新能源汽車火災(zāi)撲救技戰(zhàn)術(shù)探討

張光俊

引言

新能源汽車是指除汽油、柴油發(fā)動機之外所有其他能源汽車，主要包括燃料電池汽車、混合動力汽車、氫能源動力汽車和太陽能汽車等。據(jù)統(tǒng)計，2021年國內(nèi)新能源汽車銷量約為298.9萬輛，新能源汽車保有量持續(xù)增長。但新能源汽車自燃、起火等安全事故頻發(fā)。據(jù)不完全統(tǒng)計，2021年我國新能源汽車火災(zāi)事故約3000起，新能源汽車熱失控事故頻發(fā)。因此，針對此類新型火災(zāi)事故處置進行深入研究，進一步探索新能源汽車火災(zāi)撲救技術(shù)方法、戰(zhàn)術(shù)措施、作戰(zhàn)安全防護顯得十分必要。

新能源汽車主要結(jié)構(gòu)分析

（一）新能源汽車的主要結(jié)構(gòu)

新能源汽車主要由電源系統(tǒng)、電力驅(qū)動系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等組成。（1）電源系統(tǒng)包括電源、能量管理系統(tǒng)和充電機，其功能主要是向電動機提供驅(qū)動電能、監(jiān)測電源使用情況以及控制充電機向蓄電池充電。蓄電池在車上安裝前需要通過串并聯(lián)的方式組合成 12V 或 24V 的低壓電源，而電動機驅(qū)動一般要求為高壓電源，并且所采用的電動機類型不同，其要求的電壓等級也不同。為滿足該要求，用多個 12V 或 24V 的蓄電池串聯(lián)成高壓直流電池組，再通過 DC/DC 轉(zhuǎn)換器供給所需的不同電壓。（2）電力驅(qū)動系統(tǒng)包括電子控制器、功率轉(zhuǎn)換器、電動機、機械傳動裝置和車輪，其功能是將存儲在蓄電池中的電能高效地轉(zhuǎn)化為車輪的動能，并在汽車減速制動時將車輪的動能轉(zhuǎn)化為電能充入蓄電池。（3）輔助系統(tǒng)包括輔助動力源、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、空調(diào)器、照明及除霜裝置、雨刮器和收音機等，用于提高操控性和舒適性。

（二）鋰電池的主要結(jié)構(gòu)

以鋰電池為動力源的新能源汽車占據(jù)市場的主導(dǎo)地位，最常見的鋰電池為磷酸鐵鋰電池及三元鋰電池兩種。磷酸鐵鋰電池質(zhì)量能量密度雖不及三元鋰電池，但因其具有較好的熱穩(wěn)定性，成為目前新能源汽車的主要動力電池，是當(dāng)前滅火救援研究的主要方向。

鋰離子電池主要由正極、負極、隔膜、電解液組成。正極目前多采用鋰化合物：LixCoO2（氧化鈷鋰）、LixNiO2（鎳酸鋰）、LixMnO2（錳酸鋰）、LixFePO4（磷酸鐵鋰）；主流電池采用的負極材料是鋰-碳層間化合物L(fēng)ixC6；隔膜為PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯）；電解液為溶解有鋰鹽LiPF6（六氟磷酸鋰）、LiAsF6（六氟合砷酸鋰）等有機溶劑，有機溶液主要由DMC（磷酸二甲酯）、EC（碳酸乙烯酯）、EMC（碳酸甲乙酯）、DEC（硝酸二乙酯）等按照一定比例混合而成。

（三）鋰電池火災(zāi)特征

鋰電池從結(jié)構(gòu)上看，密閉空間存儲大量的能量，而“熱失控”是導(dǎo)致鋰離子電池安全隱患的根本原因，有機小分子引發(fā)的副反應(yīng)的鏈式反應(yīng)導(dǎo)致電池?zé)崾Э氐陌l(fā)生。鋰離子電池的熱失控機理包括三個階段：

