新能源汽車滅火救援技術(shù)研究

趙偉杰

摘要：在節(jié)能減排的發(fā)展形勢下，新能源汽車作為一種新型交通工具發(fā)展迅速，由于操作不當引發(fā)的火災事故也在逐漸增多。為對新能源汽車火災進行了解和預防，在查閱國內(nèi)外相關文獻的基礎上，從新能源汽車的結(jié)構(gòu)和火災危險性出發(fā)，分析總結(jié)發(fā)生火災的主要原因，對適用于新能源汽車的滅火救援技術(shù)進行總結(jié)，希望為新能源汽車的安全研究和滅火救援作業(yè)提供參考。

關鍵詞：新能源;火災事故;火災危險性;滅火救援

隨著我國對新能源汽車產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃和支持，市場占有量不斷提高，與新能源汽車相關的火災事故起數(shù)逐漸增多，火災危險性大。新能源汽車的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)汽車有著較大差別，在發(fā)生火災時的滅火處置也有所不同，2019年和2020年新能源汽車發(fā)生火災事故起數(shù)按月份對比如圖1所示。本文從新能源汽車的火災特性出發(fā)，總結(jié)其常見的火災原因，對新能源汽車的滅火救援技術(shù)進行綜述[1]。

1? 新能源汽車的火災特性

新能源汽車主要有純電動汽車、混合動力汽車（油電混合）、燃料電池汽車等，采用非常規(guī)車用燃料作為動力來源，如鉛酸蓄電池、鋰離子電池、鎳氫蓄電池等比較常見[2]，在構(gòu)造和動力設計上與傳統(tǒng)汽車有較大區(qū)別。新能源汽車發(fā)生火災主要是交通事故、設備自身故障或外在火源引燃等原因造成的，火災危害性最大的是新能源汽車的電池組。據(jù)相關研究表明，新能源汽車發(fā)生火災主要與動力鋰電池系統(tǒng)熱失控有關[3]。

1.1? 新能源汽車火災發(fā)展迅猛，燃燒溫度高

新能源汽車起火事故頻發(fā)，在發(fā)生碰撞、充電，甚至正常行駛時都會出現(xiàn)火災事故，安全性能受到多方質(zhì)疑，2020年新能源汽車起火時的狀態(tài)統(tǒng)計如圖2所示。鋰電池系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差，易發(fā)生熱失控燃燒，加上汽車可燃內(nèi)飾及泄漏的電解質(zhì)，使火災發(fā)展更為迅猛，溫度急劇上升。汪書蘋等[4]對電動汽車使用最廣泛的磷酸鐵鋰電池的火災危險性進行研究，發(fā)現(xiàn)充電的鋰電池能在很短的時間內(nèi)被引燃，且燃燒劇烈，同時豎直放置比水平放置的鋰電池爆燃危險性更大;李毅等[5]對鋰電池進行燃燒實驗，發(fā)現(xiàn)鋰電池自燃溫度為170℃，若發(fā)生短路則會進一步引起整個電池組的燃燒，導致爆燃;王青松[6]等利用微量量熱儀對鋰電池燃燒時內(nèi)部的主要產(chǎn)熱過程進行分析，發(fā)現(xiàn)在40℃時，嵌鋰碳與電解液開始反應，后續(xù)不斷放熱。

1.2? 新能源汽車火災釋放有毒氣體，爆炸危險性大

新能源汽車除含有與傳統(tǒng)汽車共有的內(nèi)飾材料等燃燒會產(chǎn)生有毒氣體外，鋰電池內(nèi)部含有易揮發(fā)的有毒腐蝕性的電解液，熱失控外泄，燃燒與空氣接觸氧化，生成大量氟化物、烯烴、烷烴、醚等有毒物質(zhì)。RibièreP等[7]研究發(fā)現(xiàn)單個鋰電池在燃燒時會釋放出大量的熱及有毒氣體;Neil S.Spinner 等[8]對鋰電池火災產(chǎn)生氣體進行分析，發(fā)現(xiàn)鋰電池爆燃生成CO、CO2、CH4，電解質(zhì)分解也會生成大量CH4，與氧氣接觸燃燒生成CO（不完全燃燒）和CO2（完全燃燒）;張磊等[9-10]對三元鋰電池在熱過載條件下進行熱失控研究，發(fā)現(xiàn)鋰電池熱失控主要生成大量CO、H2、CH4、乙炔（C2H2）、乙烯（C2H4）、五氟磷酸（PF5）等有毒氣體。

