新能源電動(dòng)汽車火災(zāi)危險(xiǎn)性分析及處置研究

陳儉

應(yīng)急管理部消防救援局昆明訓(xùn)練總隊(duì) 云南省昆明市 650208

為推動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)向綠色低碳全面轉(zhuǎn)型，2012年、2020年國務(wù)院分別發(fā)布《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020年）》和《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》，對(duì)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供指引，明確純電驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略方向。在國家大政方針的指引下，我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)得到長足發(fā)展，產(chǎn)銷量、保有量連續(xù)位居世界首位。根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)2022年一季度的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，新能源汽車產(chǎn)量129.3萬輛、銷量125.7萬輛，同比增長1.4倍，占整個(gè)汽車市場的比率達(dá)到19.3%。據(jù)預(yù)測，到2030年電動(dòng)汽車保有量占比最高將達(dá)50%，數(shù)量最高將達(dá)1億輛[1]。隨著越來越多消費(fèi)者選購新能源汽車，新能源汽車火災(zāi)發(fā)生的頻次也在隨之升高，由于新能源汽車同傳統(tǒng)燃油車相比，在火災(zāi)危險(xiǎn)性、滅火機(jī)理及處置措施等方面均具有獨(dú)特性，需要加以深入分析研究，采取有效措施應(yīng)對(duì)處置，最大限度避免發(fā)生危險(xiǎn)。

1 新能源汽車現(xiàn)狀

據(jù)消防救援局統(tǒng)計(jì)，2022年一季度，全國共接報(bào)電動(dòng)自行車火災(zāi)4700起、新能源汽車火災(zāi)637起，同比分別上升35%和31.3%，與火災(zāi)整體走勢相反，新能源汽車火災(zāi)事故越來越引起人們關(guān)注，形勢任務(wù)十分嚴(yán)峻。按照能量來源，新能源汽車一般分為純電動(dòng)、混合動(dòng)力、燃料電池等三類，其中，純電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)簡單、能源利用率高，是國家大力推廣發(fā)展的汽車方向；混合動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，是作為當(dāng)前汽車充電樁布局不足、燃油向純電動(dòng)過渡的一類車型；燃料電池汽車成本高昂、受鉑金儲(chǔ)量限制，主要作為科研跟蹤方向。因此，本文以新能源純電動(dòng)汽車作為研究對(duì)象。電動(dòng)汽車以蓄電池為主要?jiǎng)恿碓?，分為鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鐵鎳電池、鈉氯化鎳電池、銀鋅電池、鈉硫電池、鋰電池等，由于具有高能量密度以及價(jià)格優(yōu)勢，鋰電池成為目前電動(dòng)汽車的主要研究應(yīng)用方向，鋰電池根據(jù)正極材料的不同又可分為錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池[2]。純電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)燃油汽車的比較見表1。

表1 純電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)燃油汽車主要參數(shù)比較

2 電池?zé)崾Э胤治?/h2>

電池?zé)崾Э厥且l(fā)新能源電動(dòng)汽車火災(zāi)的根本原因。鋰電池通過制漿、涂膜、裝配、老化等工序組裝成成品，受工藝環(huán)境、材料質(zhì)量、參數(shù)控制、操作精密性等因素影響，可能產(chǎn)生內(nèi)部質(zhì)量缺陷，如毛刺、錯(cuò)位、粉塵吸附、隔膜受損等，導(dǎo)致電池在使用中因絕緣不良引發(fā)短路，內(nèi)部積聚大量熱，繼而引發(fā)電解液氣化，如果反應(yīng)得不到控制，內(nèi)部溫度將持續(xù)升高，最終導(dǎo)致電池鼓包、破裂。單個(gè)電池?zé)崾Э禺a(chǎn)生的能量，足以引起周邊存放電池的熱失控連鎖反應(yīng)，最終導(dǎo)致火災(zāi)爆炸[3]。

