提升新能源電動(dòng)汽車火災(zāi)救援能力的研究

張家瑜

摘要：在可持續(xù)發(fā)展的新形勢下，我國新能源電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)得到了迅速發(fā)展，與此同時(shí)，新能源電動(dòng)汽車在行駛過程中的安全問題也越來越突出，尤其是火災(zāi)事故發(fā)生的概率越來越大，這已經(jīng)成為一個(gè)很嚴(yán)重的問題，不容忽視。文章在分析新能源電動(dòng)汽車主要構(gòu)造的基礎(chǔ)上，對(duì)其起火原因、火災(zāi)特點(diǎn)進(jìn)行研究，并對(duì)新能源電動(dòng)汽車火災(zāi)的滅火戰(zhàn)術(shù)進(jìn)行探討，希望能使救援人員進(jìn)一步了解掌握新能源電動(dòng)汽車火災(zāi)撲救的注意事項(xiàng)，從而提升救援人員在新能源電動(dòng)汽車火災(zāi)撲救方面的能力。

關(guān)鍵詞：新能源汽車;火災(zāi);救援

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和新能源技術(shù)應(yīng)用范圍的擴(kuò)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(dòng)汽車保有量492萬輛（其中，純電動(dòng)汽車400萬輛），近五年復(fù)合增長率約63.6%，新能源電動(dòng)汽車為消費(fèi)者帶來高質(zhì)量生活的同時(shí)，也帶來了一些新的安全風(fēng)險(xiǎn)，其中新能源電動(dòng)汽車火災(zāi)事故備受社會(huì)關(guān)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(dòng)力電池系統(tǒng)存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，而動(dòng)力電池在電失控中有最大的占比，這是新能源電動(dòng)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(jì)，2021年下半年，國內(nèi)共發(fā)生新能源汽車火災(zāi)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(dòng)汽車火災(zāi)事故，筆者認(rèn)為，要了解掌握新能源電動(dòng)汽車的主要構(gòu)造，分析起火原因和火災(zāi)特點(diǎn)，復(fù)盤研究新能源電動(dòng)汽車火災(zāi)的滅火戰(zhàn)術(shù)，才能根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況制定科學(xué)合理的滅火方案。

一、新能源電動(dòng)汽車的主要構(gòu)造

（一）新能源汽車主要結(jié)構(gòu)

新能源電動(dòng)汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、能源系統(tǒng)和輔助工作系統(tǒng)等組成，在實(shí)際運(yùn)行過程中，需要將各種系統(tǒng)結(jié)合起來，以保證電動(dòng)汽車的穩(wěn)定運(yùn)行。

動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分為驅(qū)動(dòng)控制器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、輪子和機(jī)械傳動(dòng)裝置，其能將蓄電池中的電能轉(zhuǎn)化為輪子的動(dòng)能，還能將車輛減速、制動(dòng)時(shí)輪子的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，進(jìn)而回饋到動(dòng)力電池中以實(shí)現(xiàn)車輛的制動(dòng)能量回收[1]。汽車能源系統(tǒng)主要是控制充電機(jī)向電池充電，提供驅(qū)動(dòng)電能，監(jiān)測電源情況等，主要分為電池組、電池充電機(jī)和管理系統(tǒng)。輔助工作系統(tǒng)是提高電動(dòng)汽車的操控性和舒適性，主要包括動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、輔助動(dòng)力源、照明設(shè)備、空調(diào)、汽車雨刮器、除霜裝置和收音機(jī)等。

（二）電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)燃油汽車在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別

動(dòng)力系統(tǒng)和能量供應(yīng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車與燃油汽車在結(jié)構(gòu)上的最大區(qū)別，電動(dòng)汽車采用控制器、電動(dòng)機(jī)、蓄電池及相關(guān)設(shè)備替代了燃油汽車的油箱和內(nèi)燃機(jī)。