此外，鋰的金屬活潑性強，燃燒時反應劇烈釋放大量熱量和氣體，加上鋰電池組的結(jié)構(gòu)特征，空間狹小造成能量釋放擠壓，一旦發(fā)生火災，其爆炸危險性非常大。Q.S Wang等[11]認為在鋰電池熱失控情況下，隨著溫度和壓力的不斷升高會發(fā)生鼓脹和電解液噴射現(xiàn)象，從而發(fā)生火災和爆炸;X.R Li 等[12]利用差示掃描量熱儀對鋰電池的電解質(zhì)進行熱分析，發(fā)現(xiàn)鋰電池機械刺激的敏感性、爆炸強度，均比其他普通電池要強;Neil S.Spinner 等[8]對18650型鋰電池單體和模組進行熱失控實驗，發(fā)現(xiàn)在密閉狹小的空間內(nèi)，鋰電池模組故障會產(chǎn)生大量熱量，可導致活性電池爆燃及連鎖反應。

1.3? 新能源汽車火災易復燃，滅火救援技術(shù)要求高

新能源汽車的鋰電池發(fā)生熱失控燃燒后，持續(xù)釋放出大量熱量和可燃氣體，在消防人員對其明火進行撲滅后，內(nèi)部的化學物質(zhì)仍在進行放熱反應，因此新能源汽車發(fā)生火災后易出現(xiàn)復燃現(xiàn)象，且新能源汽車燃燒會產(chǎn)生大量有毒氣體，電池包采用的高壓電池系統(tǒng)，有漏電風險，因此，在滅火過程中，要避免其對消防員身體及周圍環(huán)境造成威脅。

2? 新能源汽車常見的火災原因

新能源汽車主要動力來源于電池組，與傳統(tǒng)燃油汽車的結(jié)構(gòu)不同，對其火災原因進行總結(jié)還需考慮電池組的影響。

2.1? 電氣線路故障

新能源汽車機身含有的電氣線路遠多于傳統(tǒng)燃油汽車，復雜而密集，分為低壓和高壓兩種，線路發(fā)生故障極易導致新能源汽車發(fā)生火災，電氣線路如圖3所示。隨著新能源汽車使用時間的延長，逐漸會出現(xiàn)部件老化、破損、電線電阻增大等情況，線路散熱受到影響，容易引發(fā)各種電氣線路故障，如短路、斷路、過負荷等。同時，新能源汽車在使用過程中也會有一些人為損傷造成電氣線路故障，如使用非原裝的充電設備、配件，私改電線等。

2.2? 電池故障

新能源汽車主要動力來源是電池組，電池模組是由多個單個電池單體組合在一起，一般安裝在汽車底盤。電池組比較脆弱且穩(wěn)定性較差，為保障新能源汽車整體供電的正常運行，電池模組設計為單個電池單體，出現(xiàn)故障不影響整體電池組的正常供電。電池故障是引起新能源汽車發(fā)生火災最主要且危險性最大的原因，一旦發(fā)生火災，火勢發(fā)展快速劇烈、溫度高。電芯熱失控如圖4所示。

2.3? 外部引火源

外部引火源即縱火，是最為常見且直接傷害最大的火災原因，如可燃液體、煙頭等引火物。新能源汽車的電池組件、汽油（油電混合汽車）和內(nèi)飾等都是可燃物品，很容易造成火災，非常劇烈且難以控制。外部引火源造成的火災要考慮是否為刑事案件，對于此類火災要注意對車輛及周圍環(huán)境的觀察，是否有可燃液體容器、撬鎖痕跡、液體燃燒痕跡等。

2.4? 其他原因

除以上因素外，還有一些意外情況也會引起新能源汽車的火災，如事故碰撞后，電池組破壞，電解液泄漏或內(nèi)部線路故障等情況會造成火災，車內(nèi)意外留下的火種也會引燃車內(nèi)可燃內(nèi)飾。

3? 新能源汽車的滅火救援技術(shù)

新能源汽車在結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)燃油汽車不同，在火災特征上也有許多差別，如燃燒溫度高、發(fā)展速度快、易復燃等，針對這些特點，對新能源汽車火災的滅火救援可以從以下幾點進行研究。

3.1? 斷電

新能源汽車發(fā)生火災時，應第一時間對車輛進行斷電，再進行后續(xù)的滅火救援措施。對于功能正常的新能源汽車可直接進行熄火切斷電源，并將電源控制線剪斷，拆除電池控制系統(tǒng)中的保險絲。由于現(xiàn)在車輛鑰匙的設計越來越高科技和便民，在鑰匙靠近車身時便可以自動感應接通電源，為防止此類情況的發(fā)生，需將車輛鑰匙置于車輛10m以上距離。若火災發(fā)生時新能源汽車已經(jīng)損壞，無法通過電源控制線進行斷電，消防救援人員可采取直接卸除電池組的方式來斷電，新能源汽車動力電池一般位于底部中央，位置如圖5所示。新能源汽車電池系統(tǒng)的高壓組件如果沒有斷電，觸碰會出現(xiàn)擊穿效應，為保證消防人員在滅火和破拆過程中的生命安全，斷電工作一定要做到位，可以借助電壓表等專業(yè)設備實時觀測新能源汽車外表各處的電壓值，當電壓表顯示的數(shù)據(jù)達到安全值后再進行后續(xù)的滅火救援措施。

