電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組火災(zāi)預(yù)防及對(duì)策

摘要：電動(dòng)汽車動(dòng)力電池作為新能源發(fā)展應(yīng)用重要組成，不僅在很大程度上節(jié)省傳統(tǒng)能源，同時(shí)減少尾氣排放，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。本文結(jié)合動(dòng)力電池組火災(zāi)為核心，詳細(xì)分析火災(zāi)特點(diǎn)，認(rèn)識(shí)到火災(zāi)屬性與類別，制定行之有效的預(yù)防策略，目的在于提高動(dòng)力電池組的安全性。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;動(dòng)力電池組;火災(zāi)預(yù)防;磷酸鐵鋰電池

電動(dòng)汽車是新能源研究的重要對(duì)象，也是生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的新方向。電動(dòng)汽車運(yùn)行主要?jiǎng)恿υ谟趧?dòng)力電池組。作為國(guó)家重點(diǎn)扶持項(xiàng)目，電動(dòng)汽車很大程度上改變了我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)。但是實(shí)際應(yīng)用中卻頻繁出現(xiàn)動(dòng)力電池組火災(zāi)現(xiàn)象，威脅到電動(dòng)汽車運(yùn)行安全，為大眾帶來安全風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)這種情況，必須加大對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組火災(zāi)研究力度，做好火災(zāi)預(yù)防工作，保障電動(dòng)汽車運(yùn)行安全。

一、電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組火災(zāi)特點(diǎn)分析

電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組火災(zāi)預(yù)防以及安全防護(hù)對(duì)策的完善，必須更深入、全面地了解電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組火災(zāi)特點(diǎn)，這樣才能保障安全防護(hù)對(duì)策的有效性。

（一）燃燒速度快、溫度高

電動(dòng)汽車動(dòng)力電池核心為鋰離子，實(shí)際使用中，溫度會(huì)對(duì)存儲(chǔ)性能、循環(huán)性能、使用壽命等造成影響，溫度過高或者過低，電池的使用容量、殘余容量、恢復(fù)容量都會(huì)發(fā)生變化。大倍率充電會(huì)產(chǎn)生過多熱量，破壞電池?zé)崞胶?，不能及時(shí)將化學(xué)反應(yīng)放出熱量迅速疏散，就會(huì)引發(fā)熱失控現(xiàn)象。一旦出現(xiàn)熱失控，電池起火，燃燒速度非常快，并伴隨大量易燃?xì)怏w，迅速升高燃燒溫度。2019年4月22日上海一小區(qū)地下車庫內(nèi)特斯拉突然自燃起火。事發(fā)當(dāng)?shù)卣块T、物業(yè)居委、消防部門，以及涉事車主和特斯拉方面在內(nèi)，進(jìn)行了非公開磋商，并給出了調(diào)查報(bào)告，認(rèn)定起火部位位于車輛底盤電池系統(tǒng)第15、16號(hào)模組處，起火原因?yàn)殡姵毓收掀鸹?。根?jù)電動(dòng)汽車火災(zāi)事件統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，過去8年中，國(guó)內(nèi)新能源車著火事件中與動(dòng)力電池相關(guān)案例為92例，占比高達(dá)86%，直指電動(dòng)汽車上化學(xué)性質(zhì)最活躍的鋰離子動(dòng)力電池。

鋰電池燃燒過程中會(huì)噴射易燃?xì)怏w，噴射距離≥6m，并迅速散射到周圍。電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組中鋰電池燃燒溫度>926℃，而普通汽油燃燒溫度為389℃，增加了消防難度[1]。鋰電池?zé)崾Э貭顟B(tài)中，SEI膜被迅速分解，鋰電池中的正極與負(fù)極、電解液等發(fā)生明顯氧化還原反應(yīng)，部分銅箔被融化，這期間的溫度甚至超出銅熔點(diǎn)≥1083℃。在這種條件下，化學(xué)反應(yīng)速度明顯加快。針對(duì)鋰電池中電芯燃燒試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，一旦出現(xiàn)明火，產(chǎn)生較大火焰到完全熄滅，間隔時(shí)間僅為7s，由此可見動(dòng)力電池組燃燒速度之快[2]。

