動(dòng)力用鋰離子電池火災(zāi)特征與安全管理研究

隋 鑫，劉 飛，周 彪

應(yīng)用研究

動(dòng)力用鋰離子電池火災(zāi)特征與安全管理研究

隋 鑫1，劉 飛1，周 彪2

（1. 武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，武漢 430000；2. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）應(yīng)急管理與安全工程學(xué)院，北京 100083）

為了降低密閉空間中新能源電動(dòng)汽車(chē)的火災(zāi)危險(xiǎn)性，首先從新能源電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)入手，分析并總結(jié)密閉空間內(nèi)新能源電動(dòng)汽車(chē)的火災(zāi)特點(diǎn)。隨后通過(guò)FDS數(shù)值模擬軟件，模擬計(jì)算了不同種類(lèi)滅火系統(tǒng)（水噴淋、泡沫-水噴淋）對(duì)密閉空間新能源電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)場(chǎng)景的適用性，結(jié)果表明：泡沫-水噴淋自動(dòng)滅火系統(tǒng)可有效降低電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)危險(xiǎn)性。最后參考已有的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和新能源電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)方面的研究成果，對(duì)密閉空間消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了相應(yīng)的改進(jìn)建議。本研究對(duì)船舶動(dòng)力用鋰電池的消防安全管理具有指導(dǎo)意義。

公路密閉空間 新能源電動(dòng)汽車(chē) 火災(zāi)危險(xiǎn)性 消防系統(tǒng)

0 引言

火災(zāi)是影響公路密閉空間（隧道）正常運(yùn)行的主要因素。在密閉環(huán)境中，一旦發(fā)生火災(zāi)救援難度較大，易造成嚴(yán)重的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失和社會(huì)影響。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，車(chē)輛著火是公路火災(zāi)的重要原因[1]。近年來(lái)，我國(guó)新能源電動(dòng)汽車(chē)的行業(yè)規(guī)模和技術(shù)水平不斷提高，其市場(chǎng)百分比日益增加?；谙嚓P(guān)數(shù)據(jù)[2]：中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)保有量約占全球總量的50%，且每年仍保持40%的高速增長(zhǎng)。隨著電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量的不斷增加，其在公路密閉空間車(chē)流量中的占比將會(huì)大大提高，對(duì)應(yīng)的消防隱患也會(huì)日益顯現(xiàn)。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)[3]，2020年上半年我國(guó)共發(fā)生20起電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)事故，新能源電動(dòng)汽車(chē)的消防安全問(wèn)題引起了社會(huì)大眾的廣泛關(guān)注。電動(dòng)汽車(chē)內(nèi)部裝有動(dòng)力電池組，其具有活性高、產(chǎn)熱量大等特點(diǎn)。此外，電池組熱失控時(shí)會(huì)產(chǎn)生苯、苯乙烯、丙烯醛、一氧化碳、氟化氫，以及烯烴、烷烴和醚等毒性化合物[4]。與傳統(tǒng)汽車(chē)火災(zāi)相比，電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)的危險(xiǎn)性更大，火焰?zhèn)鞑ジ?，煙氣毒性更高，這對(duì)密閉空間（隧道）消防設(shè)計(jì)提出了更高的要求。

目前，關(guān)于密閉空間內(nèi)新能源電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)事故危險(xiǎn)性的定量分析較少。同時(shí)現(xiàn)有密閉空間消防系統(tǒng)主要針對(duì)傳統(tǒng)燃油動(dòng)力汽車(chē)的火災(zāi)特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)[5-7]，對(duì)新能源電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)防治的適用性較差。本文將結(jié)合近十年新能源電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，從火災(zāi)起因和火災(zāi)發(fā)生時(shí)間兩個(gè)角度，對(duì)密閉空間內(nèi)新能源電動(dòng)汽車(chē)的火災(zāi)危險(xiǎn)性進(jìn)行研究分析。利用火災(zāi)模擬軟件（FDS）對(duì)密閉空間內(nèi)新能源電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)進(jìn)行數(shù)值模擬研究，并結(jié)合已有的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，提出適用于密閉空間內(nèi)新能源電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)防治要求消防系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)方案，探究改進(jìn)后消防系統(tǒng)參數(shù)對(duì)新能源電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)特征參量的影響。針對(duì)密閉空間消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出相應(yīng)的建議，為密閉空間運(yùn)營(yíng)管理人員提供參考。

