電動汽車消防滅火方法探索

彭長劍，凌和平

(1.廣東省消防總隊深圳支隊福田大隊，廣東 深圳 518000；2.比亞迪汽車工業有限公司，廣東 深圳 518118)

0 引言

電動汽車因其具有結構簡單、噪音低、零排放等優點，已成為新能源汽車的重要發展方向。電動汽車主要以鋰離子動力電池為動力源[1]，且隨著動力性、續航里程的明顯提升，其產量與市場占有率逐年增加，并形成了一定的市場規模[2]。在逐漸走進千家萬戶的同時，電動汽車的起火事故也不斷增多，其安全性已成為行業發展面臨的重大挑戰[3-5]，也是當前亟待解決的問題[6]。

1 電動汽車火災防護現狀

目前行業內改善電動汽車安全性能的措施主要分為提升電池系統安全性和整車高壓系統安全防護兩個方面，國家也出臺了相關安全性標準，并且不斷更新完善。總結已開展的研究，電動汽車火災的控制難點和危害性主要體現在幾個方面[6]。

(1) 起火后，火勢發展迅速，燃燒溫度高，突發性強，預測困難。

(2) 鋰離子電池具有熱失控蔓延速度快、燃燒時間持久的特點[7]。

(3) 動力電池系統安裝在底盤下部，由于存在車身和隔熱等結構防護，很難將水直接噴射到起火動力電池上，導致滅火困難。

(4) 電動汽車燃燒會釋放大量濃煙和有毒氣體，不僅污染周邊環境，而且容易造成被困人員和救援人員中毒窒息。

(5) 滅火技術要求高，電動汽車的高壓線路一旦處置不當，很可能對救援人員造成電擊傷害。

(6) 滅火后，動力電池存在復燃的可能性。

為了避免動力電池起火事故，大多數新能源車企采取控制或保護電池系統的方式，在出廠前進行整車安全性測試，如碰撞、翻滾、涉水、底部防護等，在一般危險情況下利用車身結構強度達到保護電池系統的目標[8]；同時，在電池系統內部鋪設一層防火氈，在車身發生起火或局部過熱時，產生的熱量和火勢不會立即蔓延到整個電池系統，避免火勢迅速擴大，為滅火爭取更多的時間[9]。

對于安裝在電動汽車底部的電池系統，相關的防護結構雖保護了電池系統，但也使得消防水不能直接噴射到電池系統上，給滅火帶來了困難；除動力電池系統外，車身本身的可燃物和電氣系統都可能是起火的原因[10]。因此，當車身起火后火勢得不到及時控制，將會造成更大的破壞[11]，這就對電動汽車滅火效率的提升提出了更高要求。

2 電動汽車火燒試驗

2.1 試驗對象

試驗采用三款結構與功能都較為完整的電動汽車車身，具有相同的內飾結構和驅動系統，在搭載電池系統后均可正常行駛。車身具備自動斷高壓電功能，即整車在火災、碰撞等事故發生時，監測系統會自動報警同時使動力電池系統的繼電器斷開，使車身與動力電池的高壓電隔離，降低電氣火災發生的可能，也確保了乘車人員不會觸電。

動力電池系統采用磷酸鐵鋰/石墨材料體系的鋰離子動力電池串聯組成，且動力電池單體與系統均滿足GB 38031—2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》中的性能與安全要求。在試驗前，電池系統充電至100 %荷電狀態(state of charge，SOC)。

2.2 整車起火與滅火方法

2.2.1 引燃方法

試驗所用的三款車身分別命名為車身A、車身B、車身C。車身A不搭載動力電池系統，車身B與車身C搭載100 % SOC的動力電池系統。為避開前艙的可燃部件，將引燃位置選取在前艙最前端，并選取酒精塊為引燃物，泡沫棉為助燃物。

