新能源電動汽車消防安全現狀與思考

摘要：中國電動汽車產業飛速發展，但是近期發生多起電動汽車著火的重大安全事故，引起了社會的廣泛關注和消費者的擔憂，對國家消防應急管理和新能源汽車產業發展帶來了嚴峻挑戰。通過分析電動汽車安全事故分類及其安全失控機理，以及業界目前提出的各種安全解決思路，考慮及時報警、控制或延緩失控過程和及時共享安全事故原因等影響新能源電動汽車消防救援的關鍵因素，提出了新能源汽車智慧消防安全解決方案，從新能源汽車安全的全天候無死角實時監控技術，控制或延緩熱失控過程的“防火墻”技術，到將新能源汽車的消防安全問題納入到城市智慧消防體系，形成比較完備的一體化解決方案。

關鍵詞：電動汽車;動力電池;安全;消防

1 引言

習近平總書記在上汽集團考察時曾指出，發展新能源汽車是中國從汽車大國走向汽車強國的必由之路。近年來，中國電動汽車產業飛速發展，趨勢已不可逆轉。中國汽車工業協會發布最新數據顯示，國內9月車市整體遇冷，新能源車銷量卻創歷史新高;1～9月，我國新能源汽車產銷分別完成73.5萬輛和72.1萬輛，比上年同期分別增長73%和81.1%[1]。全球來看，根據EV Sales網站公布的數據，1～9月全球電動汽車銷量同比激增61%，首次突破20萬輛創歷史新高，1～9月全球電動汽車累計銷量近130萬輛，全年有望超過200萬輛。根據麥肯錫的電動汽車指數，去年全球新車銷量首次超過120萬輛，按照目前的增長軌跡，到2020年，電動汽車制造商的銷量可能會翻兩番，達到450萬輛，約占全球輕型汽車市場的5%[2]。而根據歐陽明高院士預測，到2030年電動汽車保有量占比最高將達50%，數量最高將達1億輛。

電動汽車產業在迎來發展機遇的同時，也面臨著嚴峻的消防安全問題。2017年北京蟹島發生嚴重的新能源大巴起火事故，導致數十輛車著火燒損。今年7月以來，國內又密集發生多起電動汽車著火的重大安全事故，消防安全問題引起了社會的廣泛關注，也引起了業界和消費者的擔憂，對國家消防應急管理和新能源汽車產業發展帶來了嚴峻挑戰，加強安全保障已成為推動新能源汽車產業持續健康發展的當務之急和重中之重。2017年馬凱副總理在北京調研時提出“三個統籌”，其中第三個統籌為“發展和安全統籌”，要求以發展促安全、以安全保發展，加快技術支撐、標準規范、運行監控、安全責任和安全法規五大體系建設。可以看出國家領導對電動汽車行業的安全非常之重視，并就行業安全做出了明確指示。

面對今年中期以來新能源電動汽車，特別是電動公交物流等公共交通出行領域消防安全的嚴峻形勢，工信部9月緊急印發了《關于開展新能源乘用車、載貨汽車安全隱患專項排查工作的通知》和《關于開展新能源客車安全隱患專項排查工作的通知》，在全國范圍內開展電動汽車產品安全大排查。學術界和產業界集中研討了引起電動汽車安全失控的因素，并提出建立從標準、技術、設計、制造到行業監管的一整套安全預防體系，以減少安全事故的發生幾率。但是，如何基于智慧消防對電動汽車消防安全事故進行全天候監測，提前預判并及時預警，以及如何控制或延緩早期安全失控事故的發生，為消防爭取到寶貴時間并提供數據支持，既是目前的研究盲點，也是當前形勢下國家應急管理部門亟待解決的重大課題。開展新能源電動汽車的智慧消防安全研究，具有十分重要的科學價值、社會價值和經濟意義。

2 新能源電動汽車安全問題現狀

雖然電動汽車頻繁起火已經成為當前關注電動汽車安全的首要問題，大家也公認電動汽車的安全將決定整個新能源汽車產業的成敗。但是對于新能源電動汽車消防安全問題，目前還基本處于九龍治水，各管一頭的狀態。

新能源汽車產業界普遍認為，產品質量問題是安全事故頻發的罪魁禍首。9月20日，在2018全球未來出行大會上，中國科學院院士歐陽明高認為產品質量問題是近期新能源汽車起火事件主要原因，企業過分追求補貼技術指標，導致了技術驗證不足、工程解決方案不成熟，給產品質量埋下了巨大隱患[3]。

國家新能源汽車技術創新工程專家組組長王秉剛認為，電動汽車安全問題重視程度還很不夠，所有從事與新能源汽車相關工作的人員都應將安全放在首位。他還認為對安全監控網絡要注重實效，部分火災發生前其監控網已提前顯示警告信息，但未引起關注與采取措施，說明安全責任不清，監控網站流于形式 [4]。