1 新能源電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)特點(diǎn)研究

1.1 近十年來(lái)新能源電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)事故統(tǒng)計(jì)分析

1）新能源電動(dòng)汽車(chē)起火原因分析

通過(guò)梳理近十年內(nèi)（2011年～2019年）媒體公開(kāi)報(bào)道的火災(zāi)事件[8,9]，圖1給出了近十年內(nèi)新能源電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)事故起數(shù)分布情況?？梢钥闯?，近十年國(guó)內(nèi)共發(fā)生新能源電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)事故190起，特別是自2016年以后，隨著新能源電動(dòng)汽車(chē)保有量增加，火災(zāi)發(fā)生起數(shù)總體呈現(xiàn)逐年升高的態(tài)勢(shì)。

圖1 2015年～2019年新能源電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)事故起數(shù)變化趨勢(shì)

圖2為近十年內(nèi)新能源電動(dòng)汽車(chē)起火原因的概率分布情況，新能源電動(dòng)汽車(chē)的起火原因可以劃分成三類(lèi)：行駛過(guò)程中起火、充電過(guò)程中起火和停置過(guò)程中起火?？梢钥闯觯旭傔^(guò)程中新能源電動(dòng)汽車(chē)發(fā)生火災(zāi)的概率高達(dá)39.08%，明顯高于其余幾項(xiàng)起火原因。

圖2 2011年～2019年不同起火狀態(tài)概率分布

2）新能源電動(dòng)汽車(chē)起火時(shí)間分析

圖3給出了2019年不同月份的火災(zāi)發(fā)生起數(shù)分布情況，從月份分布來(lái)看，6月份至8月份期間發(fā)生的新能源電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)事故數(shù)量最多，占全年事故總數(shù)的60%，夏季為鋰離子電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)的高發(fā)期。夏季密閉空間車(chē)流量大，封閉的密閉空間內(nèi)部環(huán)境導(dǎo)致散熱更為緩慢，由于新能源電動(dòng)汽車(chē)內(nèi)部的能量電池在一定溫度條件下，自身會(huì)通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)不斷自發(fā)放熱，密閉空間內(nèi)的高溫條件會(huì)進(jìn)一步加速鋰電池?zé)崾Э噩F(xiàn)象的發(fā)生，相比其他場(chǎng)所，夏季密閉空間內(nèi)新能源電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)危險(xiǎn)性更為顯著。

圖3 2019年全年不同月份的火災(zāi)發(fā)生起數(shù)分布情況

通過(guò)對(duì)近十年新能源電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以得出：密閉空間內(nèi)新能源電動(dòng)汽車(chē)發(fā)生火災(zāi)危險(xiǎn)性主要體現(xiàn)在車(chē)輛行駛過(guò)程中的發(fā)生機(jī)械碰撞，近年來(lái)，新能源電動(dòng)汽車(chē)所采用的動(dòng)力電池能量密度越來(lái)越大，動(dòng)力電池受到外力擠壓導(dǎo)致化學(xué)能釋放，在一定的溫度條件下，產(chǎn)生一系列放熱反應(yīng)，最終表現(xiàn)形式為汽車(chē)的動(dòng)力電池?zé)崾Э睾蜔崾Э財(cái)U(kuò)展周?chē)?chē)輛引起燃燒或爆炸。

1.2 密閉空間新能源電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)特點(diǎn)

新能源電動(dòng)汽車(chē)在內(nèi)部結(jié)構(gòu)、線(xiàn)路布局、電池安裝等方面均與傳統(tǒng)燃油汽車(chē)不同，其對(duì)應(yīng)的火災(zāi)特性差別較大。主要包括以下四個(gè)方面：