我們都知道，電動(dòng)汽車沒有發(fā)動(dòng)機(jī)，它是用電動(dòng)機(jī)代替了燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，用控制器控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛運(yùn)行。所以電動(dòng)汽車不需要傳統(tǒng)燃油汽車上與燃油發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的零部件，比如火花塞、變速器、燃油供給裝置、油箱、進(jìn)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(jìn)氣格柵都不需要。而電動(dòng)汽車上配置的電氣零件主要有蓄電池、電動(dòng)機(jī)、控制器等。

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

（三）新能源電動(dòng)汽車電池的主要結(jié)構(gòu)

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(fù)電極、電解液和隔膜5個(gè)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(fù)電極材料;電解液是含有鋰鹽LiPF6、LiAsF6 等鋰化合物的有機(jī)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(xué)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?yàn)樗臒岱€(wěn)定性更好，所以消防人員應(yīng)該多研究磷酸鐵鋰電池，以便能更好地進(jìn)行援救。

二、新能源電動(dòng)汽車起火原因分析

新能源電動(dòng)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(dòng)汽車火災(zāi)的主要原因，而過充、電池單體故障、電氣線路短路是導(dǎo)致火災(zāi)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(dá)到一定溫度時(shí)會(huì)使導(dǎo)線接點(diǎn)發(fā)熱引起可燃材料起火。此外，當(dāng)電池遇到外部強(qiáng)大的沖擊力時(shí)，鋰電池的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，正負(fù)極片在強(qiáng)大的撞擊力下直接接觸，也會(huì)導(dǎo)致電池短路，從而引起車輛起火。第二，電路漏電。電動(dòng)汽車內(nèi)附加的各種電子設(shè)備增加了車輛電路的負(fù)荷，有可能導(dǎo)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(zāi)的可能性也會(huì)增加。第四，電池過熱。鋰電池在加熱的情況下電解質(zhì)會(huì)發(fā)生分解生成氣體，導(dǎo)致電池鼓包，當(dāng)電池外部的包裝材料過壓時(shí)，電池會(huì)爆炸引發(fā)火災(zāi)。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(dǎo)致電動(dòng)汽車發(fā)生火災(zāi)。第五，電池過充。鋰電池在充滿電的情況下繼續(xù)充電會(huì)使得正極材料中的鋰元素缺失過度，導(dǎo)致正極材料的熱穩(wěn)定性失效，發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)鋰電池中的電解液也會(huì)在正極材料表面發(fā)生氧化，產(chǎn)生氣體和大量熱，導(dǎo)致包裹電池的外部材料過壓爆炸引發(fā)火災(zāi)。一般正規(guī)的電池生產(chǎn)廠家在電池中會(huì)添加一個(gè)過流保護(hù)線路，在電池達(dá)到滿電狀態(tài)時(shí)自動(dòng)切斷電流的回路，防止過充情況的發(fā)生。

三、新能源電動(dòng)汽車火災(zāi)的特點(diǎn)

新能源電動(dòng)汽車在長時(shí)間行駛或不規(guī)范充電、撞擊等不同情況下都會(huì)造成電池?fù)p壞，增加了火災(zāi)的可能性。新能源汽車火災(zāi)主要有以下特點(diǎn)：

第一，新能源電動(dòng)汽車火災(zāi)突發(fā)性強(qiáng)，火勢蔓延迅速，燃燒溫度高，甚至可以達(dá)到1000℃。第二，新能源電動(dòng)車的潛在火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)很大，如果出現(xiàn)火災(zāi)，燃燒過程中會(huì)排放有毒氣體，也會(huì)存在爆炸的風(fēng)險(xiǎn)[6]。特別是鋰離子電池起火時(shí)，會(huì)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(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)鋰離子電池達(dá)到熱放電狀態(tài)時(shí)，分解出的可燃?xì)怏w與周圍的空氣混合，會(huì)形成一種爆炸性的氣體混合物，與鋰電池燃燒時(shí)釋放的熱量相遇，在局部空間就會(huì)發(fā)生爆燃，這也增加了救援的危險(xiǎn)性。第三，新能源電動(dòng)汽車火災(zāi)對(duì)滅火技術(shù)要求很高。首先，鋰離子電池在撲救過程中存在復(fù)燃風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)增加滅火救援的難度。其次，鋰離子電池?zé)崾Э睾?，?huì)持續(xù)放熱并放出可燃?xì)怏w，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(zāi)點(diǎn)上，因此，會(huì)使救援時(shí)間延長。即使表面的明火被撲滅，因?yàn)殇囯x子電池內(nèi)部的放熱反應(yīng)仍在繼續(xù)，所以鋰離子電池重復(fù)起火的可能性很大。