2.1 引發(fā)熱失控的外部因素

2.1.1 短路自燃

在高溫、潮濕、浸水等外部環(huán)境下，電池易發(fā)生短路故障，溫度達(dá)到130℃以上易導(dǎo)致熱失控而起火自燃。2016年7月10日，深圳美拜電子廠鋰電池高溫老化車間發(fā)生爆炸，造成3名消防員和2名群眾受傷。

2.1.2 過量充電

充電時(shí)電池負(fù)極上會(huì)析出鋰結(jié)晶，過量充電時(shí)鋰結(jié)晶聚集會(huì)刺破隔膜，發(fā)生微短路，溫度持續(xù)升高會(huì)導(dǎo)致電解液氣化，產(chǎn)生大量的熱，導(dǎo)致電池燃燒爆炸，或終止充電后經(jīng)過一段時(shí)間發(fā)生燃燒爆炸。

2.1.3 碰撞損傷

當(dāng)電動(dòng)汽車遭遇外部撞擊、擠壓、振動(dòng)、跌落等機(jī)械作用時(shí)，易導(dǎo)致電池受到穿刺、擠壓而短路，電池?fù)p傷可能立即表現(xiàn)為燃燒爆炸釋放出來，也可能經(jīng)歷緩慢的熱失控發(fā)展過程，一段時(shí)間后引發(fā)火災(zāi)。雪弗蘭VOLT進(jìn)行側(cè)碰撞實(shí)驗(yàn)，于停車場放置3周后才發(fā)生火災(zāi)[4]。

2.1.4 回收拆解

目前，電池回收拆解的工藝流程復(fù)雜、技術(shù)還不成熟，易發(fā)生廢鋁錠產(chǎn)氫自燃或未完全提取出的電解液起火等事故，隨著新能源電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，待回收的電池量越來越大，亟需優(yōu)化回收工藝、提高本質(zhì)安全水平。

2.2 電動(dòng)汽車火災(zāi)的危險(xiǎn)性

電動(dòng)汽車發(fā)生火災(zāi)時(shí)，既要按照常規(guī)車輛考慮車內(nèi)可燃物燃燒的影響，還要考慮電池組可能發(fā)生的熱失控影響，此外，還有電動(dòng)汽車的高壓組件可能造成的危險(xiǎn)。由于電池組一般位于車輛底部、引擎蓋下、座椅下、后備箱下，位置較為隱蔽，早期火勢不易察覺，事故具有突發(fā)性、蔓延迅速、持續(xù)時(shí)間長等特點(diǎn)，極易引發(fā)爆炸、觸電、中毒等風(fēng)險(xiǎn)，且電池燃燒具有獨(dú)特性，容易發(fā)生復(fù)燃。

2.2.1 觸電

電動(dòng)汽車發(fā)生火災(zāi)時(shí)，可能導(dǎo)致系統(tǒng)失靈而出現(xiàn)未熄火斷電、高壓系統(tǒng)未切斷等情況，如滅火操作中不注意防護(hù)、人員直接接觸到高壓組件，或破拆救人時(shí)不注意偵察電池系統(tǒng)的位置，均可能在處置中誤觸高壓組件而觸電。

2.2.2 爆炸

電池?zé)崾Э刂饡r(shí)，可燃性電解液蒸氣和有機(jī)小分子氣體以極快速度噴出，與殼壁發(fā)生摩擦，摩擦產(chǎn)生的熱量足以點(diǎn)燃低閃點(diǎn)的可燃性氣體，據(jù)測量燃燒溫度可達(dá)880℃以上，進(jìn)入熱失控狀態(tài)的電池足夠多，會(huì)導(dǎo)致可燃?xì)怏w大量積聚，達(dá)到其爆炸極限則會(huì)引發(fā)爆炸[5]。

2.2.3 中毒

電池一旦熱失控，電解液及有毒燃燒產(chǎn)物由破裂處釋放，隨著熱失控的連鎖反應(yīng)，不斷產(chǎn)生更多的煙霧和有毒氣體，包括苯、甲苯、氟化氫、氰化氫、一氧化碳等，均具有不同程度毒性[5]。吸入這些有毒氣體，可導(dǎo)致中毒窒息甚至死亡。