1）火焰溫度高，火災(zāi)蔓延快

電池?zé)崾Э貢r(shí)會(huì)放出大量可燃?xì)怏w或揮發(fā)液體，其燃燒速度極快。動(dòng)力電池中活性鋰與空氣中的氧接觸后會(huì)發(fā)生劇烈反應(yīng)，造成燃燒爆炸事故?；谏虾Ｏ姥芯克鶎?shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)[4]，電池火焰的噴射距離最遠(yuǎn)可達(dá)5 m，且燃燒的同時(shí)伴有大量噴射物噴濺，其火焰溫度最高可達(dá)916℃?？紤]到密閉空間具有空間封閉、狹小等特點(diǎn)，一旦發(fā)生火災(zāi)會(huì)造成交通堵塞。新能源電動(dòng)汽車(chē)一旦燃燒，極易引燃周邊車(chē)輛，且其內(nèi)部的鋰金屬會(huì)加大火勢(shì)甚至引起爆炸。且其火焰溫度遠(yuǎn)高于常規(guī)汽油的燃燒溫度（400℃），會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞密閉空間建筑結(jié)構(gòu)，造成密閉空間拱頂和壁面坍塌，增大火災(zāi)救援阻力。

2）產(chǎn)生大量有毒有害氣體

動(dòng)力電池?zé)崾Э睾髸?huì)產(chǎn)生苯、甲苯、苯乙烯、聯(lián)苯、丙烯醛、一氧化碳、硫化碳酰、氟化氫等物質(zhì)，這些物質(zhì)均對(duì)人體有害，威脅被困人員和消防人員的生命健康安全。

3）觸電危險(xiǎn)

由于電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力來(lái)源為電池，其供電系統(tǒng)包括100～360 V直流電和高達(dá)650 V的交流電[10]（品牌不同數(shù)值略有差異），遠(yuǎn)高于人體安全電壓36 V，救援過(guò)程中易出現(xiàn)觸電事故。

4）火焰易復(fù)燃，滅火難度大

根據(jù)美國(guó)消防研究基金會(huì)組織開(kāi)展的動(dòng)力電池組滅火實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明[4]，電池組通常會(huì)在6～49 min內(nèi)被撲滅，但在22小時(shí)后會(huì)發(fā)生復(fù)燃，其滅火時(shí)間均高于1小時(shí)。由于現(xiàn)階段電動(dòng)汽車(chē)消防技術(shù)起步較晚，在明火熄滅后，若電池溫度仍較高，其內(nèi)部將一直處于熱失控狀態(tài)，進(jìn)而造成二次事故。

2 新能源電動(dòng)汽車(chē)密閉空間內(nèi)火災(zāi)消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

新能源電動(dòng)汽車(chē)在城市公路密閉空間車(chē)流量中的占比逐年攀升，相比傳統(tǒng)汽車(chē)，新能源電動(dòng)汽車(chē)的火災(zāi)危險(xiǎn)性要更大。密閉空間的消防系統(tǒng)主要包括密閉空間滅火設(shè)施和火災(zāi)監(jiān)測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)組成[11]，《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GB 50974-2014）[12]、《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016-2014(2018年版)）[13]、《建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50140-2005）[14]等國(guó)內(nèi)現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范明確指出設(shè)計(jì)建筑內(nèi)的消防滅火設(shè)施時(shí)需要布置自動(dòng)滅火系統(tǒng)、消火栓以及滅火器等設(shè)備。因此，結(jié)合前人的研究成果，提出針對(duì)新能源電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)的消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并通過(guò)FDS數(shù)值模擬進(jìn)行驗(yàn)證。同時(shí)針對(duì)新能源電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)特點(diǎn)，對(duì)其在密閉空間內(nèi)的火災(zāi)監(jiān)測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置提出相應(yīng)的建議。

