船舶運(yùn)輸電動汽車安全風(fēng)險(xiǎn)及對策

羅 薇 葛育英 張春龍 李 霞

一、引言

近年來，電動汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，全球著名市場調(diào)研機(jī)構(gòu)科納仕（Canalys）發(fā)布的《2021年全球電動汽車研究報(bào)告》顯示：2021年全球電動汽車銷量約為650萬輛，比上年增長109%，其中，中國大陸銷售的電動汽車占全球電動汽車的一半，共320萬輛，占所有新車銷量的15%。2020年11月，國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》提出：到2035年純電動汽車成為銷售主流，公共領(lǐng)域用車全面電動化。在碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)背景下，電動汽車普及是大勢所趨，由此產(chǎn)生的船舶運(yùn)輸電動汽車的需求也急劇增長。

自電動汽車問世以來，因充電起火、碰撞起火、自燃等原因造成的火災(zāi)時(shí)有發(fā)生，讓公眾對電動汽車的安全性產(chǎn)生了擔(dān)憂。特別是近幾年，船舶載運(yùn)電動汽車發(fā)生多起火災(zāi)事故，安全風(fēng)險(xiǎn)日益突出，對航運(yùn)業(yè)和監(jiān)管部門提出了新的挑戰(zhàn)。2022年2月16日，載有約4 000輛大眾集團(tuán)旗下豪車的巴拿馬籍“Felicity Ace”號滾裝船發(fā)生火災(zāi)，最終導(dǎo)致船舶沉沒，引起了全球廣泛關(guān)注。電動汽車的安全運(yùn)輸迫切需要業(yè)界和監(jiān)管部門深入研究。本文基于電動汽車水路運(yùn)輸和管理現(xiàn)狀，從鋰電池特性及風(fēng)險(xiǎn)、電動汽車類型、滾裝運(yùn)輸方式風(fēng)險(xiǎn)和電動汽車火災(zāi)特點(diǎn)等方面分析船舶載運(yùn)電動汽車的安全風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而提出對策建議，供相關(guān)方面參考。

二、電動汽車船舶運(yùn)輸和管理現(xiàn)狀

不同于傳統(tǒng)燃油汽車，電動汽車的能量主要來源于動力電池。目前，市面上電動汽車分為油電混動、插電混動以及純電三種類型，車載動力電池以三元電池和磷酸鐵鋰電池為主。根據(jù)中汽協(xié)和動力電池產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2021年我國電動汽車動力電池裝機(jī)量累計(jì)154.5 GWh。其中，三元電池裝機(jī)量占比48.1%，磷酸鐵鋰電池裝機(jī)量占比51.7%。

目前，船舶載運(yùn)電動汽車主要包括集裝箱運(yùn)輸和滾裝運(yùn)輸兩種形式。滾裝運(yùn)輸是指將電動汽車直接開到船上置于船舶特定處所的運(yùn)輸方式，具有安全性高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此成為電動汽車水路運(yùn)輸最主要的物流方式。按照載運(yùn)船舶類型劃分，滾裝運(yùn)輸又具體分為汽車運(yùn)輸船、滾裝船以及滾裝客船三種情況。通常，汽車運(yùn)輸船和滾裝船以運(yùn)輸商品汽車（包括新車和二手汽車）為主，滾裝客船以運(yùn)輸家用汽車為主。

依據(jù)《國際海運(yùn)危險(xiǎn)貨物規(guī)則》的要求，在水路運(yùn)輸時(shí)，電動汽車屬于危險(xiǎn)貨物（第9類雜項(xiàng)危險(xiǎn)貨物），聯(lián)合國編號為UN 3171。但在滾裝運(yùn)輸時(shí)，積載在船舶指定處所內(nèi)的電動汽車可按照普通貨物運(yùn)輸。無論是按照危險(xiǎn)貨物還是普通貨物管理，船舶載運(yùn)電動汽車都必須確保車內(nèi)裝機(jī)電池的安全，防止電池在運(yùn)輸過程中損壞、短路和意外啟動。根據(jù)《中華人民共和國海上交通安全法》等相關(guān)法律法規(guī)，客船載運(yùn)乘客不得同時(shí)載運(yùn)危險(xiǎn)貨物。從國際慣例和我國實(shí)際情況看，集裝箱運(yùn)輸?shù)碾妱悠嚲凑瘴ｋU(xiǎn)貨物管理，滾裝運(yùn)輸?shù)碾妱悠嚲凑掌胀ㄘ浳锕芾?，符合《國際海運(yùn)危險(xiǎn)貨物規(guī)則》的要求。據(jù)了解，我國部分港口碼頭考慮到電動汽車的潛在風(fēng)險(xiǎn)和船舶消防局限，禁止其通過滾裝客船運(yùn)輸。