（二）動(dòng)力電池組火災(zāi)伴隨中毒、爆炸、觸電風(fēng)險(xiǎn)

動(dòng)力電池組火災(zāi)一直困擾著電動(dòng)汽車的發(fā)展研究，結(jié)合對(duì)動(dòng)力電池組燃燒研究發(fā)現(xiàn)，其核心鋰離子比較活躍，若在空氣中暴露，與空氣中的氧氣產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，并釋放出大量熱量，溫度變化明顯，甚至出現(xiàn)燃燒或者爆炸。鋰電池應(yīng)用中如果出現(xiàn)燃燒現(xiàn)象，直接接觸到空氣氧氣，經(jīng)過氧化反應(yīng)產(chǎn)生甲苯、氟化氫、苯乙烯等有毒氣體，若長(zhǎng)期不散去，致使人體出現(xiàn)不同程度的中毒現(xiàn)象，這方面也為消防處理以及人員救助帶來很多不便[3]。電動(dòng)汽車運(yùn)行主要?jiǎng)恿Ρ闶莿?dòng)力電池組，電動(dòng)汽車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)運(yùn)行離不開直流電、交流電，這些電壓標(biāo)準(zhǔn)非常高，遠(yuǎn)超過人體接受范圍。一旦電動(dòng)汽車出現(xiàn)漏電或者其他電流現(xiàn)象，都會(huì)為駕駛?cè)藛T帶來生命威脅，加劇電動(dòng)汽車動(dòng)力電阻火災(zāi)現(xiàn)象[4]。

（三）動(dòng)力電池組火災(zāi)處理標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格

電動(dòng)汽車作為國(guó)家大力發(fā)展的新能源產(chǎn)業(yè)，電動(dòng)汽車安全問題一直備受關(guān)注。動(dòng)力電池組起火，傳統(tǒng)滅火技術(shù)不能滿足滅火要求，因此需創(chuàng)新滅火技術(shù)。但是新型滅火技術(shù)的應(yīng)用很多方面還不夠成熟，所以在電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組火災(zāi)處理中經(jīng)常出現(xiàn)各種意外。動(dòng)力電池組最顯著滅火關(guān)鍵便是絕緣剪，其特點(diǎn)為耐高壓。動(dòng)力電池組一旦出現(xiàn)火災(zāi)，鋰電池燃燒溫度迅速上升，短時(shí)間溫度以達(dá)到2000℃，常規(guī)滅火器具無法中斷鋰電池中的氧化還原反應(yīng)，最終錯(cuò)過最佳滅火時(shí)機(jī)[5]。2018年一起電動(dòng)汽車火災(zāi)中，消防部門接到消息迅速出動(dòng)，待明火消滅完畢，動(dòng)力電池組再次起火，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因?yàn)樾碌臏缁鸺夹g(shù)應(yīng)用不夠成熟，火災(zāi)撲滅不夠徹底，安全隱患發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，引發(fā)二次起火。

二、動(dòng)力電池火災(zāi)分類

動(dòng)力電池組的核心為鋰電池，根據(jù)GB/T4968-2008《火災(zāi)分類》對(duì)火災(zāi)進(jìn)行了明確分類。具體包括A、B、C、D、E、F六類。其中固體物質(zhì)火災(zāi)為A類;可熔化固體火災(zāi)或者液體火災(zāi)為B類;氣體火災(zāi)為C類;金屬火災(zāi)為D類;帶電火災(zāi)為E類;烹飪器具火災(zāi)，如烹飪油火災(zāi)為F類，提前明確火災(zāi)類型，這樣才能針對(duì)性地制定防護(hù)方案，科學(xué)開展撲救活動(dòng)。鋰電池火災(zāi)的主要原因在于熱失控，與化工反映熱失控相似，動(dòng)力電池組火災(zāi)中噴射高壓氣體，氣體攜帶顆粒具有易燃性，屬于噴射火屬性，歸為C類。就目前電動(dòng)汽車上使用最多的三元聚合物鋰電池和磷酸鐵鋰動(dòng)力電池來講，電池破裂導(dǎo)致可燃?xì)怏w迅速蔓延，接觸到空氣中的氧氣，形成可燃性預(yù)混氣體，同樣屬于火災(zāi)C類型[6]。

