提升新能源電動汽車火災救援能力的研究

■ 張家瑜 西藏自治區(qū)日喀則市崗巴縣消防救援大隊

隨著科學技術的飛速發(fā)展和新能源技術應用范圍的擴大，我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)取得了快速發(fā)展，新能源汽車的種類和數(shù)量也不斷增多。2020年新能源電動汽車保有量492萬輛（其中，純電動汽車400萬輛），近五年復合增長率約63.6%，新能源電動汽車為消費者帶來高質(zhì)量生活的同時，也帶來了一些新的安全風險，其中新能源電動汽車火災事故備受社會關注。2021年7月國家市場監(jiān)督管理總局缺陷產(chǎn)品管理中心公布了上半年召回的汽車數(shù)據(jù)，據(jù)數(shù)據(jù)分析，2021年上半年我國共召回有缺陷的汽車430萬輛，其中新能源缺陷汽車128萬輛，占新能源汽車保有量的22.13%，這比前兩年召回的新能源汽車多出數(shù)十倍。本次召回范圍內(nèi)的新能源車輛中，大部分車輛動力電池系統(tǒng)存在一定的安全風險，而動力電池在電失控中有最大的占比，這是新能源電動汽車著火的主要原因，尤其在夏季，新能源汽車著火的概率比傳統(tǒng)汽車大很多。據(jù)不完全統(tǒng)計，2021年下半年，國內(nèi)共發(fā)生新能源汽車火災事故30余起，其中包括了靜置自燃、充電自燃、行駛中自燃。為了成功處置新能源電動汽車火災事故，筆者認為，要了解掌握新能源電動汽車的主要構造，分析起火原因和火災特點，復盤研究新能源電動汽車火災的滅火戰(zhàn)術，才能根據(jù)現(xiàn)場實際情況制定科學合理的滅火方案。

一、新能源電動汽車的主要構造

（一）新能源汽車主要結構

新能源電動汽車內(nèi)部結構主要由電力驅(qū)動系統(tǒng)、能源系統(tǒng)和輔助工作系統(tǒng)等組成，在實際運行過程中，需要將各種系統(tǒng)結合起來，以保證電動汽車的穩(wěn)定運行。

動力驅(qū)動系統(tǒng)分為驅(qū)動控制器、驅(qū)動電機、輪子和機械傳動裝置，其能將蓄電池中的電能轉(zhuǎn)化為輪子的動能，還能將車輛減速、制動時輪子的動能轉(zhuǎn)化為電能，進而回饋到動力電池中以實現(xiàn)車輛的制動能量回收[1]。汽車能源系統(tǒng)主要是控制充電機向電池充電，提供驅(qū)動電能，監(jiān)測電源情況等，主要分為電池組、電池充電機和管理系統(tǒng)。輔助工作系統(tǒng)是提高電動汽車的操控性和舒適性，主要包括動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、導航系統(tǒng)、輔助動力源、照明設備、空調(diào)、汽車雨刮器、除霜裝置和收音機等。

（二）電動汽車與傳統(tǒng)燃油汽車在結構上的區(qū)別

動力系統(tǒng)和能量供應系統(tǒng)是電動汽車與燃油汽車在結構上的最大區(qū)別，電動汽車采用控制器、電動機、蓄電池及相關設備替代了燃油汽車的油箱和內(nèi)燃機。

我們都知道，電動汽車沒有發(fā)動機，它是用電動機代替了燃油發(fā)動機，用控制器控制電機驅(qū)動車輛運行。所以電動汽車不需要傳統(tǒng)燃油汽車上與燃油發(fā)動機相關的零部件，比如火花塞、變速器、燃油供給裝置、油箱、進氣管、排氣管、三元催化轉(zhuǎn)化器以及消聲器等零件，甚至連燃油汽車車頭上的進氣格柵都不需要。而電動汽車上配置的電氣零件主要有蓄電池、電動機、控制器等。

通過對比發(fā)現(xiàn)，電動汽車與燃油汽車在外觀上區(qū)別不大（除排氣管外），但電動汽車內(nèi)部構造相對簡單，各種零部件也比燃油汽車少得多，并且電動汽車維護保養(yǎng)起來比較方便。

