“二分法”在撲救新能源汽車火災(zāi)中的應(yīng)用

占捷捷

摘要：近年來，新能源車輛火災(zāi)事故時有發(fā)生，因其火災(zāi)撲救方式與傳統(tǒng)燃油車存在顯著區(qū)別，故就新能源汽車原理、鋰電池的構(gòu)造特點以及其火災(zāi)特點進(jìn)行研究，以總結(jié)新能源汽車火災(zāi)撲救的一些措施，為相關(guān)的工作和研究提供參考。

關(guān)鍵詞：新能源汽車；火災(zāi)；鋰電池

2023年，新能源汽車產(chǎn)銷分別完成了958.7萬輛和949.5萬輛，同比分別增長35.8%和37.9%，新車銷量達(dá)到汽車新車總銷量的31.6%。2024年，新能源汽車產(chǎn)銷也將達(dá)到1150萬輛左右的規(guī)模，增長20%左右[1]。

隨著新能源汽車銷量持續(xù)增長，車輛基數(shù)不斷擴大，安全隱患也在增多，火災(zāi)數(shù)量呈逐年攀升趨勢。新能源汽車火災(zāi)有燃燒猛烈、持續(xù)時間長、爆炸危險性高等特點，使得其火災(zāi)撲救戰(zhàn)術(shù)也和傳統(tǒng)燃油車存在顯著差異。在撲救新能源汽車火災(zāi)時，應(yīng)采取“二分法”進(jìn)行針對性處理。一方面，要關(guān)注車體部分，燃燒物為塑料、橡膠、織物、汽油等常規(guī)可燃物，撲救過程中應(yīng)重點防止輪胎、油箱爆燃爆炸。另一方面，要關(guān)注電池組、電控、電路組成的三電系統(tǒng)，重點是電池組的冷卻、高壓電路系統(tǒng)的防觸電。

1 常見新能源汽車原理分析

新能源汽車在車身結(jié)構(gòu)方面與傳統(tǒng)燃油車的區(qū)別主要在動力系統(tǒng)方面，了解車輛結(jié)構(gòu)與工作原理，特別是電池位置和燃燒特性、電路系統(tǒng)的電壓電流參數(shù)等，有助于更加快速有效的處理新能源汽車火災(zāi)。

目前，在售新能源汽車主要有兩大類：一是混合動力車型新能源汽車；二是純電車型新能源汽車。其中，混合動力系統(tǒng)的原理比較復(fù)雜，根據(jù)油電混合的程度分為輕混和重混[2]。輕混系統(tǒng)基本以鎳氫電池為電源，發(fā)生燃燒或爆炸的可能性非常低。故以下提到的混動車型均指以鋰電池為電源的重混車型。純電車型的結(jié)構(gòu)較為簡單，各廠家的不同量產(chǎn)車型工作原理基本類似，均采用大型鋰電池組串聯(lián)作為動力電源。

1.1? 常見混動車輛的結(jié)構(gòu)及工況參數(shù)

混動車型經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，廠家對車身結(jié)構(gòu)、工作原理進(jìn)行了不斷改進(jìn)。滅火救援當(dāng)中，需要關(guān)注混動車輛電池組的種類、體積、重量、電量和電壓（高壓）及布置位置、電控系統(tǒng)的電壓及布置方式。

混動車型當(dāng)中，電池布置位置多種多樣，主要布置位置有后備箱、后排座椅下方、底盤中央等位置。生產(chǎn)年代較近的車輛多采取底盤下方布置的方案。生產(chǎn)年代較早的則多采取后備箱或座椅下方布置的方案。

常見混動車輛的工作原理為電池組輸出直流電（300～400V）經(jīng)逆變器逆變?yōu)榻涣麟姡?00～600V）輸出至電機與發(fā)動機共同驅(qū)動車輛。常見混動車輛純電續(xù)航里程50～150km，電池充電電量為10～30kW·h，電池體積和質(zhì)量根據(jù)續(xù)航里程增大而增大，質(zhì)量為100～300kg。

1.2? 常見純電車輛的結(jié)構(gòu)及工況參數(shù)

純電新能源車型工作原理較為簡單，電池組輸出直流電（300～400V）經(jīng)逆變器逆變?yōu)榻涣麟姡?00～600V）輸出至電機驅(qū)動車輛。為了提高車輛性能，某些純電車輛逆變器輸出的交流電壓可達(dá)800V。由于電池組體積較大，布置方式多為車輛底盤下方，質(zhì)量為400～700kg，少數(shù)車型可達(dá)900kg，滿電電量約為30～60kW?h。