第一階段為鋰電池?zé)崾Э爻跗凇ｋS著電池內(nèi)部溫度升高到90～100℃，負極發(fā)生分解反應(yīng)并且伴隨熱量和氧氣的散發(fā)。

第二階段為電池鼓包階段。鋰電池在溫度約為250～350℃時鋰與電解液中的有機溶劑[碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）和碳酸二甲酯（DMC）]發(fā)生反應(yīng)，揮發(fā)出可燃的碳氫化合物氣體（甲烷、乙烷）。

第三階段為電池?zé)崾Э亍⒈ㄊщA段。在這個階段中，充電狀態(tài)下的正極材料與電解液繼續(xù)發(fā)生劇烈的氧化分解反應(yīng)，產(chǎn)生高溫和大量有毒氣體，導(dǎo)致電池劇烈燃燒甚至爆炸。

新能源汽車火災(zāi)特點

電池作為一種儲能裝置，易受外界環(huán)境和自身制造缺陷影響而引發(fā)熱失控，造成爆炸或火災(zāi)等災(zāi)害事故（圖1）。電池的火災(zāi)安全性是新能源汽車火災(zāi)安全性的重點，電池組的火災(zāi)特點構(gòu)成了新能源汽車與傳統(tǒng)燃油汽車不同的火災(zāi)特點。

圖1 深圳一輛電動大巴在充電時著火燃燒

（一）事故突發(fā)性強，火勢蔓延迅速

新能源汽車在正常的行駛、過充電、涉水、機械濫用、高溫?zé)釠_擊等各種情況下都會對電池造成不同程度的損傷，都有發(fā)生火災(zāi)的可能性。上海消防研究所選用某一類動力電池，將3片電池芯進行并聯(lián)，采用穿刺使其內(nèi)部短路發(fā)生熱失效而燃燒。通過實驗發(fā)現(xiàn)車用鋰電池一旦發(fā)生熱失效，便立即開始劇烈燃燒。電池從開始燃燒到火焰減弱僅需要6s的時間，而火災(zāi)全部熄滅則需要3min時間，火焰的最高溫度達到916℃，車用動力電池一旦燃燒，火焰溫度足以引燃周邊任何可燃物，火勢會迅速蔓延。

（二）易復(fù)燃爆炸并伴有觸電風(fēng)險、處置危險性高

由于鋰離子電池?zé)崾Э睾螅掷m(xù)放熱及放出可燃氣體，難以實現(xiàn)完全滅火，即使明火被撲滅后，其內(nèi)部的放熱反應(yīng)仍在繼續(xù)，所以鋰離子電池火災(zāi)反復(fù)復(fù)燃的現(xiàn)象很容易發(fā)生；鋰離子電池燃燒伴有大量的熱量和氣體產(chǎn)生，再加上鋰離子電池狹小密閉空間的結(jié)構(gòu)特點，在安全閥失效的情況下，能量的積壓足以引發(fā)爆炸；此外，新能源汽車帶有高壓的大容量電池，基本電壓通常遠超人體安全電壓，高壓電壓380V以上，火災(zāi)時容易發(fā)生漏電產(chǎn)生電擊危險。

（三）有毒氣體、液體泄漏造成次生傷害，處置難度大

新能源汽車和內(nèi)燃機汽車相同，內(nèi)部裝修裝飾材料眾多，且電子設(shè)備安裝較多，燃燒伴有大量有毒煙氣。而鋰離子電池本身在燃燒過程中也會產(chǎn)生大量氟化物、烯烴、烷烴、醚等化合物，燃燒前和熄滅后尤為明顯，這些物質(zhì)均具有不同程度的毒性。鋰離子電池的電解液為有機易揮發(fā)性液體，而且有明顯的腐蝕性。對人體的危害極大，可以通過吸入、食入、經(jīng)皮吸收等途徑侵入人體，表現(xiàn)為中等毒性，還具有易燃，遇明火、高熱有引起燃燒的危險，其蒸氣比空氣重，能在較低處擴散到相當(dāng)遠的地方，遇明火會引起回燃。

新能源汽車火災(zāi)撲救技戰(zhàn)術(shù)

