電動汽車消防滅火方法探索

彭長劍，凌和平

(1.廣東省消防總隊深圳支隊福田大隊，廣東 深圳 518000；2.比亞迪汽車工業(yè)有限公司，廣東 深圳 518118)

0 引言

電動汽車因其具有結構簡單、噪音低、零排放等優(yōu)點，已成為新能源汽車的重要發(fā)展方向。電動汽車主要以鋰離子動力電池為動力源[1]，且隨著動力性、續(xù)航里程的明顯提升，其產(chǎn)量與市場占有率逐年增加，并形成了一定的市場規(guī)模[2]。在逐漸走進千家萬戶的同時，電動汽車的起火事故也不斷增多，其安全性已成為行業(yè)發(fā)展面臨的重大挑戰(zhàn)[3-5]，也是當前亟待解決的問題[6]。

1 電動汽車火災防護現(xiàn)狀

目前行業(yè)內(nèi)改善電動汽車安全性能的措施主要分為提升電池系統(tǒng)安全性和整車高壓系統(tǒng)安全防護兩個方面，國家也出臺了相關安全性標準，并且不斷更新完善。總結已開展的研究，電動汽車火災的控制難點和危害性主要體現(xiàn)在幾個方面[6]。

(1) 起火后，火勢發(fā)展迅速，燃燒溫度高，突發(fā)性強，預測困難。

(2) 鋰離子電池具有熱失控蔓延速度快、燃燒時間持久的特點[7]。

(3) 動力電池系統(tǒng)安裝在底盤下部，由于存在車身和隔熱等結構防護，很難將水直接噴射到起火動力電池上，導致滅火困難。

(4) 電動汽車燃燒會釋放大量濃煙和有毒氣體，不僅污染周邊環(huán)境，而且容易造成被困人員和救援人員中毒窒息。

(5) 滅火技術要求高，電動汽車的高壓線路一旦處置不當，很可能對救援人員造成電擊傷害。

(6) 滅火后，動力電池存在復燃的可能性。

為了避免動力電池起火事故，大多數(shù)新能源車企采取控制或保護電池系統(tǒng)的方式，在出廠前進行整車安全性測試，如碰撞、翻滾、涉水、底部防護等，在一般危險情況下利用車身結構強度達到保護電池系統(tǒng)的目標[8]；同時，在電池系統(tǒng)內(nèi)部鋪設一層防火氈，在車身發(fā)生起火或局部過熱時，產(chǎn)生的熱量和火勢不會立即蔓延到整個電池系統(tǒng)，避免火勢迅速擴大，為滅火爭取更多的時間[9]。

對于安裝在電動汽車底部的電池系統(tǒng)，相關的防護結構雖保護了電池系統(tǒng)，但也使得消防水不能直接噴射到電池系統(tǒng)上，給滅火帶來了困難；除動力電池系統(tǒng)外，車身本身的可燃物和電氣系統(tǒng)都可能是起火的原因[10]。因此，當車身起火后火勢得不到及時控制，將會造成更大的破壞[11]，這就對電動汽車滅火效率的提升提出了更高要求。

2 電動汽車火燒試驗

2.1 試驗對象

試驗采用三款結構與功能都較為完整的電動汽車車身，具有相同的內(nèi)飾結構和驅動系統(tǒng)，在搭載電池系統(tǒng)后均可正常行駛。車身具備自動斷高壓電功能，即整車在火災、碰撞等事故發(fā)生時，監(jiān)測系統(tǒng)會自動報警同時使動力電池系統(tǒng)的繼電器斷開，使車身與動力電池的高壓電隔離，降低電氣火災發(fā)生的可能，也確保了乘車人員不會觸電。

動力電池系統(tǒng)采用磷酸鐵鋰/石墨材料體系的鋰離子動力電池串聯(lián)組成，且動力電池單體與系統(tǒng)均滿足GB 38031—2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》中的性能與安全要求。在試驗前，電池系統(tǒng)充電至100 %荷電狀態(tài)(state of charge，SOC)。

2.2 整車起火與滅火方法

2.2.1 引燃方法

試驗所用的三款車身分別命名為車身A、車身B、車身C。車身A不搭載動力電池系統(tǒng)，車身B與車身C搭載100 % SOC的動力電池系統(tǒng)。為避開前艙的可燃部件，將引燃位置選取在前艙最前端，并選取酒精塊為引燃物，泡沫棉為助燃物。

2.2.2 滅火方法

試驗采用消防水槍在車身周圍噴水滅火，水源為自來水，具體方案如下。

(1) 車身A在車身完全燃燒時進行噴水滅火。

(2) 車身B在車身完全燃燒使電池系統(tǒng)發(fā)生熱失控并經(jīng)過蔓延后進行噴水滅火。

(3) 車身C在車身充分燃燒且電池系統(tǒng)充分熱失控后火勢逐漸減弱時進行噴水滅火。

滅火過程中使用測溫槍進行溫度監(jiān)測，在車身各處不高于100 ℃時，停止滅火；為了減少電池系統(tǒng)復燃帶來的影響，車身B和車身C在試驗后12 h內(nèi)利用測溫設備對車身底部與電池系統(tǒng)位置進行溫度監(jiān)控，若存在異常高溫，及時噴水降溫，測溫間隔為30 min。

