電動汽車動力電池組火災(zāi)預(yù)防及對策

摘要：電動汽車動力電池作為新能源發(fā)展應(yīng)用重要組成，不僅在很大程度上節(jié)省傳統(tǒng)能源，同時減少尾氣排放，保護生態(tài)環(huán)境。本文結(jié)合動力電池組火災(zāi)為核心，詳細分析火災(zāi)特點，認識到火災(zāi)屬性與類別，制定行之有效的預(yù)防策略，目的在于提高動力電池組的安全性。

關(guān)鍵詞：電動汽車;動力電池組;火災(zāi)預(yù)防;磷酸鐵鋰電池

電動汽車是新能源研究的重要對象，也是生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的新方向。電動汽車運行主要動力在于動力電池組。作為國家重點扶持項目，電動汽車很大程度上改變了我國的能源結(jié)構(gòu)。但是實際應(yīng)用中卻頻繁出現(xiàn)動力電池組火災(zāi)現(xiàn)象，威脅到電動汽車運行安全，為大眾帶來安全風(fēng)險。針對這種情況，必須加大對電動汽車動力電池組火災(zāi)研究力度，做好火災(zāi)預(yù)防工作，保障電動汽車運行安全。

一、電動汽車動力電池組火災(zāi)特點分析

電動汽車動力電池組火災(zāi)預(yù)防以及安全防護對策的完善，必須更深入、全面地了解電動汽車動力電池組火災(zāi)特點，這樣才能保障安全防護對策的有效性。

（一）燃燒速度快、溫度高

電動汽車動力電池核心為鋰離子，實際使用中，溫度會對存儲性能、循環(huán)性能、使用壽命等造成影響，溫度過高或者過低，電池的使用容量、殘余容量、恢復(fù)容量都會發(fā)生變化。大倍率充電會產(chǎn)生過多熱量，破壞電池?zé)崞胶猓荒芗皶r將化學(xué)反應(yīng)放出熱量迅速疏散，就會引發(fā)熱失控現(xiàn)象。一旦出現(xiàn)熱失控，電池起火，燃燒速度非?？?，并伴隨大量易燃氣體，迅速升高燃燒溫度。2019年4月22日上海一小區(qū)地下車庫內(nèi)特斯拉突然自燃起火。事發(fā)當(dāng)?shù)卣块T、物業(yè)居委、消防部門，以及涉事車主和特斯拉方面在內(nèi)，進行了非公開磋商，并給出了調(diào)查報告，認定起火部位位于車輛底盤電池系統(tǒng)第15、16號模組處，起火原因為電池故障起火。根據(jù)電動汽車火災(zāi)事件統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，過去8年中，國內(nèi)新能源車著火事件中與動力電池相關(guān)案例為92例，占比高達86%，直指電動汽車上化學(xué)性質(zhì)最活躍的鋰離子動力電池。

鋰電池燃燒過程中會噴射易燃氣體，噴射距離≥6m，并迅速散射到周圍。電動汽車動力電池組中鋰電池燃燒溫度>926℃，而普通汽油燃燒溫度為389℃，增加了消防難度[1]。鋰電池?zé)崾Э貭顟B(tài)中，SEI膜被迅速分解，鋰電池中的正極與負極、電解液等發(fā)生明顯氧化還原反應(yīng)，部分銅箔被融化，這期間的溫度甚至超出銅熔點≥1083℃。在這種條件下，化學(xué)反應(yīng)速度明顯加快。針對鋰電池中電芯燃燒試驗發(fā)現(xiàn)，一旦出現(xiàn)明火，產(chǎn)生較大火焰到完全熄滅，間隔時間僅為7s，由此可見動力電池組燃燒速度之快[2]。

（二）動力電池組火災(zāi)伴隨中毒、爆炸、觸電風(fēng)險

動力電池組火災(zāi)一直困擾著電動汽車的發(fā)展研究，結(jié)合對動力電池組燃燒研究發(fā)現(xiàn)，其核心鋰離子比較活躍，若在空氣中暴露，與空氣中的氧氣產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，并釋放出大量熱量，溫度變化明顯，甚至出現(xiàn)燃燒或者爆炸。鋰電池應(yīng)用中如果出現(xiàn)燃燒現(xiàn)象，直接接觸到空氣氧氣，經(jīng)過氧化反應(yīng)產(chǎn)生甲苯、氟化氫、苯乙烯等有毒氣體，若長期不散去，致使人體出現(xiàn)不同程度的中毒現(xiàn)象，這方面也為消防處理以及人員救助帶來很多不便[3]。電動汽車運行主要動力便是動力電池組，電動汽車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)運行離不開直流電、交流電，這些電壓標準非常高，遠超過人體接受范圍。一旦電動汽車出現(xiàn)漏電或者其他電流現(xiàn)象，都會為駕駛?cè)藛T帶來生命威脅，加劇電動汽車動力電阻火災(zāi)現(xiàn)象[4]。

