提高電動車火災(zāi)撲救對策分析

馬濤

金塔縣消防救援大隊 甘肅省酒泉市 735300

1 引言

近年來，我國電動汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，為我國節(jié)能減排及環(huán)境保護做出了巨大貢獻(xiàn)[1]。電動汽車以污染低、噪音低等優(yōu)點正在逐步取代傳統(tǒng)燃油汽車，各級政府也紛紛出臺大量優(yōu)惠政策對電動汽車產(chǎn)業(yè)進(jìn)行扶持，加快了電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電動汽車市場保有量逐年升高。但是，由于電動汽車內(nèi)電池包及熱管理技術(shù)尚未達(dá)到完全成熟水平，電動汽車火災(zāi)事故數(shù)量也呈逐年上升趨勢，給人民生命財產(chǎn)安全造成巨大威脅。國家應(yīng)急管理部統(tǒng)計結(jié)果顯示，2022年第一季度全國共發(fā)生新能源汽車火災(zāi)事故640起，同比增長32%，且火災(zāi)數(shù)量遠(yuǎn)高于交通工具火災(zāi)數(shù)量平均增幅。同時，由于電池火災(zāi)發(fā)展迅速，短時間內(nèi)熱釋放速率即可達(dá)到峰值，并且燃燒過程中產(chǎn)生大量有毒有害物質(zhì)，這一特性給電動汽車火災(zāi)的消防救援帶來巨大挑戰(zhàn)[2，3]。由此可見，電動汽車火災(zāi)的防治刻不容緩。

為了提高電動汽車火災(zāi)撲救效率，盡可能降低火災(zāi)影響，防止多米諾效應(yīng)產(chǎn)生，本文在對電動汽車火災(zāi)燃燒特征進(jìn)行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，針對電動汽車火災(zāi)提出了相應(yīng)的撲救策略，并從安全教育、安全使用以及法規(guī)政策制定等方面提出了應(yīng)對電動汽車火災(zāi)的相關(guān)建議，為電動汽車的廣泛推廣及安全使用提供理論參考。

2 電動汽車火災(zāi)主要事故原因分析

2021年1-5月份國內(nèi)電動汽車火災(zāi)事故共發(fā)生34起，其中處于行駛狀態(tài)的為20起，占比59%；處于充電狀態(tài)的為10起，占比29%；處于靜止?fàn)顟B(tài)的為4起，占比12%，如圖1所示。由此可見，電動汽車火災(zāi)危險及消防安全問題已經(jīng)滲入到電動汽車各個環(huán)節(jié)。

圖1 2021年1-5月份電動汽車火災(zāi)發(fā)生時車輛狀態(tài)分析

熱失控是電動汽車火災(zāi)發(fā)生的根本原因，當(dāng)局部電池單體出現(xiàn)熱失控后，其釋放的熱量在短時間內(nèi)迅速向周圍電池擴散，造成連鎖反應(yīng)，電池包內(nèi)能量以失控形式釋放。目前市場上動力電池主要以磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池以及鈷酸鋰電池為主，其中磷酸鐵鋰電池安全性較高，但能量儲存密度元小于三元鋰電池。三元鋰電池較高的能量密度也帶來了更高的火災(zāi)危險性?，F(xiàn)有研究表明，容量為25Ah的三元鋰離子動力電池（約儲存0.1kWh電能）發(fā)生熱失控后會釋放約630，000J能量[4]。圖2顯示了動力電池?zé)崾Э卦?，具體起火原因分析如下：

圖2 動力電池?zé)崾Э卦蚍治?/p>

2.1 碰撞事故

碰撞事故是電動汽車火災(zāi)發(fā)生的主要原因之一。劇烈的碰撞對汽車整體結(jié)構(gòu)造成破壞，強大的擠壓力造成電池包局部變形或破損，甚至被車身結(jié)構(gòu)刺穿，導(dǎo)致電池包內(nèi)部隔膜破損發(fā)生短路造成熱失控，電池內(nèi)溫度及壓力劇烈升高產(chǎn)生明火及可燃?xì)怏w，甚至形成爆炸。由于電池包內(nèi)電池單體高度集中分布，極易造成連鎖反應(yīng)，臨近電池單體受熱后參與燃燒，并引燃車內(nèi)塑料及織物等可燃物，火災(zāi)迅速蔓延至車廂內(nèi)。

2.2 電氣系統(tǒng)故障

除碰撞直接損壞電池包造成火災(zāi)外，電氣系統(tǒng)故障是造成電動汽車火災(zāi)頻發(fā)的另一重要因素。與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車相比，電動汽車內(nèi)電子元器件分布更加密集，其中就包括為動力電池提供充放電功能的高壓線束。由于汽車使用過程中路況條件復(fù)雜或年久線路老化等原因，往往會導(dǎo)致汽車內(nèi)線束絕緣層破損、接觸不良等故障，極易引起短路或局部熱量積聚引發(fā)火災(zāi)。