2.1 密閉空間火災(zāi)模型構(gòu)建

（1）模型參數(shù)設(shè)置

模型密閉空間長(zhǎng)度為100 m，斷面尺寸為9 m（寬）×4.5 m（高)。在密閉空間頂板下方隔一定間距布設(shè)噴淋頭。密閉空間兩端洞口與外界環(huán)境相通，采用自然通風(fēng)方式，邊界屬性設(shè)置為“OPEN”。環(huán)境溫度設(shè)置為20℃，密閉空間墻體為混凝土材質(zhì)。沿密閉空間中心線(xiàn)每隔1 m設(shè)置溫度測(cè)點(diǎn)和CO質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)點(diǎn)，兩類(lèi)測(cè)點(diǎn)位置重合且均處于密閉空間頂板下方0.25 m處；距密閉空間地板2 m高度處，沿中心線(xiàn)每隔1m設(shè)置能見(jiàn)度測(cè)點(diǎn)，用于測(cè)量密閉空間內(nèi)的能見(jiàn)度變化情況。測(cè)點(diǎn)布置及密閉空間結(jié)構(gòu)尺寸如圖4所示。

參照前人的研究成果[7]，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的動(dòng)作溫度設(shè)置為68℃，動(dòng)作時(shí)間設(shè)定主要是依據(jù)新能源汽車(chē)的動(dòng)力電池組火災(zāi)類(lèi)型來(lái)確定，由于其屬于t2火模型，在40 s后達(dá)到穩(wěn)定發(fā)展階段，因此為實(shí)現(xiàn)最大滅火降溫效果，因此噴水滅火系統(tǒng)的動(dòng)作時(shí)間設(shè)定為40 s。噴頭出水流量統(tǒng)一設(shè)置為60（L/min）。

圖4 密閉空間模型結(jié)構(gòu)及測(cè)點(diǎn)設(shè)置

1）火源設(shè)置

采用FDS6.5對(duì)電動(dòng)大巴車(chē)在密閉空間的火災(zāi)場(chǎng)景進(jìn)行模擬計(jì)算。新能源電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力來(lái)源為鋰離子電池，因此將新能源電動(dòng)汽車(chē)內(nèi)部鋰電池組作為火源。模擬火源的參照對(duì)象為電動(dòng)大巴車(chē)，火源尺寸為10 m（長(zhǎng)）×2.5 m（寬）。由于新能源汽車(chē)的動(dòng)力電池組大多設(shè)置在車(chē)輛底盤(pán)，因此為減少火源高度對(duì)模擬結(jié)果所產(chǎn)生的影響，火源緊貼地面放置。參考前人的研究[15-17]，電動(dòng)大巴車(chē)一般采用三元鋰電池串并聯(lián)的方式組成電池組，需要采用8個(gè)電池串聯(lián)為1個(gè)小組，6個(gè)小組并聯(lián)為整個(gè)電池模組，8個(gè)模組構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)，所需要的電池?cái)?shù)量為384個(gè)。單節(jié)鋰電池的熱釋放速率為31.5 kW，則整個(gè)鋰電池組的熱釋放速率可達(dá)到10000 kW?；鹪搭?lèi)型設(shè)置為t2火，0～40 s期間為火災(zāi)增長(zhǎng)期，熱釋放速率逐漸增大，其后為穩(wěn)定燃燒期。

2）網(wǎng)格尺寸

網(wǎng)格尺寸與火源特征直徑D*有關(guān)，當(dāng)網(wǎng)格尺寸d取1/16D*～1/4D*時(shí)有較高精度[18]。本文火源功率為10000kW，通過(guò)計(jì)算得到D*分別為2.41 m，則網(wǎng)格尺寸位于0.15～0.60 m。為使模擬結(jié)果與真實(shí)情況接近，更為可靠，區(qū)域網(wǎng)格統(tǒng)一選取為0.25 m（縱向X軸）×0.25 m（橫向Y軸）×0.25 m（豎向Z軸）。

2.2 密閉空間自動(dòng)滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1）自動(dòng)滅火系統(tǒng)