消防部門也一直在關注新能源汽車的消防安全問題。上海消防研究所承擔了國家“863”計劃“下一代高性能純電動轎車動力系統平臺研發”項目的子課題“電動汽車消防安全技術規范體系研究”項目研究任務，提出了《電動汽車行業消防安全技術規范體系框架》，規劃了系列火災防控技術規范[5]。

3 新能源電動汽車安全事故類別及機理分析

電動汽車產生安全事故的影響因素很多，發生的場景很多，機理非常復雜。但從消防的角度，需要關心的是電動汽車安全事故分類及其安全失控機理。從已發生的電動汽車安全事故來看，主要可以分為三類事故：電池本身引起的安全事故、車輛引起的安全事故和充電設施引起的安全事故。

（1）電池本身的安全事故及機理分析

新能源電動汽車的安全事故大都表現為引起火災，內因是熱失控大量生熱導致著火安全事故，其誘因一般有三種：機械濫用（碰撞等）、電濫用（過充、內斷路等）以及熱濫用，最終都可以從熱失控反應過程中找到其失控機理，從而進一步找出控制或延緩這個反應過程的方法，或者找出消防滅火的有效措施。單體動力電池的熱失控過程可以分為三個階段[6]：使用過程中電池會生熱，出現安全隱患后生熱到接近100攝氏度的位置即熱引發階段，此后進入自生熱加速期階段，從引起SEI膜分解開始，逐步產生隔膜閉孔、負極與電解液反應，到熱失控階段發生大規模內短路、正極材料分解，產生大量熱量引起電解液開始燃燒，電池的溫度可升高400—1000度。中科大火災科學國家重點實驗室研究發現，結合電池火災實驗結果，可以由電池極耳溫度是否超過99℃來判定電池是否已經接近起火的臨界狀態[7]。鋰離子電池發生熱失控的溫度值低于公共安全行業標準GA/T536.3-2005中所要求的140℃[8]。

電動汽車的電池包都是由大量的單體電池構成。一個單體電池熱失控之后會在電池包中發生擴散，容易導致整個電池包發生熱失控。因此如何控制單體電池的熱失控，甚至建立單體電池之間的“防火墻”，對電池包的消防安全就非常重要。

從電池的安全失控機理可以看出，電池發生燃燒是一個長期的化學反應過程，而且失控的電池都在防護等級較高的電池包中，對其進行消防救援存在較大的困難，具體設備和措施也需要進一步研究。

（2）車輛引起的安全事故及機理分析

新能源電動汽車車輛本身也會引起安全失控，主要包括碰撞安全和電氣安全。一是碰撞安全，常規汽車主要的安全就是碰撞安全，但新能源汽車碰撞有可能導致電池熱失控，從而引起火災。二是電氣安全，主要表現為短路引起火災，包括使用過程中電氣線路如電機控制器和IGBT短路或暴雨積水長時間浸泡導致進水引起短路等。

從車輛引起的安全失控機理分析可以看出，如果是間接引起電池安全失控而導致火災，那么其最終過程與電池本身的安全失控過程相同，如果是直接引起火災但電池并沒有熱失控，那么消防救援措施就完全不同。

（3）充電設施引起的安全事故及機理分析

充電設備引起電動汽車火災事故也是目前的主要安全問題之一。充電設備的質量問題、規范問題、管理問題和充電設備與電動汽車之家的通信可靠性問題，都是重要的安全隱患。質量問題包括防水、防塵、防腐蝕、漏電、短路保護、通信機制不完善等，管理問題如用戶飛線充電引起充電線路著火、線路老化后沒有按規定進行更換、監控已提示安全隱患但沒有管理機制進行處理等。

從充電設施引起的安全失控機理分析可以看出，一般都是充電設施自身先著火，但如果不及時救援就會引起車輛甚至電池著火。

4 新能源汽車智慧消防安全解決方案分析

總的來看，新能源電動汽車的安全問題已經引起了廣泛關注，高度重視新能源電動汽車安全將是未來的發展趨勢，目前已形成的解決思路主要包括五個方面：

（1）從產品質量入手。電動汽車的安全要以預防為主，要從產品的設計做起，并嚴格控制生產過程質量。

（2）制定嚴格的安全標準和規范，提高準入條件。應盡快出臺電動車安全年檢規范，以及電動車黑匣子、電池包消防安全接口等規范。應制定更加嚴格的新能源客車安全標準，為滿足新的標準增加成本是必要的。