三、電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組火災(zāi)預(yù)防有效措施

（一）電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組火災(zāi)處理技術(shù)

1.滅火藥劑的應(yīng)用

結(jié)合電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組火災(zāi)特點(diǎn)研究，積極加大滅火藥劑研究力度。結(jié)合當(dāng)前滅火藥劑使用種類可以發(fā)現(xiàn)，主要包括干粉滅火劑、細(xì)水霧滅火劑、氫氟碳類滅火劑、惰性氣體滅火劑以及熱氣溶膠滅火劑等。在此基礎(chǔ)上還包括新型滅火劑，主要應(yīng)用于特殊火災(zāi)場(chǎng)所。因?yàn)樾滦突馂?zāi)滅火劑很多方面還需要進(jìn)一步研究，所以滅火效果會(huì)出現(xiàn)明顯差異，并沒有全面性推廣使用，最具代表的新型滅火劑為Noveecl1230[7]。電動(dòng)汽車屬于新能源發(fā)展代表，相對(duì)其他產(chǎn)業(yè)還處于探索階段，動(dòng)力電池組火災(zāi)方面處理經(jīng)驗(yàn)不足，缺乏針對(duì)性的滅火計(jì)劃與具體的滅火劑類型。加上這方面的滅火標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范性指導(dǎo)文件較少，所以阻礙了滅火劑研究步伐。

動(dòng)力電池組出現(xiàn)火災(zāi)，第一選擇是就近滅火，滅火器是常用選擇。但是動(dòng)力電池組火災(zāi)屬性特殊，必須考慮到周圍環(huán)境因素以及火災(zāi)中會(huì)產(chǎn)生的噴射物，還要綜合滅火效果等，如此科學(xué)選擇滅火劑[8]。動(dòng)力電池組火災(zāi)必須明確起火原因，不能使用氣體滅火劑，如果火災(zāi)環(huán)境開闊，會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成損傷。滅火劑的研究，還要考慮到動(dòng)力電池組燃燒強(qiáng)度變化，以惰性較大類型的滅火劑最佳。

2.明確動(dòng)力電池組滅火原則

動(dòng)力電池組滅火原則指導(dǎo)滅火工作的開展。動(dòng)力電池組火災(zāi)情況特殊，但是主要原因均為熱量增加導(dǎo)致，熱失控導(dǎo)致鋰電池破裂，與周圍氧氣發(fā)生劇烈氧化反應(yīng)后出現(xiàn)火災(zāi)。在滅火過程中，明火撲滅后還要全方面檢查，因?yàn)闊崾Э胤磻?yīng)還在繼續(xù)，動(dòng)力電池組極有可能發(fā)生復(fù)燃。針對(duì)動(dòng)力電池組火災(zāi)處理，具體原則總結(jié)如下：

（1）明火迅速撲滅，抑制火災(zāi)蔓延速度;

（2）控制動(dòng)力電池組熱失控反應(yīng)速度，將動(dòng)力電池組資源消耗速度減緩，釋放正常反應(yīng)速率與熱量;

（3）采取有效措施將動(dòng)力電池組外部溫度降低，持續(xù)性向動(dòng)力電池組外部噴水，控制熱失控反應(yīng)，為滅火營(yíng)造更多機(jī)會(huì)與時(shí)間。