2.3 熱管理系統(tǒng)失效

熱管理系統(tǒng)是電動汽車核心技術(shù)之一，起到調(diào)節(jié)各部分溫度以及提高能源利用率的作用。該系統(tǒng)能夠?qū)﹄姵匕皠恿ο到y(tǒng)工作狀態(tài)起到實時監(jiān)控作用，當(dāng)電池包溫度過高時及時采取措施進(jìn)行降溫，使電池包溫度始終處于安全高效的運行區(qū)間內(nèi)。一旦電動汽車熱管理系統(tǒng)失效，電池包無法得到有效降溫，導(dǎo)致內(nèi)部熱量積聚引發(fā)熱失控。

3 電動汽車火災(zāi)危險性及消防救援難點分析

傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車起火位置大多自發(fā)動機艙開始，一般能夠給應(yīng)急救援及乘客的逃生留下較為充足的時間。由于電動汽車車身結(jié)構(gòu)的特殊性，火災(zāi)一般自電池包處向車身內(nèi)發(fā)展，迅速點燃車內(nèi)可燃物，給人員逃生造成極大困難。根據(jù)上述電動汽車火災(zāi)發(fā)生原因分析，造成電池?zé)崾Э氐脑驈?fù)雜多樣，并且熱失控發(fā)生后極易引發(fā)火災(zāi)。根據(jù)學(xué)者們對動力電池火災(zāi)燃燒特性的研究成果可知，電池發(fā)生熱失控后，電解液在高溫條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以及自身分解，產(chǎn)生包括氫氣、一氧化碳、甲烷、乙烯等可燃?xì)怏w，這也是導(dǎo)致電動汽車著火的主要因素。根據(jù)動力電池燃燒特性及電動汽車火災(zāi)事故分析，本文對電動汽車火災(zāi)危險性及消防救援難點進(jìn)行了總結(jié)。

3.1 火災(zāi)初期隱蔽性大

一般來講，為了有效利用空間，電動汽車生產(chǎn)廠家都選擇將動力電池包集成在汽車底盤上，即乘員倉正下方位置處。在汽車行駛過程中動力電池發(fā)生火災(zāi)，乘員很難在第一時間及時發(fā)現(xiàn)火情并逃生，當(dāng)發(fā)現(xiàn)火情時，火災(zāi)已經(jīng)發(fā)展到了一定程度，失去了消防救援最佳時機[5]。

3.2 火焰蔓延傳播速度快、溫度高，燃燒持續(xù)時間長

由于熱失控產(chǎn)生的大量可燃?xì)怏w通過電池包破裂處擴散至車廂及空氣中，遇到明火后迅速發(fā)生爆燃，甚至產(chǎn)生爆炸現(xiàn)象，導(dǎo)致火焰在空間范圍內(nèi)蔓延速度極快。電池單體排布密集且之間沒有有效的防護裝置，臨近電池單體受熱后很快被引燃參與燃燒，形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，加劇的火焰的傳播速度。另外，車身內(nèi)部線纜及塑料、織物等均具有良好的可燃性，這也是電動汽車火災(zāi)發(fā)展迅速的原因之一。根據(jù)美國消防協(xié)會對鋰離子動力電池的火災(zāi)實驗研究結(jié)果，動力電池燃燒過程會釋放大量熱量，自電池開始燃燒至達(dá)到劇烈燃燒僅歷時數(shù)秒，電池外部溫度最高可達(dá)1090℃，內(nèi)部溫度最高達(dá)到了1121℃，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車火災(zāi)的389℃[6]，且動力電池燃燒持續(xù)時間可達(dá)到27~90分鐘[7]。

3.3 燃燒產(chǎn)物有毒有害，具有爆炸危險性

動力電池的燃燒除產(chǎn)生大量可燃?xì)怏w外，還會生成二氧化硫、氟化氫、硫化氫、氯化氫以及氰化氫等有毒有害氣體，這些氣體逸出至空氣中后隨著車身內(nèi)縫隙及空調(diào)管路擴散至乘員倉內(nèi)，當(dāng)人體吸入一定量有毒有害氣體后，會出現(xiàn)中毒或者窒息現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了乘員的自救行為，對乘員的生命安全造成極大威脅[8]。同時，消防救援人員在沒有穿戴有效的防毒裝備情況下貿(mào)然靠近火場，容易吸入大量有毒有害物質(zhì)。燃燒時產(chǎn)生的大量可燃?xì)怏w極易在車內(nèi)狹小空間積聚，達(dá)到爆炸濃度極限，當(dāng)遇到明火后即產(chǎn)生爆炸現(xiàn)象，引發(fā)二次災(zāi)害。

3.4 存在觸電危險，消防救援難度大

電動汽車電池包放電電壓一般介于380V~560V之間，電池破損后，內(nèi)部電解液隨之發(fā)生泄漏，高壓線束失去絕緣保護后裸露在空氣中，極易造成乘員及消防救援人員觸電。一些電動汽車火災(zāi)發(fā)生在電池充電階段，高壓充電樁受到破壞后人員觸電風(fēng)險進(jìn)一步增大。