圖5和圖6分別為無(wú)噴淋系統(tǒng)、布設(shè)水噴淋和布設(shè)泡沫-水噴淋系統(tǒng)的密閉空間內(nèi)溫度和沿程密閉空間CO質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化情況，其中水噴淋和泡沫-水噴淋系統(tǒng)使用的噴頭出水流量均為60（L/min）。從圖6中可以看出，無(wú)水噴淋、水噴淋和泡沫-水噴淋系統(tǒng)條件下，火源（密閉空間中心處）最高溫度分別為397℃、389℃和353℃，這表明泡沫-水噴淋系統(tǒng)對(duì)于鋰電池火源的滅火和降溫效果較為明顯；此外，在遠(yuǎn)離火源的區(qū)域內(nèi)，相同位置處布設(shè)泡沫-水噴淋系統(tǒng)的密閉空間內(nèi)溫度更低，可以降低高溫對(duì)人體的傷害，有利于人員疏散。

圖5 密閉空間內(nèi)溫度分布圖

從圖6中可以看出，三者中布設(shè)泡沫-水噴淋系統(tǒng)的密閉空間內(nèi)CO質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，而布設(shè)水噴淋系統(tǒng)的CO質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，這表明使用水噴淋系統(tǒng)易導(dǎo)致CO的生成量增大，而采用泡沫-水噴淋系統(tǒng)則在一定程度上抑制CO有害氣體的生成量。

圖6 密閉空間內(nèi)能見(jiàn)度分布圖

針對(duì)公路密閉空間內(nèi)所發(fā)生的不同類(lèi)型火災(zāi)，國(guó)內(nèi)外部分研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展了實(shí)體火災(zāi)試驗(yàn)[19]，分別對(duì)水噴淋、泡沫-水噴淋和泡沫-水噴霧等自動(dòng)滅火系統(tǒng)的滅火效果、降溫冷卻效果和施工復(fù)雜程度進(jìn)行定性評(píng)價(jià)，相關(guān)試驗(yàn)概況和評(píng)價(jià)結(jié)果如表1所示：

表1 國(guó)內(nèi)外火災(zāi)試驗(yàn)概況及滅火效能評(píng)價(jià)

考慮到密閉空間內(nèi)車(chē)輛種類(lèi)繁多，電動(dòng)汽車(chē)引發(fā)的火災(zāi)往往是一種混合火災(zāi)（即Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ類(lèi)火災(zāi)可能同時(shí)存在）。針對(duì)上述混合火災(zāi)特點(diǎn)，水噴淋系統(tǒng)、泡沫-水噴淋滅火系統(tǒng)以及泡沫-水噴霧滅火系統(tǒng)是現(xiàn)行主要使用的滅火藥劑。相關(guān)研究表明[20]：當(dāng)泡沫-水噴淋滅火系統(tǒng)工作時(shí)，前期噴放泡沫混合液能迅速控制和撲滅初期火災(zāi)，后期通過(guò)持續(xù)噴水能起到冷卻降溫、控制火災(zāi)的作用。對(duì)于密閉空間內(nèi)發(fā)生概率較大的Ａ、Ｂ類(lèi)型火災(zāi)，泡沫—水噴淋系統(tǒng)滅火效力更好，在迅速撲滅火災(zāi)的同時(shí)大大減少熱輻射。另外，廣東省標(biāo)準(zhǔn)《電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)技術(shù)規(guī)程》（DBJ/T15-150-2018）[21]也明確指出同時(shí)停放傳統(tǒng)化石燃料汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)的地下停車(chē)場(chǎng)的自動(dòng)滅火系統(tǒng)應(yīng)采用泡沫-水噴淋系統(tǒng)。因此，通過(guò)綜合比對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果、前人試驗(yàn)成果以及現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，可以發(fā)現(xiàn)密閉空間內(nèi)布設(shè)泡沫-水噴淋滅火系統(tǒng)的滅火降溫效能相對(duì)更好，且性?xún)r(jià)比更高。

2）泡沫-水噴淋系統(tǒng)合理間距設(shè)計(jì)

對(duì)于新能源電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)，噴頭的間距設(shè)置將直接影響到滅火效果和工程造價(jià)。但目前尚未有關(guān)于密閉空間內(nèi)噴頭間距設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，因此結(jié)合前人的研究成果，通過(guò)數(shù)值模擬探究不同噴頭間距對(duì)密閉空間新能源電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)參數(shù)的影響。