四、新能源電動(dòng)汽車火災(zāi)的滅火戰(zhàn)術(shù)

（一）接警調(diào)度

如果電動(dòng)車起火，趕到現(xiàn)場的民警和救援人員應(yīng)向知情者了解起火電動(dòng)車的品牌和型號(hào)。同時(shí)，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(cè)、電池的容量和類型、電動(dòng)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(jìn)一步詳細(xì)了解車輛的相關(guān)情況。

（二）警戒偵查、切斷電源

當(dāng)新能源電動(dòng)汽車發(fā)生火災(zāi)時(shí)，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(shí)指揮員應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，科學(xué)合理地進(jìn)行戰(zhàn)斗部署。如果火災(zāi)處于初發(fā)階段，且救援現(xiàn)場符合斷電的條件，應(yīng)果斷切斷電源，并且將車鑰匙放在距離車輛10米外的信號(hào)屏蔽袋。

（三）科學(xué)安全處置

1.戰(zhàn)術(shù)原則

滅火作戰(zhàn)的指導(dǎo)思想是“救人第一、科學(xué)施救”。當(dāng)有人員被困時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮救人的措施。當(dāng)現(xiàn)場有重大危險(xiǎn)隱患時(shí)，首選能夠降低消除重大隱患的技戰(zhàn)術(shù)措施。具體措施應(yīng)根據(jù)每個(gè)現(xiàn)場的不同情況，由指揮員在戰(zhàn)術(shù)原則下，現(xiàn)場科學(xué)決策。

2.滅火劑的選擇

鋰離子電池火災(zāi)具有突發(fā)性強(qiáng)、火勢蔓延迅速、溫度高等特點(diǎn)，因此很難有效、快速地進(jìn)行滅火。國外的研究表明，大量的水可成功有效地?fù)錅玟囯x子電池火災(zāi)，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(shí)間，從而提高救火效率。國外的專家研究認(rèn)為，阻止鋰離子電池火災(zāi)蔓延的關(guān)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(zāi)效果最佳的是水基型滅火劑。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)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(jié)合，通過間歇噴射滅火劑的方式進(jìn)行高效滅火降溫，那么鋰電池火災(zāi)將會(huì)得到很好的控制。

（四）保持不間斷供水

滅鋰電池火災(zāi)不是不用水，而是要用更多的水。通過分析各種新能源電動(dòng)汽車火災(zāi)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(zāi)用水量更大，同時(shí)，對(duì)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(dòng)汽車火災(zāi)發(fā)生在高速路、郊區(qū)等周邊沒有水源區(qū)域時(shí)，可以采取運(yùn)水供水的方式，這也是建議出警時(shí)首次調(diào)派不少于兩輛水罐車的原因之一。此外，如果動(dòng)力電池在火災(zāi)中發(fā)生損壞、扭曲、彎曲等情況，電池組一定會(huì)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(qiáng)冷卻監(jiān)控

特斯拉是著名的電動(dòng)車品牌，其應(yīng)急手冊(cè)指出，鋰電池起火需要24小時(shí)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(fù)燃，因此監(jiān)測應(yīng)持續(xù)到電池停止冒煙后至少一個(gè)小時(shí)?，F(xiàn)場的安全員一定要利用測溫儀、熱像儀等測溫裝備對(duì)電池溫度進(jìn)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(yīng)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?yán)餂]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(jié)語

近年來，隨著新能源電動(dòng)汽車種類和數(shù)量的逐漸攀升，新能源電動(dòng)汽車火災(zāi)事故概率也日益提高。文章對(duì)新能源電動(dòng)汽車的主要結(jié)構(gòu)和鋰電池的火災(zāi)特性進(jìn)行了分析，建議發(fā)生火災(zāi)時(shí)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?zāi)。

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