3.5 火災(zāi)救援難度大且復(fù)燃幾率高

由于電動汽車動力電池集成在汽車底盤上，受汽車裝飾物及電池包護板的阻擋，加之作業(yè)空間狹小，使得滅火劑很難直接作用于燃燒位置，并且無法有效對電池包進(jìn)行降溫，消防救援耗費時間大大增加。動力電池遭受到外力破壞或高溫作用后，內(nèi)部原有穩(wěn)定狀態(tài)被打破。外部火焰撲滅后，電池內(nèi)部仍進(jìn)行著一系列化學(xué)反應(yīng)，并不斷積聚熱量，隨時有復(fù)燃的危險。因此，外部有無明火及煙氣不能作為電動汽車火災(zāi)是否有效撲滅的評判標(biāo)準(zhǔn)。例如2021年8月8日，貴州省某地一電動汽車發(fā)生火災(zāi)，消防救援過程中出現(xiàn)了多次復(fù)燃現(xiàn)象，給消防員造成極大困擾。

4 電動汽車火災(zāi)滅火及防治對策研究

通過前文對電動汽車火災(zāi)發(fā)生原因、火災(zāi)燃燒特性以及消防救援難點分析可知，電動汽車火災(zāi)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車火災(zāi)之間表現(xiàn)出己二胺不同的燃燒特性，以往汽車火災(zāi)救援策略已完全不能滿足電動汽車火災(zāi)的消防需求，究其原因是由于可燃物種類及空間分布發(fā)生了巨大的變化。因此，需針對電動汽車制定專業(yè)化火災(zāi)撲救對策及火災(zāi)防治對策，提高電動汽車使用安全性。

4.1 快速偵查火情，做好現(xiàn)場警戒

到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場后需快速偵查火情，根據(jù)現(xiàn)場情況及時劃定警戒范圍，通過對當(dāng)事人及事故現(xiàn)場人員進(jìn)行詢問充分了解人員被困信息、火災(zāi)發(fā)生發(fā)展?fàn)顟B(tài)、電池類型、是否連接充電樁等重要信息，以便根據(jù)實際情況制定相應(yīng)的救援策略。堅持生命第一，科學(xué)施救的原則，首先控制住火焰的發(fā)展，全力營救被困人員。待人員全部救出后集中全部力量將火災(zāi)撲滅。

4.2 做好個人防護，保障人員安全

電動汽車火災(zāi)發(fā)展過程中會產(chǎn)生大量有毒有害氣體，并有爆炸風(fēng)險。因此，參與救援人員需做好足夠的個人防護，穿戴防毒面具以及可燃?xì)怏w濃度探測儀器，在確保可燃?xì)怏w濃度處于安全范圍條件下開展消防救援活動。同時應(yīng)做好絕緣防護，防止觸電事故發(fā)生。

4.3 創(chuàng)造防火隔離帶，阻止火勢蔓延

根據(jù)事故現(xiàn)場情況以及氣象條件將周圍可燃物與火源隔離開防止燃燒的汽車引燃周圍其他車輛，有條件的情況下應(yīng)該及時將汽車挪至開闊地，防止有限空間內(nèi)可燃?xì)怏w積聚發(fā)生爆炸事故。

4.4 選擇合適的滅火介質(zhì)

由于現(xiàn)有滅火劑無法阻斷電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，且其化學(xué)反應(yīng)不需要氧化劑的參與。另外，由于動力電池外包防護層的保護作用，滅火劑無法有效進(jìn)入電池包內(nèi)部撲滅火災(zāi)及有效降溫。因此，最為行之有效的滅火手段為在外部降低動力電池溫度，以減緩內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)的劇烈程度。中科大及上海消防研究所對包括干粉、二氧化碳、水、哈龍以及泡沫在內(nèi)的多種滅火劑撲滅動力電池火災(zāi)效果進(jìn)行了實驗研究[9]，實驗結(jié)果表明水、七氟丙烷滅火劑以及鎂基氣溶膠滅火劑對于撲滅電動汽車火災(zāi)和對動力電池降溫有較好的效果。

4.5 持續(xù)降溫，防止復(fù)燃

根據(jù)動力電池燃燒特征，應(yīng)在明火全部撲滅后持續(xù)向電池包施加滅火劑進(jìn)行降溫，并持續(xù)進(jìn)行溫度監(jiān)測，防止火焰復(fù)燃。后續(xù)處理過程中應(yīng)將事故車輛單獨存放，以免發(fā)生復(fù)燃。

4.6 制定嚴(yán)格行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，加強安全宣傳教育

國家及行業(yè)應(yīng)制定嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范電動汽車的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，從根本上提高電動汽車安全性及可靠性；加強電動汽車駕駛員安全意識及技能培訓(xùn)，在電動汽車火災(zāi)發(fā)生第一時間采取有效措施并報警，防止事故范圍擴大。

5 結(jié)語

電動汽車保有量的劇增給消防安全帶來極大挑戰(zhàn)，本文對電動汽車火災(zāi)發(fā)生的主要原因進(jìn)行了簡要分析，討論了動力電池的火災(zāi)特征及危險性，在此基礎(chǔ)上分析了電動汽車火災(zāi)的消防難點，并提出了相應(yīng)的滅火對策及火災(zāi)預(yù)防對策，對電動汽車火災(zāi)的事故救援具有一定的指導(dǎo)作用。