（三）新能源電動汽車電池的主要結構

目前市場上常見的新能源電池有磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池、鈷酸鋰電池和錳酸鋰電池等，磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池市場占比最多。鋰離子電池由外殼、正電極、負電極、電解液和隔膜5個部分組成。鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰可作為正電極材料；軟碳、石墨、硬碳可以作為負電極材料；電解液是含有鋰鹽LiPF6、LiAsF6 等鋰化合物的有機液體；溶劑是一種合成的液體，里面含有二乙烯碳酸酯、二甲基碳酸酯、碳酸丙烯酯、甲乙基碳酸酯等化學成分；隔膜材料一般為 PP或PE[2]。磷酸鐵鋰電池在市場占比多是因為它的熱穩(wěn)定性更好，所以消防人員應該多研究磷酸鐵鋰電池，以便能更好地進行援救。

二、新能源電動汽車起火原因分析

新能源電動汽車起火事故主要包括正常行駛中自燃、充電自燃、靜置自燃、碰撞自燃以及水浸（極端環(huán)境）自燃[3]。電氣故障和自燃是造成電動汽車火災的主要原因，而過充、電池單體故障、電氣線路短路是導致火災的根本原因[4]。具體原因如下：

第一，電路短路。汽車局部電阻過大產(chǎn)生大量熱能，熱能在達到一定溫度時會使導線接點發(fā)熱引起可燃材料起火。此外，當電池遇到外部強大的沖擊力時，鋰電池的結構會發(fā)生變化，正負極片在強大的撞擊力下直接接觸，也會導致電池短路，從而引起車輛起火。第二，電路漏電。電動汽車內(nèi)附加的各種電子設備增加了車輛電路的負荷，有可能導致電路故障從而引起自燃。第三，電池質(zhì)量問題。隨著電池大規(guī)模使用和單位面積功率密度的增加，電池的數(shù)量和質(zhì)量也在增加，發(fā)生火災的可能性也會增加。第四，電池過熱。鋰電池在加熱的情況下電解質(zhì)會發(fā)生分解生成氣體，導致電池鼓包，當電池外部的包裝材料過壓時，電池會爆炸引發(fā)火災。此外，車內(nèi)的高溫部件也有可能引燃車內(nèi)的可燃物[5]，從而導致電動汽車發(fā)生火災。第五，電池過充。鋰電池在充滿電的情況下繼續(xù)充電會使得正極材料中的鋰元素缺失過度，導致正極材料的熱穩(wěn)定性失效，發(fā)生反應，同時鋰電池中的電解液也會在正極材料表面發(fā)生氧化，產(chǎn)生氣體和大量熱，導致包裹電池的外部材料過壓爆炸引發(fā)火災。一般正規(guī)的電池生產(chǎn)廠家在電池中會添加一個過流保護線路，在電池達到滿電狀態(tài)時自動切斷電流的回路，防止過充情況的發(fā)生。

三、新能源電動汽車火災的特點

新能源電動汽車在長時間行駛或不規(guī)范充電、撞擊等不同情況下都會造成電池損壞，增加了火災的可能性。新能源汽車火災主要有以下特點：

第一，新能源電動汽車火災突發(fā)性強，火勢蔓延迅速，燃燒溫度高，甚至可以達到1000℃。第二，新能源電動車的潛在火災風險很大，如果出現(xiàn)火災，燃燒過程中會排放有毒氣體，也會存在爆炸的風險[6]。特別是鋰離子電池起火時，會迅速產(chǎn)生大量的白煙以及有毒氣體，給救援人員帶來中毒的風險。當鋰離子電池達到熱放電狀態(tài)時，分解出的可燃氣體與周圍的空氣混合，會形成一種爆炸性的氣體混合物，與鋰電池燃燒時釋放的熱量相遇，在局部空間就會發(fā)生爆燃，這也增加了救援的危險性。第三，新能源電動汽車火災對滅火技術要求很高。首先，鋰離子電池在撲救過程中存在復燃風險，會增加滅火救援的難度。其次，鋰離子電池熱失控后，會持續(xù)放熱并放出可燃氣體，常規(guī)的滅火藥劑滅火效果不夠理想且難以直接作用在火災點上，因此，會使救援時間延長。即使表面的明火被撲滅，因為鋰離子電池內(nèi)部的放熱反應仍在繼續(xù)，所以鋰離子電池重復起火的可能性很大。