2.3 試驗結果與討論

2.3.1 車身 A 測試

點燃放置在整車前艙前端位置的酒精塊，開始試驗。試驗初期，火勢由小變大逐漸蔓延至前艙，前艙內(nèi)的塑料護板與絕緣屏蔽層等可燃物使火勢進一步增大，前艙完全燃燒，燃燒過程中有大量黑煙產(chǎn)生(注意采取保護措施，防止吸入煙氣)；試驗進行到27 min時，火勢已經(jīng)從車身前艙位置蔓延到全部車身，此時前艙、車內(nèi)、車輪以及車身邊緣位置都在燃燒，車身內(nèi)的多處結構已經(jīng)因火勢和高溫而被嚴重破壞；27 min 44 s時，利用消防車高壓水槍進行噴水滅火，火焰逐漸熄滅，產(chǎn)生的黑煙逐漸變化為白色煙霧；噴水滅火2 min 48 s后，撲滅可見明火，但仍有大量白色濃煙；持續(xù)向車身噴水，使車身降溫以防止復燃；噴水滅火11 min 12 s后停止，白色煙霧開始散去，靜置觀察30 min，白色煙霧消失，無明火出現(xiàn)，試驗完成，消防用水量約為4 t。

根據(jù)視頻和現(xiàn)場監(jiān)測的結果，在試驗開始5 min后，煙氣蔓延到車身內(nèi)部；10 min后，火勢蔓延至車內(nèi)。所以，不考慮風向影響，駕乘人員預計有5 min逃離危險的時間。白色煙霧產(chǎn)生的原因判斷有2點：一是可燃物不充分燃燒產(chǎn)生的煙；二是噴水產(chǎn)生的水蒸氣在空氣中遇冷液化而產(chǎn)生。

2.3.2 車身 B 測試

車身B燃燒前期現(xiàn)象與車身A相同，但在火焰向車內(nèi)蔓延過程中，發(fā)生了安全氣囊著火爆炸(進行滅火操作前，需清楚安全氣囊位置，警惕其爆炸危險)；在點火33 min 16 s后，動力電池系統(tǒng)發(fā)生熱失控，此時火勢已經(jīng)蔓延至整個車身，車身上多處出現(xiàn)劇烈的電弧現(xiàn)象；試驗進行到39 min 43 s時，火勢沒有減輕，電池系統(tǒng)熱失控尚未結束，此時開始噴水滅火，噴水后同樣會產(chǎn)生大量的白色煙霧；噴水滅火約2 min 58 s后，明火基本撲滅，持續(xù)噴水滅火，多處位置不斷有小火苗“竄出”，電池系統(tǒng)還在發(fā)生熱失控；噴水14 min 20 s時，還有部分白色煙霧從車身底部電池系統(tǒng)散出；噴水滅火36 min 41 s時，白色煙霧基本散去，停止水槍噴水，改為 “水霧”噴水；“水霧”噴水12 min 14 s時，白色煙霧完全散去；“水霧”噴水30 min后觀察，水可以通過底盤流向電池系統(tǒng)，持續(xù)不斷降溫且電池系統(tǒng)失效，試驗完成。試驗后監(jiān)測溫度12 h，未出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，消防用水量約為15 t。

滅火過程中出現(xiàn)了小火苗，主要是電池包內(nèi)高壓線束絕緣層損壞以及車身金屬結構和電池系統(tǒng)間絕緣結構和位置發(fā)生改變，金屬結構接觸到高壓線束，發(fā)生短路產(chǎn)生電弧，外在表現(xiàn)為火星或火苗向周圍散發(fā)。電弧產(chǎn)生時會伴隨極高的溫度，進一步引發(fā)鋰離子電池熱失控。

2.3.3 車身 C 測試結果

點火31 min 40 s后，火勢蔓延至整個車身；34 min 38 s時，電池系統(tǒng)開始熱失控，此時有明顯的火焰從車身右側底部噴出，并且伴有電弧；試驗進行到63 min時，火勢徹底減弱，但在車身底部位置還有火焰存在，電池系統(tǒng)還在起火，此時進行滅火；噴水2 min 12 s，明火被撲滅，滅火過程中產(chǎn)生大量的白色煙霧；噴水14 min 3 s，停止滅火，此時有輕微的白色煙霧產(chǎn)生，16 min 12 s后白色煙霧徹底消失。試驗后監(jiān)測溫度12 h，未出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，消防用水量約為5 t。

在車身C滅火過程中，隨著噴水的進行，白色煙霧呈逐漸減弱的趨勢，表明電池系統(tǒng)已全部熱失控。事后拆解進行分析，車身底盤位置有兩個燒穿的孔洞，分別在電池總正、總負極銅排對應的位置，判斷是電池系統(tǒng)絕緣遭到破壞后，正負極銅排接觸到車身底盤鋼結構發(fā)生劇烈短路導致。由此推斷，起火過程中，即使電池系統(tǒng)與車身之間高壓回路已經(jīng)斷開，火焰蔓延至動力電池絕緣結構和車身支撐結構后，使其損壞失效，車身是有可能帶有高壓電的，對于滅火人員存在較大的觸電風險，故在滅火救援時應避免處于電池系統(tǒng)與車身高壓電回路之間。