3.動(dòng)力電池組滅火策略

動(dòng)力電池組滅火策略的制定，綜合動(dòng)力電池組火災(zāi)特點(diǎn)，加大對(duì)火災(zāi)特點(diǎn)的研究，歸納為主動(dòng)式噴射火、被動(dòng)式預(yù)混氣體火。兩者雖然在起火形式上存在差別，但是滅火措施相同。綜合動(dòng)力電池組起火特點(diǎn)，一旦發(fā)生火災(zāi)，最強(qiáng)狀態(tài)為起火初期，氣壓迅速升高，起火打破臨界點(diǎn)，因?yàn)橹車鷮儆诿荛]空間，所以存在爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)“預(yù)先抑制-早期噴放”原則，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組狀態(tài)，及時(shí)對(duì)動(dòng)力電池組熱失控進(jìn)行檢查，如電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組散發(fā)異常氣味或者出現(xiàn)煙霧等，根據(jù)GB7258-2017《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》《電動(dòng)客車安全技術(shù)條件》的規(guī)定第一時(shí)間報(bào)警，及時(shí)噴射滅火劑，調(diào)整周圍環(huán)境的惰性，降低明火出現(xiàn)概率。若動(dòng)力電池組起火處于開放環(huán)境，那么必須采取降溫性滅火劑降溫，及時(shí)分離起火電池，可以采取沙子覆蓋的方式，以此達(dá)到抑制動(dòng)力電池組起火范圍的目的。

（二）動(dòng)力電池組火災(zāi)救援注意事項(xiàng)

動(dòng)力電池組一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢(shì)蔓延迅速，如果不能及時(shí)撲救，會(huì)造成極大損失。動(dòng)力電池組火災(zāi)救援主要包括警戒、防護(hù)、斷電等注意事項(xiàng)。針對(duì)動(dòng)力電池組火災(zāi)情況，及時(shí)調(diào)整車輛檔位，利用緊急制動(dòng)器以及固定裝置及時(shí)固定車輛，避免火災(zāi)處理中出現(xiàn)車輛滑動(dòng)。做好車輛氣體檢測(cè)，了解周圍環(huán)境氣體后制定防護(hù)方案。消防人員必須穿戴專業(yè)呼吸防護(hù)服，并做好防觸電處理。進(jìn)入滅火現(xiàn)場(chǎng)之前再次檢查防護(hù)用品與滅火設(shè)備。提高對(duì)防觸電的重視，及時(shí)將電動(dòng)車輛斷電，否則不允許進(jìn)行破拆。專業(yè)手段滅火后，及時(shí)切斷電源控制線與保險(xiǎn)絲，屏蔽車輛鑰匙，時(shí)刻保持警戒狀態(tài)，反復(fù)檢查后拆除動(dòng)力電池組。

四、結(jié)語

綜上所述，電動(dòng)汽車為新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來更多機(jī)會(huì)，我國(guó)對(duì)電動(dòng)汽車研究生產(chǎn)非常重視。動(dòng)力電池組火災(zāi)的預(yù)防與處理是改善電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組不足，優(yōu)化升級(jí)的重要前提。制定完善的動(dòng)力電池組火災(zāi)預(yù)防方案，綜合火災(zāi)處理注意事項(xiàng)，保障電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣祥林.電動(dòng)車火災(zāi)現(xiàn)存問題分析與對(duì)策研究[J].今日消防，2019，4（10）：52-53.

[2]姬留新，彭雨婷，夏德行.電動(dòng)汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)熱失控預(yù)防措施研究[J].汽車世界，2019，000（020）：27-28.

[3]張少禹，董海斌，李毅，等.一種電動(dòng)汽車鋰離子動(dòng)力電池箱滅火機(jī)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方法，CN109045517A[P].2018.

[4]曹王欣，劉東梅，馬洋洋，等.探析電動(dòng)汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)發(fā)展瓶頸與對(duì)策[J].南方農(nóng)機(jī)，2019，50（09）：113.

[5]賴沛清.電動(dòng)汽車動(dòng)力電池應(yīng)用的安全性提升策略研究[J].低碳世界，2020，010（004）：52，54.

[6]付晉，雍艾華，黃勇.電動(dòng)汽車鋰電池滅火技術(shù)研究[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2020，039（003）：374-377.

[7]龔益民，劉軍良，高俊偉.電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組滅火裝置的設(shè)計(jì)與研究[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2018.

[8]劉木林，卜凡濤，林輝，等.電動(dòng)汽車動(dòng)力電池?zé)崾Э剡^程分析及預(yù)警機(jī)制設(shè)計(jì)[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2020（5）：15-17.

作者簡(jiǎn)介：尹揚(yáng)?。?986-），男，漢族，安徽馬鞍山人，研究生學(xué)歷，一級(jí)指揮員，研究方向：火災(zāi)事故調(diào)查。