2.2.4 復(fù)燃

與普通可燃物不同，鋰電池發(fā)生火災(zāi)能量來源于內(nèi)部發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，即使在氧含量較低甚至無氧的環(huán)境中仍能持續(xù)反應(yīng)，表現(xiàn)出來的現(xiàn)象就是容易發(fā)生復(fù)燃，如美國佛羅里達(dá)州一輛特斯拉撞墻起火，滅火后將車輛從現(xiàn)場移開時(shí)車輛發(fā)生復(fù)燃，再次將火災(zāi)撲滅后送至拖車場，到達(dá)時(shí)車輛再次復(fù)燃[6]。

3 火災(zāi)處置流程

考慮到新能源電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)及電池組的特殊性，發(fā)生火災(zāi)時(shí)需要同步進(jìn)行降溫冷卻及滅火處理，避免發(fā)生復(fù)燃或爆炸。由于電池燃燒依靠的是自身內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)，對(duì)于外部助燃物等條件依賴性較小，使用常規(guī)滅火思維難以達(dá)到理想的處置效果。結(jié)合理論及實(shí)戰(zhàn)分析，可將電動(dòng)汽車火災(zāi)視作C類氣體火災(zāi)處理，選用全氟己酮?dú)怏w滅火劑或水系滅火劑，同時(shí)使用大量水冷卻電池組，但對(duì)于燃料電池及氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車，嚴(yán)禁使用水系滅火劑[6]。

3.1 接警調(diào)度

（1）119指揮中心接警后，除按常規(guī)流程詢情報(bào)告，還要詳細(xì)詢問報(bào)警人車輛品牌及型號(hào)，查閱新能源資料庫，獲取汽車服務(wù)手冊或《救援指南》等資料，如有需要聯(lián)系生產(chǎn)廠家或當(dāng)?shù)亟?jīng)銷商獲取，及時(shí)推送同款新能源電動(dòng)汽車詳細(xì)信息，特別是電池種類、最高電壓及高壓線路位置等。

（2）按警情等級(jí)調(diào)派水罐消防車、泡沫消防車、搶險(xiǎn)救援車等車輛，攜帶絕緣剪切裝備、可燃?xì)怏w探測儀、測溫儀、漏電探測儀以及其他固定、破拆等救援裝備，如有必要及時(shí)聯(lián)系生產(chǎn)廠家或當(dāng)?shù)亟?jīng)銷商到場協(xié)助處置。

3.2 現(xiàn)場警戒

（1）根據(jù)火災(zāi)嚴(yán)重程度劃分火災(zāi)撲救區(qū)、傷員轉(zhuǎn)運(yùn)及人員待命區(qū)，疏散圍觀群眾，協(xié)調(diào)交警部門疏導(dǎo)交通。

（2）嚴(yán)格封控事故警戒范圍，由安全員認(rèn)真檢查進(jìn)入現(xiàn)場處置人員的安全防護(hù)情況。

（3）使用可燃?xì)怏w探測儀對(duì)現(xiàn)場不間斷偵測，使用測溫儀實(shí)時(shí)監(jiān)測事故車輛動(dòng)力電池部位溫度，適時(shí)調(diào)整警戒范圍。

3.3 偵察處理

（1）安全防護(hù)：處置電動(dòng)汽車火災(zāi)，重點(diǎn)做好呼吸及防觸電保護(hù)，消防人員應(yīng)著全套滅火防護(hù)服，靠近起火車輛時(shí)應(yīng)佩戴空氣呼吸器，穿戴好絕緣手套，保持安全距離或采取適當(dāng)?shù)谋茈U(xiǎn)措施。

（2）偵察現(xiàn)場：結(jié)合指揮中心推送手冊及現(xiàn)場燃燒現(xiàn)象，對(duì)照查明起火車輛基本情況、判斷車輛是否制動(dòng)、電池和高壓系統(tǒng)是否受損，有無人員被困、被困人員數(shù)量、傷勢等情況，對(duì)周圍人員及車輛等是否造成威脅。