（3）讓現有新能源汽車監控網絡產生實效。有些電動汽車發生火災前監控網絡已經產生對電池的警告信息，但未能起到實際效果。

（4）在新能源汽車上安裝車載消防滅火裝置，當出現安全事故時立即進行滅火。由于新能源汽車安全著火事故的機理比較特殊，車載消防滅火裝置難以發揮重要作用。

（5）從政策上把安全放在首位。安全考核已成為2019年補貼政策討論方向，能量密度和價格指標將排在安全之后考核，企業也將會更加重視電動車安全問題。

從應急管理部門的角度，上述五個方面的解決思路還不完備，甚至可能存在較大的漏洞：一是現有新能源汽車監控平臺在車輛下電以后的靜置期間不能收到車輛信息，即使車輛發生了安全事故，監控平臺也無法及時報警;其次是現有監控平臺是一個獨立的平臺，并沒有跟國家的智慧消防平臺進行對接，即使新能源汽車監控平臺發現車輛著火了，也不能對消防救援帶來幫助;第三是當前的車載消防裝置難以發揮作用，應考慮根據新能源汽車的安全失控機理研制新型車載消防安全裝置，其目標主要是預警和控制延緩著火過程，為消防救援爭取寶貴時間。

從前文三類安全事故的機理分析也可以看出，影響新能源電動汽車消防救援的核心因素主要有：及時報警、控制或延緩失控過程和及時了解安全事故原因。由此可以看出，對新能源汽車的消防安全進行全天候無死角的實時監控，根據電池的熱失控機理研制熱失控“防火墻”技術，并將新能源汽車的消防安全問題納入到城市智慧消防體系，是比較完備的解決方案。

新能源汽車智慧消防安全解決方案主要有五條冗余線保障整體消防安全和及時救援：

一是永遠在線的智能車載全天候TBOX，即使車輛下電、人員休息之后，也一直低功耗監測新能源汽車的安全狀態，一旦發現安全事故或隱患，立刻上報全部車輛信息和告警信息;

二是新能源汽車消防安全數據平臺與國家智慧消防數據平臺無縫連接，一旦準確判斷出車輛有安全事故或隱患發生，立刻將全部車輛信息、地理信息、人員及貨物信息等必要信息共享給國家智慧消防數據平臺，便于應急管理部門及時制定救援措施及時救援;

三是智能車載電池消防設備永遠在線，其作用主要是建立電池單體“防火墻”和打開車載滅火設備，控制或延緩單體熱失控過程，為消防救援爭取寶貴時間。

四是專業的企業消防安全數據庫和專業運維人員永遠在線，當新能源汽車發生安全事故或隱患時，為用戶、車輛所有者、救援人員提供專業的分析服務。

五是新能源汽車消防安全數據云平臺通過移動互聯網為用戶、車輛所有者、救援人員提供及時可靠的車輛實時信息。

通過上述五條冗余線路，可以確保安全事故或隱患無死角和遺漏， 可以確保應急管理部門能100%及時接到新能源汽車的消防事故報警，可以確保所有與消防救援的數據能共享至國家智慧消防數據平臺，為消防救援預案制定提供實時幫助。

5 結語

中國電動汽車產業飛速發展，已成為世界領先的新能源電動汽車大國。但是近期國內發生多起電動汽車著火的重大安全事故，引起了社會的廣泛關注和消費者的擔憂，對國家消防應急管理和新能源汽車產業發展帶來了嚴峻挑戰，加強安全保障已成為推動新能源汽車產業持續健康發展的當務之急和重中之重。

分析了電動汽車安全事故類別及其安全失控機理，以及業界目前提出的各種安全解決思路，考慮及時報警、控制或延緩失控過程和及時共享安全事故原因等影響新能源電動汽車消防救援的核心因素，提出了新能源汽車智慧消防安全解決方案，從新能源汽車安全的全天候無死角實時監控技術，控制或延緩熱失控過程的“防火墻”技術，和將新能源汽車的消防安全問題納入到城市智慧消防體系等三個方面形成比較完備的一體化解決方案，可通過五條冗余線路保障新能源電動汽車的整體消防安全和及時救援。

參考文獻：

[1] 2018年1-9月汽車工業產銷情況簡析. http：//www.caam.org.cn.

[2] 麥肯錫的電動汽車指數. http：//www.ev-volumes.com.

[3] 歐陽明高. 新能源汽車動力電池安全性.2018第二屆全球未來出行大會發言.

[4] 王秉剛. 對我國新能源汽車發展七大問題的探討. 2018中國電動汽車百人會研究報告.

[5] 張永豐，黃昊.電動汽車消防安全技術規范體系框架.人民公安報·消防周刊/2015 年/2 月/4 日/第004 版.

[6] DOUGHTY D， ROTH E P. A General Discussion of Li Ion Battery Safety [J]. The Electrochemical Society Inerface，2012：37-44.

[7] 王青松，班新炎，黃沛豐，孫金華.鋰離子電池火災危險性分級初探.2015中國消防協會科學技術年會論文集.

[8] Peifeng Huang， Qingsong Wang， Ke Li， Ping Ping amp; Jinhua Sun. Thecombustion behavior of large scale lithium titanate battery.SCIENTIFIC REPORTS， Vol. 5， Article No. 7788， Published： JAN 14 2015.