圖7和圖8為不同噴頭間距下的密閉空間溫度和能見(jiàn)度分布情況?？梢钥闯?，當(dāng)噴頭間的間距大于3.5 m時(shí)，密閉空間內(nèi)同一位置處的溫度越高，如圖7中圓圈標(biāo)注所示。對(duì)于能見(jiàn)度而言，噴頭間距為5 m和7 m時(shí)，能見(jiàn)度稍高于其余幾組工況，但是其動(dòng)性較大，這表明密閉空間內(nèi)煙氣流動(dòng)比較紊亂，不利于進(jìn)行人員疏散。因此，綜合密閉空間溫度和能見(jiàn)度變化情況，可以發(fā)現(xiàn)對(duì)于泡沫-水噴淋系統(tǒng)，噴頭間距設(shè)置成3.5 m降溫效能較明顯，性?xún)r(jià)比更高。

圖7 密閉空間內(nèi)溫度分布

圖8 密閉空間內(nèi)能見(jiàn)度分布

2.3 密閉空間新能源電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)報(bào)警設(shè)施

考慮到新能源電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)蔓延趨勢(shì)更快，在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)探測(cè)器的選型上，若單純地采用線(xiàn)型感溫電纜自啟動(dòng)滅火裝置，聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)存在一定的滯后性，參照《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50116-2013）[22]要求，建議采用“線(xiàn)型感溫電纜+火焰探測(cè)器”組合，提高聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)作的可靠性。

在消防管理措施方面，建議增加消防砂儲(chǔ)備。一方面消防砂可以起到覆蓋窒息滅火的作用；另一方面當(dāng)新能源汽車(chē)動(dòng)力電池?zé)崾Э睾?，大量高溫黏稠的電解液?huì)從安全閥處溢出，此時(shí)消防砂還可以用于電解液的吸附和阻截，遏制火場(chǎng)范圍擴(kuò)大。

基于新能源電動(dòng)汽車(chē)的火災(zāi)特點(diǎn)，確定公路密閉空間消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。由于公路密閉空間內(nèi)部的車(chē)流量更大，火災(zāi)危險(xiǎn)性明顯高于其他種類(lèi)的密閉空間，建議滅火設(shè)施采用自動(dòng)滅火系統(tǒng)+消火栓系統(tǒng)+滅火器系統(tǒng)；其次建議密閉空間運(yùn)營(yíng)管理方設(shè)置新能源電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，及時(shí)監(jiān)測(cè)火場(chǎng)情況；同時(shí)增加消防砂儲(chǔ)備，起到控制火場(chǎng)規(guī)模作用，設(shè)計(jì)方案具體內(nèi)容如表2所示。

表2 密閉空間新能源電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)的消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3 結(jié)語(yǔ)

隨著新能源電動(dòng)汽車(chē)車(chē)流密度的增大，新能源電動(dòng)汽車(chē)在密閉空間（隧道）中的發(fā)生電力系統(tǒng)故障、機(jī)械撞擊、自燃等各種原因造成的密閉空間火災(zāi)事故概率將會(huì)大幅度提高，密閉空間火災(zāi)危險(xiǎn)性也將隨之上升。

1）本文從新能源電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)入手，分析并總結(jié)了我國(guó)密閉空間新能源電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)特點(diǎn)。

2）參考已有的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和新能源電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)研究成果，利用火災(zāi)模擬軟件（FDS）建立密閉空間新能源電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)模型對(duì)消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行模擬計(jì)算，對(duì)密閉空間消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了相應(yīng)的改進(jìn)建議。

3）本研究對(duì)船用鋰電池密閉空間內(nèi)消防管理具有指導(dǎo)意義。

[1] 李振興. 基于CFD模擬分析的大斷面公路隧道汽車(chē)火災(zāi)煙氣特性研究[D]. 上海: 同濟(jì)大學(xué), 2008.

