管口为中心，半径为1.5m（0.75m）的球形空间和以密闭卸油口为中心，半径为0.5m的球形空间划分为1区；③距人孔（阀）井外边缘1.5m以内，自地面算起1m高的圆柱形空间、以通气管管口为中心，半径为3m(2m)的球形空间和以密闭卸油口为中心，半径为1.5m的球形并延至地面的空间划分为2区。

换电站建设在加油站辅助区域，属于非爆炸危险区域，换电站无需进行防爆设计。但仍然建议换电站内设备设计为无火花型电气设备。

6 消防设施

由于换电站是新能源领域新产品，没有国家强制标准进行消防设施设计安装。根据现场调研，换电站内电池充电间一般安装感烟探测器，电池充电架每层电池安装感温光纤火灾探测器，火灾自动报警后联动切断充电电源。同时针对电池充电管理，安装电池监控管理系统，有效监控电池的温度和充电状态。发现电池异常时，设置有电池一键取出按钮，将问题电池快速取出并放置于室外消防桶进行隔离处置。另外，换电站内配电箱应安装电气火灾监控系统，报警信号也要传输到值班室。

电池充电间内设置温控自动换气风机和空调，保持充电间内的温度恒定，防止电气设备温度过高引发火灾。

按规范要求，有些加油站可不设计消防给水系统。增建换电站后，换电站火灾危险性参照丁戊类厂房要求，按火灾延续时间2h计算消防用水量，应当增加消防给水系统设计。

换电站设置干粉、二氧化碳和水基型灭火器，配置消防水枪水带。可参照《预制舱式磷酸铁锂电池储能电站消防技术规范》T/CEC373-2020设置气体灭火系统，由感烟（温）探测器报警，确认火灾后自动联动启动七氟丙烷气体喷放灭火。气体灭火虽然无法扑灭电池内部深位火灾，但能扑灭电池的第一次明火火灾，给一键取出电池操作提供时间保障。具体设计要求按照《气体灭火系统设计规范》GB50370，而且七氟丙烷气体灭火喷放后无残留物质，不会对电池和其他电气设施产生污染，也可以无人值守、远程监控，不会增加人力成本的投资。同时也可以深化设计，结合现行规范，增加感温电缆的报警信号，作为第一点触发报警信号，启动声光报警器，由点式感烟（温）探测器作为第二点触发报警信号，联动启动七氟丙烷气体灭火装置喷放灭火气体。

7 管理方面

换电站作为新能源汽车充电装置，目前没有作为建筑物或者构筑物的定性，也没有明确的消防专业设计防火规范进行防火设计，只能结合已有消防规范和类似建筑的相关规范，同时更需要加强自身消防安全管理。首先，应开展换电站消防安全评估。因为换电站目前没有明确的消防规范标准进行设计，消防设施安装和管理只能参照其他相关规范要求，因此建议进行第三方安全评估，并邀请行业专家进行消防安全论证，提供更多、更专业、更全面的防火设计和管理经验。其次，运营过程中，要制定消防安全检查制度，对员工进行消防教育培训。最后，还要制定灭火工作预案，作为消防安全重点部位，定期开展预案演练。

8 结语

相较于新能源汽车充电装置，换电模式对于电池安全管控更有利，可以高效解决电池安全、延长电池寿命、降低新能源汽车整车成本、合理使用电力能源与土地资源等产业难题。同时，将电池集中充电，相对于单台车辆充电，更有利于电池的安全管理，防止电动汽车充电火灾的发生。换电模式正在成为解决环境污染和温室效应的一个重要方案，国家正在大力推广发展新能源汽车换电模式。鉴于目前换电站设计没有强制性的国家规范标准，急需有关部门制定电动汽车换电站的消防安全标准。目前按照已有规范，对加油站建设换电站，应当与加油设施保持足够的防火间距，参照相关专业防火设计规范设置消防设施，补强室外消防给水设施，设置感温电缆、感温光纤等早期火灾预警系统，有条件设置七氟丙烷气体灭火系统。加强设施投入使用后的消防安全管理，特别是消防培训和灭火演练工作，保障换电站和加油站安全稳定运行。