三、船舶運(yùn)輸電動汽車安全風(fēng)險(xiǎn)分析

（一）鋰電池特性及風(fēng)險(xiǎn)

無論是純電動汽車、油電混合動力汽車，還是插電式混合動力汽車，其裝機(jī)電池均為鋰電池。鋰電池作為電動汽車最重要的系統(tǒng)，也是決定汽車安全的重要因素，而電池的安全往往受生產(chǎn)工藝、電池材料、荷電狀態(tài)以及環(huán)境和操作等因素影響。

1.生產(chǎn)工藝

鋰電池按照形態(tài)可分為圓柱電池、方形電池和軟包電池等，其生產(chǎn)工藝有一定差異，但整體上可將鋰電池制造流程劃分為前段工序（極片制造）、中段工序（電芯合成）和后段工序（化成封裝）。由于鋰離子電池在安全性能方面的標(biāo)準(zhǔn)很高，因此在電池制造過程中對鋰電設(shè)備的精度、穩(wěn)定性和自動化水平都有極高的要求。如果在制造過程中存在安全缺陷，會影響鋰電池的性能及使用壽命，嚴(yán)重時(shí)甚至可能發(fā)生爆炸，威脅人身和財(cái)產(chǎn)安全。例如前幾年國內(nèi)的造車新勢力威馬EX5就因?yàn)殡姵卮嬖谥圃烊毕?，?dǎo)致化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，接連發(fā)生多起自燃事故。

2.電池材料

目前，動力電池類型以三元鋰電池（如特斯拉、理想、蔚來及大眾等品牌）和磷酸鐵鋰電池（如比亞迪等品牌）為主。三元鋰電池是正極材料使用鎳鈷錳酸鋰[Li（NiCoMn）O2]或者鎳鈷鋁酸鋰的三元正極材料的鋰電池，具有能量密度較高、續(xù)航能力強(qiáng)、抗低溫等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是電池穩(wěn)定性較差，當(dāng)溫度達(dá)到250～350 ℃時(shí)容易熱失控，在快速充電過程中存在較高的自燃風(fēng)險(xiǎn)，對散熱性能的要求很苛刻。磷酸鐵鋰電池是一種使用磷酸鐵鋰（LiFePO4）作為正極材料、碳作為負(fù)極材料的鋰離子電池，雖然能量密度、續(xù)航方面不如三元鋰電池，但使用循環(huán)壽命較長，最大優(yōu)勢是安全性高，熱穩(wěn)定性好，熱失控溫度普遍在500 ℃以上，電池自燃的風(fēng)險(xiǎn)很低。新能源汽車國家大數(shù)據(jù)聯(lián)盟的報(bào)告顯示，2020年1—9月的電動車起火事件中，使用三元鋰電池的車輛占比高達(dá)95%，磷酸鐵鋰電池只占5%。據(jù)悉，巴拿馬籍“Felicity Ace”號滾裝船火災(zāi)事故中搭載的保時(shí)捷Taycan、奧迪e-tron、大眾ID.4等電動汽車均使用三元鋰電池。

3.荷電狀態(tài)

電池的荷電狀態(tài)（State of Charge，簡稱SOC），顧名思義是指電池中剩余電荷的可用狀態(tài)，一般用百分比來表示。當(dāng)SOC降低到較低水平時(shí)，可有效地減緩鋰電池?zé)醾鲗?dǎo)的擴(kuò)散并降低危險(xiǎn)事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。2021年1月1日實(shí)施的由工業(yè)和信息化部及國家能源局指導(dǎo)編制的《電動汽車安全指南》（2019版），建議在運(yùn)輸過程中電動汽車的SOC保持在40%～70%之間。但需要注意的是，如果SOC過低，鋰電池會出現(xiàn)析鋰，而析鋰是電池發(fā)生熱失控的主要原因，這種情況會引起電池內(nèi)短路，存在一定的安全隱患。

4.環(huán)境及操作

鋰電池引起火災(zāi)事故主要原因包括內(nèi)部短路、外部短路或過度充電等。鋰電池內(nèi)部短路主要有機(jī)械失控、電化學(xué)失控以及溫度失控三種誘因。外部短路一般是電池安裝或維修操作不當(dāng)引起的。過度充電火災(zāi)一般發(fā)生在充電時(shí)。鋰電池如果長時(shí)間處于高溫環(huán)境，發(fā)生擠壓或碰撞，或者在安裝、維修、充電時(shí)操作不當(dāng)?shù)龋涂赡芤l(fā)電池的短路、漏液甚至發(fā)生燃燒、爆炸。