（一）新能源汽車火災(zāi)撲救技術(shù)分析

1.準確選擇適用的滅火劑。鋰電池的燃燒特性是導(dǎo)致新能源汽車火災(zāi)難以撲救的主要原因，需要大量的水進行撲救，在救援時應(yīng)確保水量的充足。實驗表明，在水中加入F-500泡沫滅火劑（一種多功能新型環(huán)保滅火劑）和針對A類火災(zāi)的一種新型滅火助劑Firesorb，可以大大縮短鋰電池滅火時間、減少用水量，對滅火效率是質(zhì)的提高。應(yīng)盡量減少使用泡沫滅火劑撲救，由于泡沫會影響鋰電池內(nèi)部熱量的散發(fā)，而且鋰電池在熱失控發(fā)生后會釋放出可燃氣體和氧氣，因而用窒息、抑制或隔離原理滅火的二氧化碳或者泡沫滅火劑的滅火效果就會受到影響。

2.科學(xué)實施固定作業(yè)。根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境、火勢發(fā)展情況和車體變形程度，判斷是否對事故車輛實施穩(wěn)固操作。由于電池處于熱失控的情況下，側(cè)翻車輛有可能造成電池?zé)崾Э氐募觿?，因而嚴禁盲目對車輛進行側(cè)翻等操作。對于車體未變形的車輛，原則上不需要對車體進行固定；但對于車體變形的車輛，應(yīng)當(dāng)在到場后的第一時間對車體進行固定，防止射水造成車體晃動，加劇電池反應(yīng)。

3.第一時間切斷電源。將鑰匙擰至車輛關(guān)閉（OFF） 狀態(tài)，利用電池組分離閥門切斷電源控制線（電源控制線一般位于車輛后備箱中的駕駛室同側(cè)位置，分離閥門一般設(shè)置在后備箱內(nèi)，如無分離閥門，手動斷電時必須佩帶絕緣手套），拔掉動力控制器的保險絲（30A） 。根據(jù)電池起火、泄漏等情況，采取相應(yīng)的處置措施。如電池未泄漏、未起火，在做好絕緣保護的前提下，積極救助被困人員和撲滅火勢; 如電池泄漏、未起火或車輛其他部位起火，在做好車輛固定、斷電和人員安全防護措施的基礎(chǔ)上，車輛熄火5min后再行處置。

（二）新能源汽車火災(zāi)撲救戰(zhàn)術(shù)措施

1.接警環(huán)節(jié)提前介入，進行了解、詢問、指導(dǎo)。指揮中心在接到新能源汽車著火報警時便詢問起火車輛的品牌和型號，同時調(diào)閱新能源汽車資料庫，搜索汽車服務(wù)手冊及隨車《救援指南》等材料。迅速了解該車的動力電池種類和容量，以及車輛最高電壓、高壓線路走向等，同當(dāng)?shù)亟?jīng)銷商了解相關(guān)信息并做好相關(guān)準備。接警人員到場前應(yīng)與報警人取得聯(lián)系進行指導(dǎo)，明確告知如果電池組已經(jīng)著火，使用滅火器是無法撲滅火災(zāi)的，應(yīng)立即放棄并疏散下風(fēng)向人員，以保證人員安全。

2.現(xiàn)場詢情和火情偵察要細致。指揮員到達火災(zāi)現(xiàn)場后，要查清災(zāi)害規(guī)模，被困人員數(shù)量、位置和傷亡情況，特別是儲電單元受損、起火、泄漏部位等情況，要重點查看發(fā)動機室、車門、前翼子板、行李箱等位置的特殊標識，明確車輛種類，根據(jù)現(xiàn)場情況，科學(xué)合理進行戰(zhàn)斗部署。

3.科學(xué)實施救人行動。在有人員被困時，應(yīng)首先把滅火救援力量放在救人方面，積極營救車廂內(nèi)的被困人員。當(dāng)車門打不開時，應(yīng)運用多點進攻戰(zhàn)術(shù)，首先砸破車門窗玻璃，用開花水槍沖擊火焰，阻截火勢蔓延，為營救人員創(chuàng)造條件，同時可利用擴張器、切割器、千斤頂、消防斧等工具設(shè)法救人。破拆車體時應(yīng)采用霧狀水實施保護，防止金屬碰撞、摩擦產(chǎn)生火花，發(fā)生二次火災(zāi)或爆炸燃燒。如果車輛在相撞、傾覆情況下引起火災(zāi)，消防人員必須在滅火的同時同步展開救人行動。