[2] 阮藝亮, 王佳. 我國(guó)新能源電動(dòng)汽車(chē)起火事故分析與對(duì)策[J]. 汽車(chē)文摘, 2019, 1(5): 39-43.

[3] 高工產(chǎn)業(yè)研究院. 2020年上半年國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)起火事故追蹤分析[EB/OL] https://baijiahao.baidu.com/s?id=1673971303728595872,2020-08-03.

[4] 柯錦城, 楊旻, 謝寧波, 等. 鋰電池電動(dòng)汽車(chē)滅火救援技術(shù)探討[J]. 消防科學(xué)與技術(shù), 2017, 36(12): 1725-1727.

[5] 金蕊, 楊秀軍, 石志剛. 拱北雙層異形結(jié)構(gòu)隧道消防救援系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 公路交通科技, 2017, 34(S1): 71-74+79.

[6] 何瀟劍. 汕頭蘇埃灣海底長(zhǎng)大隧道消防水系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討[J]. 給水排水, 2017, 53(9): 77-81.

[7] 鄭中越. 自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)噴頭動(dòng)作時(shí)間的計(jì)算方法[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào), 2009, 6(9): 71-72.

[8] 知化汽車(chē). 近5年新能源電動(dòng)汽車(chē)起火狀態(tài)的統(tǒng)計(jì)[EB/OL].https://zhuanlan.zhihu.com/p/112435866,2020-03-11.

[9] 電動(dòng)知家. 2016新能源電動(dòng)汽車(chē)起火事故匯總分析[EB/OL] https://www.sohu.com/a/125712108_526255, 2017-02-08.

[10] 張得勝, 張良, 陳克, 等. 電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)原因調(diào)查研究[J]. 消防科學(xué)與技術(shù), 2014, 33(9): 1091-1093.

[11] 黃光宇. 特長(zhǎng)城市隧道消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇[J]. 中國(guó)給水排水, 2018, 34(24): 79-83.

[12] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范: (GB/T50974-2014)[S]. 2014.

[13] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范: (GB/T50016-2014(2018年版))[S]. 2018.

[14] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范: (GB/T50140-2005)[S]. 2018.

[15] 張青松, 曹文杰, 羅星娜, 等. 基于多米諾效應(yīng)的鋰離子電池?zé)後尫潘俾史治龇椒╗J]. 北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào), 2017, 43(5): 902-907.

[16] Wang Z, Yang H, Li Y,et al. Thermal runaway and fire behaviors of large-scale lithium ion batteries with different heatingmethods[J]. Journal of Hazardous Materials, 2019, 379:120730.

[17] 潘鳴宇, 及洪泉, 邱明泉, 等. 電動(dòng)汽車(chē)鋰離子電池組火災(zāi)數(shù)值模擬研究[J]. 中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù), 2020, 16(6): 104-109.

[18] Mcgrattan K B, Mcdermott R J,Weinschenk C G, et al. Fire Dynamics Simulator Users Guide, Sixth Edition[J]. Nist Special Publication, 2013.

[19] 何瀟劍. 公路隧道消防滅火系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J]. 隧道建設(shè), 2017, 37(4): 505-509.

[20] 陳海洲. 淺談《電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)技術(shù)規(guī)程》消防系統(tǒng)[J]. 建材與裝飾, 2019, 9(1): 63-64.

[21] 廣東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳. 電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)技術(shù)規(guī)程: (DBJ/T15-150-2018)[S]. 2018.

[22] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范: (GB 50116-2013)[S]. 2013.

Research on fire characteristics and safety management fire-fighting system design of Lithium-ion battery vehicles in the enclosure fire

SuiXin1, LiuFei1, Zhou Biao2

(1. Wuhan marine electric propulsion research institute, Wuhan 43000, China; 2. College of emergency management and safety engineering,china university of mining and technology (Beijing),Beijing 100083, China)

TM912

A

1003-4862（2022）10-0005-06

2022-02-15

隋鑫（1987-），男，高級(jí)工程師。研究方向：鋰電池安全。E-mail：svensui@hotmail.com