（二）電動汽車類型及火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)

1.汽車類型

根據(jù)美國國家運(yùn)輸安全委員會（NTSB）和運(yùn)輸統(tǒng)計(jì)局（BTS）的數(shù)據(jù)，美國在2021年全年只有52輛純電動汽車發(fā)生自燃，但是混合動力汽車發(fā)生自燃事故的數(shù)量高達(dá)16 051起。按每10萬輛銷售汽車中發(fā)生火災(zāi)的車輛來算，混合動力汽車的起火數(shù)量為3 474.5輛，純電動汽車的起火數(shù)量只有25.1輛?；旌蟿恿ζ嚨钠鸹鸶怕适羌冸妱悠嚨?38倍，混動汽車安全風(fēng)險(xiǎn)要遠(yuǎn)高于純電動汽車。主要原因是混動汽車結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，既擁有傳統(tǒng)燃油車復(fù)雜的機(jī)械、電路結(jié)構(gòu)，又搭載了純電動汽車最容易發(fā)生自燃的動力電池，幾乎同時(shí)擁有純電動汽車與傳統(tǒng)燃油車這兩種車型起火的“病根”。

2.新舊情況

有資料顯示，使用過的電池很大比例存在不同程度的析鋰現(xiàn)象，原則上使用過的電動汽車安全風(fēng)險(xiǎn)要高于新出廠的電動汽車。2020年6月4日，挪威籍汽車運(yùn)輸船“Hoegh Xiamen”號發(fā)生火災(zāi)事故，據(jù)稱原因就是船上一輛二手汽車的電池自燃?；趯Χ制嚢踩L(fēng)險(xiǎn)的考慮，目前越來越多汽車運(yùn)輸船承運(yùn)人開始拒絕運(yùn)輸存在風(fēng)險(xiǎn)的二手電動汽車。

（三）滾裝運(yùn)輸方式帶來的風(fēng)險(xiǎn)

1.綁扎系固

近幾年船載電動汽車火災(zāi)事故大多發(fā)生于滾裝運(yùn)輸中。與集裝箱獨(dú)立運(yùn)輸方式不同，滾裝運(yùn)輸是通過船舶尾跳板將車輛開上船，通過船內(nèi)甲板間的斜坡及升降機(jī)到達(dá)原計(jì)劃甲板，停放在計(jì)劃位置，并進(jìn)行捆扎。對于大型貨車，采用綁帶捆扎輪轂或前后牽引鉤，將車輛固定在甲板上。但對于小型家用汽車和客車，由于汽車本身無專用系固點(diǎn)，因此僅使用楔形木塊塞住四個(gè)車輪以達(dá)到固定目的。在大風(fēng)浪航行條件下，船舶往往會產(chǎn)生較大的橫搖和較小的搖擺周期，隨著船舶搖擺，車輛極容易發(fā)生位移，引起車輛之間的擠壓碰撞，進(jìn)而造成電池受損，發(fā)生自燃。

2.積載隔離

電動汽車作為新興產(chǎn)業(yè)，在過去幾年經(jīng)歷了飛速發(fā)展，船舶運(yùn)輸量暴增。在確保鋰電池安全的前提下，積載于特定的安全處所，是電動汽車作為普通貨物滾裝運(yùn)輸?shù)闹匾獥l件。目前現(xiàn)行有效的SOLAS公約和國內(nèi)船檢技術(shù)法規(guī)對車輛處所、滾裝處所、特種處所的定義，僅考慮了裝載燃油汽車的情形，不包括載運(yùn)電動汽車的情況，滾裝客船、滾裝貨船現(xiàn)有的防火分隔、車輛艙消防布置能否滿足載運(yùn)電動汽車的安全要求，值得探討。

同時(shí)，滾裝運(yùn)輸時(shí)的電動汽車與燃油汽車混裝，車輛間的間距非常小，通常僅留有夠一人通過的過道。一旦發(fā)生火情，難以及時(shí)準(zhǔn)確地確定起火點(diǎn)、起火物以及火勢等情況。車輛之間的相互影響、狹窄的救援通道給消防應(yīng)急帶來了極大的困難。

（四）電動汽車火災(zāi)特點(diǎn)