4.科學(xué)選擇滅火方式。新能源車輛火災(zāi)的特殊危險性決定了當(dāng)前滅火技術(shù)條件下應(yīng)以救人第一、確保人員安全、防止火勢蔓延擴大和最大限度減少損失為目的，應(yīng)區(qū)分著火部位情況和現(xiàn)場主要任務(wù)，合理選擇滅火方式。

（1）水冷滅火。高壓電池未著火時，可按照傳統(tǒng)車輛火災(zāi)處置方法進行滅火。當(dāng)高壓電池著火時，可采取水冷滅火，應(yīng)使用大量的、持續(xù)的水進行撲救，撲救人員注意保持安全距離。當(dāng)電池發(fā)生事故未見明火，有大量煙霧冒出時，在確保其他完好電池從車上卸載之后，再采用大量、持續(xù)的水對冒煙部位進行連續(xù)噴射，以降低溫度和減少有毒有害氣體對周圍環(huán)境造成影響。

（2）稀釋送風(fēng)。當(dāng)有人員被困或高壓電池未起火時，應(yīng)選擇主動滅火。在持續(xù)用水冷卻滅火的同時，設(shè)置水幕稀釋保護；可利用水驅(qū)動排煙機、移動送風(fēng)機等裝備驅(qū)散救援區(qū)域煙氣濃度；如果高壓電池著火，應(yīng)實時監(jiān)控動力電池溫度，防止熱擴散或復(fù)燃。

（3）灌注滅火。車輛電池燃燒持續(xù)時間長，水冷卻效果不佳，當(dāng)無人員被困時，也可利用現(xiàn)場材料（如擋板、沙土等）圍欄筑壩，灌注泡沫覆蓋滅火。

（4）轉(zhuǎn)移滅火。當(dāng)燃燒車輛對周圍有較大影響（如停車場、地下車庫等）且現(xiàn)場不可控時，可嘗試將車輛轉(zhuǎn)移至空曠安全地帶。

（5）控制監(jiān)測。當(dāng)高壓電池發(fā)生燃燒，沒有人員被困以及沒有足夠水源的情況下，可采用控制式滅火。當(dāng)滅火劑很難到達電池的燃燒單元時，可控制現(xiàn)場，監(jiān)測其穩(wěn)定燃燒。任何未佩戴呼吸防護裝備的人員應(yīng)處于火災(zāi)上風(fēng)向，避免吸入煙氣中的有毒物質(zhì)。

（三）新能源汽車火災(zāi)撲救安全防護

1.電動汽車火災(zāi)撲救中，消防指戰(zhàn)員必須做好個人安全防護。穿著全棉防靜電內(nèi)衣、滅火防護服，佩戴消防頭盔、手套、靴子、頭套、空氣呼吸器等基本防護裝備（圖2）。

圖2 消防救援人員撲救新能源汽車

2.進入高溫、熱輻射強或有爆炸危險區(qū)域時，應(yīng)根據(jù)事故現(xiàn)場情況穿著消防隔熱服、避火服或者防爆服。

3.靠近起火車輛作戰(zhàn)時，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況穿戴絕緣靴、絕緣手套等防護裝備，攜帶漏電探測儀、接地線（棒）等器材。

結(jié)束語

新能源汽車火災(zāi)事故是當(dāng)前消防救援隊伍面臨“全災(zāi)種、大應(yīng)急”又一新的滅火救援課題。本文介紹了新能源汽車的主要結(jié)構(gòu)和鋰電池結(jié)構(gòu)，并對鋰電池火災(zāi)特征展開了詳細闡述；在系統(tǒng)歸納新能源汽車的火災(zāi)特點的基礎(chǔ)上，深入分析了新能源汽車火災(zāi)撲救技戰(zhàn)術(shù)措施，對所涉及的滅火技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)、注意事項進行了詳細說明，對于消防救援隊伍撲救此類火災(zāi)具有一定的參考意義。