2 常見鋰電池組結(jié)構(gòu)及燃燒特點

2.1? 新能源車用鋰離子電池的分類及特點

在售的絕大多數(shù)新能源車都使用鋰離子電池，單體電池串聯(lián)成為電池包，電池包串聯(lián)成為電池組，電池組繼續(xù)串聯(lián)或并聯(lián)為車輛供電。柱狀18650鋰電池組成電池模塊見圖1。

按正負(fù)極材料分為磷酸鐵鋰離子電池、三元鋰離子電池（鎳鈷錳酸鋰離子電池、鎳鈷鋁酸鋰離子電池）等。按照封裝形式可分為柱狀、方形、軟包等[3]。其中，磷酸鐵鋰電池的優(yōu)點是有著較為穩(wěn)定的電化學(xué)性能，在充放電過程中不易燃燒爆炸，在短路、擠壓、針刺甚至高溫（130℃左右）烘烤等過程當(dāng)中仍然能表現(xiàn)出優(yōu)良的安全性；缺點是電量密度低、一致性差、不耐低溫。而三元鋰離子電池則電量密度高、一致性好、較為耐低溫；缺點是化學(xué)性質(zhì)活潑，受擠壓、穿刺、高溫等影響容易發(fā)生燃燒和爆炸。

封裝形式也一定程度影響了電池的安全性，如某車型采用的18650、26700等柱狀單體外殼為鋁制，較為堅硬，內(nèi)部失穩(wěn)后產(chǎn)生大量氣體短時間膨脹發(fā)生爆炸。而軟包電池，如某品牌生產(chǎn)的刀片電池，其封裝材料為膜狀，伸縮性能較好，內(nèi)部產(chǎn)生氣體后會發(fā)生鼓包形變，不容易爆炸。

2.2? 鋰離子電池的燃燒特性

鋰離子電池化學(xué)性質(zhì)極為活潑，在絕氧條件下即可發(fā)生劇烈燃燒，并產(chǎn)生大量有毒氣體。觸發(fā)鋰離子電池?zé)崾Э氐脑蛴嗅槾?、過充、電池內(nèi)短路、電池自身老化、環(huán)境溫度過高等。電池內(nèi)部短路和過充是造成鋰離子電池?zé)崾Э氐淖钪饕騕4]。實驗表明，在130℃以上對鈷酸鋰電池（LCO）、鎳鈷錳酸鋰電池（NMC）、磷酸鐵鋰電池（LFP）這三種電池泄漏氣體的組分進(jìn)行采樣分析，發(fā)現(xiàn)其主要成分大致相同。主要成分由CO2、CO、H2、CH4、C2H4、HF等氣體組成，且在一般情況下CO、CO2、H2的組分占到了70%以上[5]。從燃燒產(chǎn)物判斷，鋰電池燃燒具有一定的毒性（CO）和腐蝕性（HF），需要做好個人防護(hù)。電池組的燃燒程度除了與本身化學(xué)特性相關(guān)外，主要影響因素是電池電量，電池電量越高，電池的燃燒猛烈程度越大，爆炸危險性越高[6]。

電池組的燃燒溫度可達(dá)800℃以上，猛烈燃燒持續(xù)時間可達(dá)1h，燃燒產(chǎn)生的氣體會裹挾電解液等物質(zhì)形成“白煙”噴射而出。由于燃燒過程存在可燃?xì)怏w、電解液和固體殘渣等，因此鋰電池模組火災(zāi)可初步判定為氣體火（C類火）、液體火（B類火）和固體火（A類火）綜合的火災(zāi)。見圖2。

3 “二分法”撲救新能源車火災(zāi)

3.1? 判別車型、確定電池位置

在到達(dá)現(xiàn)場時，應(yīng)首先根據(jù)車牌顏色、車輛標(biāo)志型號、是否有排氣管等外部特征判別車輛是否為新能源汽車及車輛的具體類型（混動、純電）。在判別車輛類型后，可通過外部觀察及經(jīng)驗積累確定電池包的位置，為后續(xù)冷卻電池組做好準(zhǔn)備。在到場后，應(yīng)派專人尋找可靠連續(xù)的水源，為冷卻電池組做準(zhǔn)備，并呼叫聯(lián)勤單位增派吊車等起重車輛，拿取破拆器材，為后期吊升或破拆車輛做準(zhǔn)備。