不同于燃油汽車火災(zāi)，電動汽車火災(zāi)具有類型復(fù)雜、溫度高、難撲救、易復(fù)燃、火勢快等特點(diǎn)。據(jù)了解，鋰電池從出現(xiàn)燃燒跡象到猛烈燃燒，只需要6 s，其燃燒溫度將達(dá)到600～1 000 ℃，遠(yuǎn)超普通汽柴油著火時(shí)達(dá)到的400 ℃左右的溫度[1]，鋰電池燃燒還伴隨著火焰噴射和高溫腐蝕性液體飛濺。同時(shí)，由于車內(nèi)鋰電池起火伴隨著較為復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，無氧環(huán)境也可以劇烈反應(yīng)，一旦電動汽車發(fā)生火災(zāi)，二氧化碳、泡沫干粉、壓力水霧等常規(guī)滅火方法難以有效滅火，即便撲滅明火，化學(xué)反應(yīng)和高溫也非常容易導(dǎo)致復(fù)燃，直至電池燃盡。美國消防協(xié)會（NFPA）對鋰電池的研究表明，真正能滅鋰電池火的滅火劑目前是不存在的。因此，做好風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控、防止電動汽車火災(zāi)發(fā)生才是保障安全的關(guān)鍵。

四、對策建議

（一）開展電動汽車危險(xiǎn)性研究，完善滾裝船運(yùn)輸電動汽車安全舉措

隨著“雙碳”戰(zhàn)略的不斷推進(jìn)，鋰電池電動車的數(shù)量將快速增長，通過水路（尤其是環(huán)渤海地區(qū)、瓊州海峽和舟山群島等區(qū)域）運(yùn)輸電動汽車的需求會持續(xù)增加，建議深入開展電動汽車危險(xiǎn)性及水路安全運(yùn)輸條件研究，分析電動汽車火災(zāi)發(fā)生、發(fā)展和演變的機(jī)理與特點(diǎn)，運(yùn)用科學(xué)的方法做好風(fēng)險(xiǎn)源辨識以及風(fēng)險(xiǎn)防控，探索建立并完善船舶載運(yùn)電動汽車的相關(guān)制度、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)電動汽車水路安全運(yùn)輸。一是開展?jié)L裝船載運(yùn)電動汽車貨艙適裝能力評估，制定汽車運(yùn)輸船、滾裝船和滾裝客船貨艙布置以及消防設(shè)施等技術(shù)檢驗(yàn)規(guī)范，并有針對性地修訂SOLAS公約、《IMDG規(guī)則》和國內(nèi)船檢技術(shù)法規(guī)，滿足船舶安全運(yùn)輸要求。二是借鑒普通燃油汽車滾裝運(yùn)輸實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，制定滾裝船舶載運(yùn)電動汽車安全運(yùn)輸技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提高電動汽車運(yùn)輸安全。三是針對二手電動汽車的安全風(fēng)險(xiǎn)，研究二手電動汽車滾裝安全運(yùn)輸?shù)目尚行?，提出風(fēng)險(xiǎn)防控舉措，設(shè)置禁運(yùn)標(biāo)準(zhǔn)。

（二）運(yùn)輸企業(yè)積極落實(shí)安全生產(chǎn)主體責(zé)任，采取有效措施做好風(fēng)險(xiǎn)防控

一是要切實(shí)加強(qiáng)上船前安全檢查，嚴(yán)格控制有安全隱患的電動汽車上船。二是要科學(xué)實(shí)施分類分區(qū)管理，建立電動汽車的登記制度，設(shè)置電動汽車專門積載區(qū)，不得與燃油車輛混合積載，車輛之間保持有效的安全距離。三是要強(qiáng)化運(yùn)輸途中的安全保護(hù)和巡查監(jiān)視。嚴(yán)格按照系固手冊對車輛進(jìn)行綁扎系固，利用先進(jìn)的監(jiān)測監(jiān)視設(shè)備，加強(qiáng)對貨艙的安全檢查力度[2]。四是要強(qiáng)化應(yīng)急處置能力。制定船舶電動汽車火災(zāi)事故應(yīng)急處置預(yù)案，定期組織船員及相關(guān)人員開展船上應(yīng)急演習(xí)和培訓(xùn)，提升船員識險(xiǎn)避險(xiǎn)能力，提高專業(yè)素養(yǎng)和應(yīng)急處置技能。

（三）加強(qiáng)對消防技術(shù)的研發(fā)，提高電動汽車火災(zāi)事故應(yīng)急處置水平

由于缺乏有效的鋰電池火災(zāi)消防措施，電動汽車起火后難以有效撲滅，一般要待車中電池燃盡后方能徹底滅火。建議海事管理機(jī)構(gòu)聯(lián)合消防部門、科研院所和企業(yè)共同開展電動汽車火災(zāi)消防技術(shù)研發(fā)，開發(fā)有針對性的滅火裝置或方法，增強(qiáng)火災(zāi)事故應(yīng)急處置能力，降低火災(zāi)影響。