3.2? 警戒

切斷電源后再利用先進靈敏的測溫儀、氣體檢測儀對車輛周圍環(huán)境進行檢測，實時監(jiān)測是否存在有毒氣體、車輛鋰電池的位置，溫度是否降到安全值，若存在有毒氣體或溫度非常高，有產(chǎn)生更大火災的可能性，要立即對火災現(xiàn)場進行處置，疏散周圍群眾，根據(jù)火災事故等級設置警戒范圍，禁止無關人員和車輛靠近現(xiàn)場。

3.3? 滅火救援

接到火災報警后，應立即對新能源汽車的基本信息進行掌握，以制定合適的滅火救援方案。因為鋰電池等電池組具備燃燒特性，所以新能源汽車火災的滅火難度較大，為有效控制鋰電池失控引起的火災，國內(nèi)外針對此問題已有大量相關研究。在新能源汽車火災撲救前期的防控裝置方面，楊赟等[13]針對18650型鋰電池及電池組設計了50℃、70℃、80℃三級預警裝置，可有效對火災爆炸進行預警;Z.JAn等[14]對比分析了常見電池熱管理技術(shù)，發(fā)現(xiàn)空氣冷卻、液體冷卻、熱管冷卻這三種技術(shù)中，液體冷卻對高溫大容量蓄電池的熱失控行為的處理效果最為理想;劉得星等[15]設計開發(fā)出帶有感光型紅外火焰探測模塊和3%AFFF高壓滅火模塊的車用鋰電池箱蓋系統(tǒng)，并帶有自動滅火裝置，通過實驗證明可對早期局部火災進行有效撲滅。

在被動防護滅火劑方面，MEgelhaaf[16]等通過模擬實驗，發(fā)現(xiàn)水可以成功撲救電動汽車鋰電池火災，添加F-500和Fiersorb等可有效提高撲救效果;劉昱君等[17]對比多種常見滅火劑對動力鋰電池火災的撲救效果，發(fā)現(xiàn)降溫效果最好的是水;張青松等[18]發(fā)現(xiàn)細水霧對18650鋰電池熱失控的抑制效果非常明顯。針對新能源汽車火災初期可采用水基型滅火器進行降溫滅火處理，其中水霧效果會更好，其中可以添加一些F-500和Fiersorb等添加劑可獲得更好的效果。此外，為防止火勢進一步擴散蔓延，可用河沙覆蓋新能源汽車的底部。

3.4? 救援防護

新能源汽車在燃燒時會產(chǎn)生大量有毒氣體、高壓擊穿和高溫氣體，因此針對新能源汽車火災的滅火救援，除了對火災處理外，還要對救援人員進行防護。消防人員必須按要求佩戴防護用具，如防毒面具、頭盔、頭套、手套、防護服等，還要有絕緣功能。在滅火時和起火物保持安全距離，以防鋰電池電解液燃燒噴濺或爆炸對救援人員造成傷害，注意火場風向，順風向?qū)嵤缁鹱鳂I(yè)。

4? 結(jié)語

隨著新能源汽車的市場占有率逐漸提高，火災事故數(shù)量也越來越多，新能源相關火災事故的分析研究必須跟進。本文從新能源汽車的結(jié)構(gòu)特征出發(fā)，分析了新能源汽車的火災特性、常見的火災原因，并從起火原因出發(fā)提出了適用于新能源汽車的滅火救援技術(shù)，為新能源汽車的火災撲滅工作提供參考。

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Research on new energy vehicle

firefighting and rescue technology

Zhao Weijie

（Binhai New Area Fire and Rescue Brigade of Tianjin， Tianjin? 300450）

Abstract：Under the development situation of energy saving and emission reduction， new energy vehicles have developed rapidly as a new type of transportation， and fire accidents caused by improper operation are also gradually increasing. In order to understand and prevent new energy vehicle fires， the paper analyzes the main causes of fires based on the structure and fire risk of new energy vehicles by consulting relevant literature at home and abroad， and summarizes the firefighting and rescue technologies suitable for new energy vehicles. Hoping to provide references for the safety research of new energy vehicles and firefighting and rescue operations.

Keywords：new energy; fire accident; fire risk; firefighting and rescue