（三）動力電池組火災(zāi)處理標準嚴格

電動汽車作為國家大力發(fā)展的新能源產(chǎn)業(yè)，電動汽車安全問題一直備受關(guān)注。動力電池組起火，傳統(tǒng)滅火技術(shù)不能滿足滅火要求，因此需創(chuàng)新滅火技術(shù)。但是新型滅火技術(shù)的應(yīng)用很多方面還不夠成熟，所以在電動汽車動力電池組火災(zāi)處理中經(jīng)常出現(xiàn)各種意外。動力電池組最顯著滅火關(guān)鍵便是絕緣剪，其特點為耐高壓。動力電池組一旦出現(xiàn)火災(zāi)，鋰電池燃燒溫度迅速上升，短時間溫度以達到2000℃，常規(guī)滅火器具無法中斷鋰電池中的氧化還原反應(yīng)，最終錯過最佳滅火時機[5]。2018年一起電動汽車火災(zāi)中，消防部門接到消息迅速出動，待明火消滅完畢，動力電池組再次起火，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因為新的滅火技術(shù)應(yīng)用不夠成熟，火災(zāi)撲滅不夠徹底，安全隱患發(fā)現(xiàn)不及時，引發(fā)二次起火。

二、動力電池火災(zāi)分類

動力電池組的核心為鋰電池，根據(jù)GB/T4968-2008《火災(zāi)分類》對火災(zāi)進行了明確分類。具體包括A、B、C、D、E、F六類。其中固體物質(zhì)火災(zāi)為A類;可熔化固體火災(zāi)或者液體火災(zāi)為B類;氣體火災(zāi)為C類;金屬火災(zāi)為D類;帶電火災(zāi)為E類;烹飪器具火災(zāi)，如烹飪油火災(zāi)為F類，提前明確火災(zāi)類型，這樣才能針對性地制定防護方案，科學(xué)開展撲救活動。鋰電池火災(zāi)的主要原因在于熱失控，與化工反映熱失控相似，動力電池組火災(zāi)中噴射高壓氣體，氣體攜帶顆粒具有易燃性，屬于噴射火屬性，歸為C類。就目前電動汽車上使用最多的三元聚合物鋰電池和磷酸鐵鋰動力電池來講，電池破裂導(dǎo)致可燃氣體迅速蔓延，接觸到空氣中的氧氣，形成可燃性預(yù)混氣體，同樣屬于火災(zāi)C類型[6]。

三、電動汽車動力電池組火災(zāi)預(yù)防有效措施

（一）電動汽車動力電池組火災(zāi)處理技術(shù)

1.滅火藥劑的應(yīng)用

結(jié)合電動汽車動力電池組火災(zāi)特點研究，積極加大滅火藥劑研究力度。結(jié)合當(dāng)前滅火藥劑使用種類可以發(fā)現(xiàn)，主要包括干粉滅火劑、細水霧滅火劑、氫氟碳類滅火劑、惰性氣體滅火劑以及熱氣溶膠滅火劑等。在此基礎(chǔ)上還包括新型滅火劑，主要應(yīng)用于特殊火災(zāi)場所。因為新型火災(zāi)滅火劑很多方面還需要進一步研究，所以滅火效果會出現(xiàn)明顯差異，并沒有全面性推廣使用，最具代表的新型滅火劑為Noveecl1230[7]。電動汽車屬于新能源發(fā)展代表，相對其他產(chǎn)業(yè)還處于探索階段，動力電池組火災(zāi)方面處理經(jīng)驗不足，缺乏針對性的滅火計劃與具體的滅火劑類型。加上這方面的滅火標準與規(guī)范性指導(dǎo)文件較少，所以阻礙了滅火劑研究步伐。