2.4 試驗結論與總結

電動汽車火燒試驗過程中，車身A、車身B、車身C在滅火過程中分別用水4 t，15 t，5 t，滅火用時分別為 11 min 12 s，36 min 41 s，14 min 3 s，試驗過程分析得出。

(1) 由于電動汽車電池系統(tǒng)一般放置于車身底盤下部，消防用水無法直接噴射到電池上，故搭載有電池系統(tǒng)且發(fā)生熱失控的車身B、車身C的滅火用水量和時間均高于車身A。

(2) 同樣，由于不能有效地阻止電池熱失控，車身B滅火用水量遠遠高于車身A與C。

(3) 對比車身A和C的滅火過程，雖滅火時機不同，但車身C的滅火用水量并不比車身A的少，也一定程度上反映了電池滅火的難度。

(4) 對比車身B和車身C的試驗時間，車身B火勢進行和滅火共用時76 min 24 s，車身C共用時74 min 3 s。從滅火效率看，電池發(fā)生熱失控后，若無有效的手段去阻止熱失控的進行，對滅火行動的人力物力均會產(chǎn)生浪費；從環(huán)保角度看，及時滅火可減少黑煙的產(chǎn)生。

通過試驗論證，在電池發(fā)生熱失控時，應及時將消防水直接噴射到電池上，通過不斷降溫等來阻止熱失控的發(fā)生，才能從根本上提升滅火效率。

3 案例分析與總結

案例一：2020-05-26，深圳市福田區(qū)皇崗路與蓮科路路口發(fā)生一起兩車追尾交通事故。事故發(fā)生后，電動貨車底盤位置電池發(fā)生起火，火勢蔓延迅速，并出現(xiàn)了爆燃現(xiàn)象。期間有人嘗試上前施救以及用滅火器滅火，但電動貨車燃燒猛烈，滅火效果不佳，待消防救援力量到場后，由于火勢發(fā)展迅速，大火已將整臺車吞噬，導致駕駛人當場死亡。

案例二：2019-09-16T02：51，深圳市龍華區(qū)環(huán)觀南路電動汽車行駛過程中自燃。消防救援力量到場后，15 min撲滅明火，但因電池部位還在持續(xù)反應，車頭和底部仍舊有大量濃煙冒出，經(jīng)2 h的破拆與泡沫水處置，才將警情處置完畢。

案例三：2019-03-06T01：17，深圳市觀平路98號充電樁電動小車冒煙。消防救援力量到場后，消防救援人員將電動車的高壓電和低壓電電池線路剪斷，并用破拆工具對電動車貨箱進行破拆、降溫和排煙。在持續(xù)2 h 30 min的大量水滅火降溫后，才處置完畢。

根據(jù)上述電動汽車消防滅火案例可知，電動汽車火災主要特點及危害有幾個方面。

(1) 火勢蔓延迅速，燃燒溫度高。當電池出現(xiàn)熱失控后，在燃燒過程中會釋放大量的易燃氣體，導致火勢蔓延迅速，提高燃燒溫度。

(2) 存在中毒、爆炸的危險。電池中鋰金屬暴露在空氣中時，容易與空氣中的氧氣迅速反應，產(chǎn)生劇烈燃燒，甚至爆炸。電池燃燒過程中還會產(chǎn)生有毒氣體，嚴重威脅被困人員和消防救援人員的人身安全。

(3) 容易出現(xiàn)觸電的風險。電池內(nèi)具有電壓較高的直流電和交流電，當出現(xiàn)漏電情況后，被困人員如果誤觸，易出現(xiàn)觸電傷亡情況。

(4) 滅火技術要求高，持續(xù)時間長。由于鋰電池燃燒過程時間長，不徹底將火情和溫度降低，容易出現(xiàn)二次起火。因此，在處理電動汽車火災時，應當采取新的滅火技術與滅火藥劑，方能有效解決電動汽車火災。

4 結束語

通過電動汽車火燒測試的試驗，在電池系統(tǒng)發(fā)生熱失控前、熱失控時和熱失控后三個階段采用常規(guī)噴水方式進行消防滅火，探索電池系統(tǒng)著火不同階段對消防滅火效率的影響。試驗結果表明：電池系統(tǒng)發(fā)生熱失控前，即車身起火時，滅火速度較快，效率高；電池系統(tǒng)發(fā)生熱失控后，常規(guī)滅火方式耗時久，用水量大。同時，結合以往電動汽車典型的消防事故案例，總結出在滅火后繼續(xù)采用大量水和泡沫對車輛底部及電池部位進行噴射降溫以防止復燃。在試驗和案例總結的基礎上，提出進一步研發(fā)新的滅火技術與滅火藥劑以及采取有效措施阻止熱失控，方能有效解決電動汽車火災的發(fā)生，提升駕乘的安全性。