3.2? 切斷動力電源、撲滅車體火勢

新能源車輛的工作電壓為400～800V，均遠(yuǎn)低于隨車配備的絕緣手套、滅火救援靴等裝備絕緣電壓，但應(yīng)注意水漬可能影響這些裝備的絕緣防護(hù)性能。到場后應(yīng)迅速用車載泡沫、干粉等高效滅火劑對車體火勢進(jìn)行打擊壓制，同時注意對混動車型油箱的冷卻，打擊火勢初期應(yīng)佩戴絕緣手套、滅火救援靴，采取點射的方式防止觸電。安全員要利用漏電檢測棒檢測車體帶電情況。

在打擊火勢的同時，迅速尋找車輛電源保險或電池組橙色電源主電纜（見圖3），在做好絕緣防護(hù)的前提下采用斷線剪等工具將動力電源與車體斷開。部分車型電池與車身采用插銷式連接方式，主電纜不在明顯位置，應(yīng)詢問廠家工作人員切斷電源的方式。

3.3? 冷卻電池組防止發(fā)生爆炸

在車體火勢得到控制后，應(yīng)迅速轉(zhuǎn)換開花模式用水對電池組進(jìn)行冷卻。由于大部分車輛電池組位于后備箱、底盤下方等水流難以到達(dá)的地方，應(yīng)利用吊車起重設(shè)備將電池位于底盤的車體吊升，或多人將車輛掀起至側(cè)臥位。對電池位于后備箱的車輛可將后車門或后備箱進(jìn)行破拆，方便水流冷卻。此外，電池包外部會有堅硬的鋼制或鋁制保護(hù)殼，應(yīng)利用已有裂口或破拆創(chuàng)造裂口的方式將水灌入電池防護(hù)殼內(nèi)，對電池組進(jìn)行直接有效的冷卻。

在冷卻過程中，戰(zhàn)斗員應(yīng)佩戴正壓式空氣呼吸器并站在上風(fēng)方向，防止有毒有害氣體造成傷害。安全員應(yīng)持續(xù)利用紅外熱成像儀、測溫槍等裝備關(guān)注電池組溫度，引導(dǎo)水槍手對高溫部位進(jìn)行冷卻降溫。

3.4? 平穩(wěn)控制溫度，擇機徹底終止鋰電池化學(xué)反應(yīng)

新能源電池的燃燒持續(xù)時間較長，在不充分燃燒的情況下，整個過程可能持續(xù)數(shù)小時，冷卻并不能解決問題。在電池包明火熄滅、溫度持續(xù)控制在穩(wěn)定范圍內(nèi)后，可考慮采用浸潤法徹底撲滅電池火。

對電池包不大的混動車型，可采取邊冷卻邊破拆的方法將電池包與車體分離，并將電池包置于附近水塘或滿灌水的大桶內(nèi)，讓電池包充分冷卻直至完全熄滅。對電池包較大的純電車型，可考慮將車輛整體吊至附近河流、大型水塘內(nèi)；或采取破拆肢解電池包的方式，將保護(hù)殼完全拿掉，使電池組完全暴露后用大量水澆灌直至完全熄滅。

4 結(jié)束語

隨著新能源車輛銷量的不斷攀升，其火災(zāi)事故也呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢。針對這一新挑戰(zhàn)，本文剖析了新能源車輛及其火災(zāi)特點，以及鋰電池的構(gòu)造特性，進(jìn)而提出“二分法”這一針對性撲救新能源車輛火災(zāi)的策略。這一戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法是對新災(zāi)害類型應(yīng)對方式的一次探索和嘗試，需要在以后的實戰(zhàn)中不斷檢驗和完善。

參考文獻(xiàn)

[1]中國網(wǎng).中國發(fā)布丨2023年我國汽車產(chǎn)銷量創(chuàng)新高 新能源汽車銷量增長37.9%[EB/OL].http：//news.china.com.cn/2024-01/19/content_116952446.html

[2]余借光.并聯(lián)式混合動力汽車節(jié)能減排性能提升的控制策略研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2017.

[3]馬迷娜.車用三元鋰離子電池組電氣故障特征及其診斷方法研究[D].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2021.

[4]房家慶.鋰離子電池?zé)崾Э芈右?guī)律及抑制方法研究[D].南京：南京理工大學(xué)，2022.

[5]陳昶，劉金柱，邢學(xué)彬，等.鋰離子電池?zé)崾Э禺a(chǎn)生煙氣成分研究綜述[J].當(dāng)代化工研究，2021（20）：20-21.

[6]王功全，孔得朋，平平，等.鋰離子電池?zé)崾Э啬Ｐ途C述[J].電氣工程學(xué)報，2022，17（4）：61-71.