動力電池組出現(xiàn)火災(zāi)，第一選擇是就近滅火，滅火器是常用選擇。但是動力電池組火災(zāi)屬性特殊，必須考慮到周圍環(huán)境因素以及火災(zāi)中會產(chǎn)生的噴射物，還要綜合滅火效果等，如此科學(xué)選擇滅火劑[8]。動力電池組火災(zāi)必須明確起火原因，不能使用氣體滅火劑，如果火災(zāi)環(huán)境開闊，會對周邊環(huán)境造成損傷。滅火劑的研究，還要考慮到動力電池組燃燒強度變化，以惰性較大類型的滅火劑最佳。

2.明確動力電池組滅火原則

動力電池組滅火原則指導(dǎo)滅火工作的開展。動力電池組火災(zāi)情況特殊，但是主要原因均為熱量增加導(dǎo)致，熱失控導(dǎo)致鋰電池破裂，與周圍氧氣發(fā)生劇烈氧化反應(yīng)后出現(xiàn)火災(zāi)。在滅火過程中，明火撲滅后還要全方面檢查，因為熱失控反應(yīng)還在繼續(xù)，動力電池組極有可能發(fā)生復(fù)燃。針對動力電池組火災(zāi)處理，具體原則總結(jié)如下：

（1）明火迅速撲滅，抑制火災(zāi)蔓延速度;

（2）控制動力電池組熱失控反應(yīng)速度，將動力電池組資源消耗速度減緩，釋放正常反應(yīng)速率與熱量;

（3）采取有效措施將動力電池組外部溫度降低，持續(xù)性向動力電池組外部噴水，控制熱失控反應(yīng)，為滅火營造更多機會與時間。

3.動力電池組滅火策略

動力電池組滅火策略的制定，綜合動力電池組火災(zāi)特點，加大對火災(zāi)特點的研究，歸納為主動式噴射火、被動式預(yù)混氣體火。兩者雖然在起火形式上存在差別，但是滅火措施相同。綜合動力電池組起火特點，一旦發(fā)生火災(zāi)，最強狀態(tài)為起火初期，氣壓迅速升高，起火打破臨界點，因為周圍屬于密閉空間，所以存在爆炸的風(fēng)險。根據(jù)“預(yù)先抑制-早期噴放”原則，動態(tài)監(jiān)測電動汽車動力電池組狀態(tài)，及時對動力電池組熱失控進行檢查，如電動汽車動力電池組散發(fā)異常氣味或者出現(xiàn)煙霧等，根據(jù)GB7258-2017《機動車運行安全技術(shù)條件》《電動客車安全技術(shù)條件》的規(guī)定第一時間報警，及時噴射滅火劑，調(diào)整周圍環(huán)境的惰性，降低明火出現(xiàn)概率。若動力電池組起火處于開放環(huán)境，那么必須采取降溫性滅火劑降溫，及時分離起火電池，可以采取沙子覆蓋的方式，以此達到抑制動力電池組起火范圍的目的。

（二）動力電池組火災(zāi)救援注意事項

動力電池組一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢蔓延迅速，如果不能及時撲救，會造成極大損失。動力電池組火災(zāi)救援主要包括警戒、防護、斷電等注意事項。針對動力電池組火災(zāi)情況，及時調(diào)整車輛檔位，利用緊急制動器以及固定裝置及時固定車輛，避免火災(zāi)處理中出現(xiàn)車輛滑動。做好車輛氣體檢測，了解周圍環(huán)境氣體后制定防護方案。消防人員必須穿戴專業(yè)呼吸防護服，并做好防觸電處理。進入滅火現(xiàn)場之前再次檢查防護用品與滅火設(shè)備。提高對防觸電的重視，及時將電動車輛斷電，否則不允許進行破拆。專業(yè)手段滅火后，及時切斷電源控制線與保險絲，屏蔽車輛鑰匙，時刻保持警戒狀態(tài)，反復(fù)檢查后拆除動力電池組。

四、結(jié)語

綜上所述，電動汽車為新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來更多機會，我國對電動汽車研究生產(chǎn)非常重視。動力電池組火災(zāi)的預(yù)防與處理是改善電動汽車動力電池組不足，優(yōu)化升級的重要前提。制定完善的動力電池組火災(zāi)預(yù)防方案，綜合火災(zāi)處理注意事項，保障電動汽車動力電池組安全。

參考文獻：

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作者簡介：尹揚?。?986-），男，漢族，安徽馬鞍山人，研究生學(xué)歷，一級指揮員，研究方向：火災(zāi)事故調(diào)查。