四、新能源電動汽車火災的滅火戰(zhàn)術

（一）接警調(diào)度

如果電動車起火，趕到現(xiàn)場的民警和救援人員應向知情者了解起火電動車的品牌和型號。同時，救援人員要立即從新能源汽車數(shù)據(jù)庫中查找該車的“救援指南”和維修手冊、電池的容量和類型、電動車高壓線的分布情況以及最高電壓，或者與廠家或最近的經(jīng)銷商聯(lián)系進一步詳細了解車輛的相關情況。

（二）警戒偵查、切斷電源

當新能源電動汽車發(fā)生火災時，救援人員首先要疏散人員，迅速偵查火情，了解著火部位，確定車輛內(nèi)被困人員，掌握車輛的電池容量和種類，同時指揮員應根據(jù)現(xiàn)場實際情況，科學合理地進行戰(zhàn)斗部署。如果火災處于初發(fā)階段，且救援現(xiàn)場符合斷電的條件，應果斷切斷電源，并且將車鑰匙放在距離車輛10米外的信號屏蔽袋。

（三）科學安全處置

1.戰(zhàn)術原則

滅火作戰(zhàn)的指導思想是“救人第一、科學施救”。當有人員被困時，應優(yōu)先考慮救人的措施。當現(xiàn)場有重大危險隱患時，首選能夠降低消除重大隱患的技戰(zhàn)術措施。具體措施應根據(jù)每個現(xiàn)場的不同情況，由指揮員在戰(zhàn)術原則下，現(xiàn)場科學決策。

2.滅火劑的選擇

鋰離子電池火災具有突發(fā)性強、火勢蔓延迅速、溫度高等特點，因此很難有效、快速地進行滅火。國外的研究表明，大量的水可成功有效地撲滅鋰離子電池火災，尤其是在水中添加特定滅火藥劑后，可以降低耗水量，縮短滅火時間，從而提高救火效率。國外的專家研究認為，阻止鋰離子電池火災蔓延的關鍵因素是滅火藥劑降溫能力的大小，經(jīng)研究表明，抑制鋰離子電池火災效果最佳的是水基型滅火劑。中國科學技術大學通過研究發(fā)現(xiàn)七氟丙烷的滅火效果也很好。因此將滅火效果與降溫效果都較好的滅火劑相結合，通過間歇噴射滅火劑的方式進行高效滅火降溫，那么鋰電池火災將會得到很好的控制。

（四）保持不間斷供水

滅鋰電池火災不是不用水，而是要用更多的水。通過分析各種新能源電動汽車火災案例得知，救援中要中斷鋰電池的“熱失控”，需要用水來降低燃燒車輛的溫度，因此救援過程中用水量往往比一般燃油車輛火災用水量更大，同時，對供水的保障要求更高。指揮員可根據(jù)現(xiàn)場水源分布情況，選擇天然水源、市政消火栓或直接選擇大功率水罐車供水。如果新能源電動汽車火災發(fā)生在高速路、郊區(qū)等周邊沒有水源區(qū)域時，可以采取運水供水的方式，這也是建議出警時首次調(diào)派不少于兩輛水罐車的原因之一。此外，如果動力電池在火災中發(fā)生損壞、扭曲、彎曲等情況，電池組一定會釋放大量的有毒氣體，這就需要現(xiàn)場救援人員用大量水來稀釋釋放的有毒氣體。

（五）加強冷卻監(jiān)控

特斯拉是著名的電動車品牌，其應急手冊指出，鋰電池起火需要24小時才能完全熄滅，持續(xù)冒煙表明電池仍然在發(fā)熱。鋰離子電池極易復燃，因此監(jiān)測應持續(xù)到電池停止冒煙后至少一個小時?，F(xiàn)場的安全員一定要利用測溫儀、熱像儀等測溫裝備對電池溫度進行不間斷的監(jiān)測，如果發(fā)現(xiàn)鋰離子電池冒出大量的白煙，內(nèi)部溫度迅速上升，應立即通知救援人員停止消防作業(yè)，并且用大量的水迅速冷卻電池。如果起火車里沒有人，救援人員要拉開滅火距離，至少與起火車輛保持10～15米的距離。

五、結語

近年來，隨著新能源電動汽車種類和數(shù)量的逐漸攀升，新能源電動汽車火災事故概率也日益提高。文章對新能源電動汽車的主要結構和鋰電池的火災特性進行了分析，建議發(fā)生火災時要注意觸電、爆炸和有毒氣體，從而確?？焖侔踩行幹眯履茉雌嚮馂摹?/p>