（3）停車制動(dòng)：對(duì)于由于司機(jī)驚慌未熄火制動(dòng)的電動(dòng)車，視情采取放置防滑墊、使用緊急制動(dòng)器、將檔位置于P檔等措施，對(duì)車輛進(jìn)行制動(dòng)固定，防止處置過程中車輛滑動(dòng)對(duì)消防員造成危險(xiǎn)。

（4）切斷電源：關(guān)閉電源開關(guān)，將車鑰匙裝入信號(hào)屏蔽袋或放置到距離車輛10米外的區(qū)域，拆下蓄電池負(fù)極線，斷開低壓蓄電池，3分鐘后，佩戴絕緣手套拔掉動(dòng)力電池高壓盒上的維修開關(guān)，確保斷電操作完成[7]。

3.4 滅火行動(dòng)

（1）對(duì)人員被困的車輛事故，堅(jiān)持“救人第一、科學(xué)施救”原則，在救人的同時(shí)同步開展破拆及滅火，視情使用滅火毯、防毒面具或空氣呼吸器對(duì)被困人員實(shí)施保護(hù)。由于電池的自我保護(hù)構(gòu)造，出水滅火難以對(duì)著火點(diǎn)形成有效噴射，需持續(xù)不間斷出水來充分冷卻外部，防止電池?zé)崾Э財(cái)U(kuò)大、火勢蔓延。

（2）無人員被困的車輛事故，應(yīng)在距起火車輛10米至15米外的位置出水滅火[7]。

3.5 清理移交

（1）處置完畢，用測溫儀監(jiān)測電池溫度，持續(xù)冷卻至160℃以下，一般應(yīng)保持到電池不再冒煙至少1h以后，對(duì)于無修復(fù)價(jià)值且電池火災(zāi)難以撲滅的事故車輛，可考慮采用浸漬冷卻降溫的方法迅速處置，防止發(fā)生次生災(zāi)害[5]。

（2）撤離前應(yīng)全面、細(xì)致地檢查清理現(xiàn)場，清點(diǎn)人員、整理器材裝備，并向有關(guān)部門進(jìn)行提醒和移交，防止在后續(xù)轉(zhuǎn)運(yùn)中事故車輛復(fù)燃起火。

4 工作建議

由于新能源電動(dòng)汽車火災(zāi)具有特殊危險(xiǎn)性，對(duì)消防員的滅火處置工作提出更高更專業(yè)性要求，需要加強(qiáng)相關(guān)業(yè)務(wù)理論學(xué)習(xí)，開展實(shí)戰(zhàn)場景訓(xùn)練，幫助消防員提升應(yīng)對(duì)處置能力，最大限度保障安全。

（1）深化業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)，開展針對(duì)訓(xùn)練。要在日常學(xué)習(xí)中加入新能源電池有關(guān)知識(shí)，邀請專家學(xué)者、廠方技術(shù)人員指導(dǎo)授課，并結(jié)合偵察檢測、安全防護(hù)、冷卻保護(hù)等科目開展針對(duì)性實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練，確保接到類似警情應(yīng)對(duì)有效、處置有度。

（2）提高防護(hù)意識(shí)，掌握避險(xiǎn)措施。處置新能源電動(dòng)汽車火災(zāi)，進(jìn)一步強(qiáng)化安全防護(hù)意識(shí)，處置中正確穿戴個(gè)人安全防護(hù)裝備，特別是空氣呼吸器、絕緣手套等裝備，嚴(yán)禁盲目破拆車輛結(jié)構(gòu)，防止發(fā)生觸電、電池電解液噴濺、爆炸等傷害。

（3）加強(qiáng)現(xiàn)場警戒，做好風(fēng)險(xiǎn)管控。使用可燃?xì)怏w探測儀和測溫儀，時(shí)刻關(guān)注火場煙熱釋放情況，當(dāng)起火車輛的電池部位溫度明顯上升并釋放出大量煙氣，指揮員應(yīng)立即下令撤離。明火熄滅后，要繼續(xù)出水對(duì)電池組進(jìn)行持續(xù)冷卻，經(jīng)評(píng)估無燃燒爆炸風(fēng)險(xiǎn)后方可歸建。