2.2.2 滅火方法

試驗采用消防水槍在車身周圍噴水滅火，水源為自來水，具體方案如下。

(1) 車身A在車身完全燃燒時進行噴水滅火。

(2) 車身B在車身完全燃燒使電池系統發生熱失控并經過蔓延后進行噴水滅火。

(3) 車身C在車身充分燃燒且電池系統充分熱失控后火勢逐漸減弱時進行噴水滅火。

滅火過程中使用測溫槍進行溫度監測，在車身各處不高于100 ℃時，停止滅火；為了減少電池系統復燃帶來的影響，車身B和車身C在試驗后12 h內利用測溫設備對車身底部與電池系統位置進行溫度監控，若存在異常高溫，及時噴水降溫，測溫間隔為30 min。

2.3 試驗結果與討論

2.3.1 車身 A 測試

點燃放置在整車前艙前端位置的酒精塊，開始試驗。試驗初期，火勢由小變大逐漸蔓延至前艙，前艙內的塑料護板與絕緣屏蔽層等可燃物使火勢進一步增大，前艙完全燃燒，燃燒過程中有大量黑煙產生(注意采取保護措施，防止吸入煙氣)；試驗進行到27 min時，火勢已經從車身前艙位置蔓延到全部車身，此時前艙、車內、車輪以及車身邊緣位置都在燃燒，車身內的多處結構已經因火勢和高溫而被嚴重破壞；27 min 44 s時，利用消防車高壓水槍進行噴水滅火，火焰逐漸熄滅，產生的黑煙逐漸變化為白色煙霧；噴水滅火2 min 48 s后，撲滅可見明火，但仍有大量白色濃煙；持續向車身噴水，使車身降溫以防止復燃；噴水滅火11 min 12 s后停止，白色煙霧開始散去，靜置觀察30 min，白色煙霧消失，無明火出現，試驗完成，消防用水量約為4 t。

根據視頻和現場監測的結果，在試驗開始5 min后，煙氣蔓延到車身內部；10 min后，火勢蔓延至車內。所以，不考慮風向影響，駕乘人員預計有5 min逃離危險的時間。白色煙霧產生的原因判斷有2點：一是可燃物不充分燃燒產生的煙；二是噴水產生的水蒸氣在空氣中遇冷液化而產生。

2.3.2 車身 B 測試

車身B燃燒前期現象與車身A相同，但在火焰向車內蔓延過程中，發生了安全氣囊著火爆炸(進行滅火操作前，需清楚安全氣囊位置，警惕其爆炸危險)；在點火33 min 16 s后，動力電池系統發生熱失控，此時火勢已經蔓延至整個車身，車身上多處出現劇烈的電弧現象；試驗進行到39 min 43 s時，火勢沒有減輕，電池系統熱失控尚未結束，此時開始噴水滅火，噴水后同樣會產生大量的白色煙霧；噴水滅火約2 min 58 s后，明火基本撲滅，持續噴水滅火，多處位置不斷有小火苗“竄出”，電池系統還在發生熱失控；噴水14 min 20 s時，還有部分白色煙霧從車身底部電池系統散出；噴水滅火36 min 41 s時，白色煙霧基本散去，停止水槍噴水，改為 “水霧”噴水；“水霧”噴水12 min 14 s時，白色煙霧完全散去；“水霧”噴水30 min后觀察，水可以通過底盤流向電池系統，持續不斷降溫且電池系統失效，試驗完成。試驗后監測溫度12 h，未出現異常現象，消防用水量約為15 t。

滅火過程中出現了小火苗，主要是電池包內高壓線束絕緣層損壞以及車身金屬結構和電池系統間絕緣結構和位置發生改變，金屬結構接觸到高壓線束，發生短路產生電弧，外在表現為火星或火苗向周圍散發。電弧產生時會伴隨極高的溫度，進一步引發鋰離子電池熱失控。

2.3.3 車身 C 測試結果

點火31 min 40 s后，火勢蔓延至整個車身；34 min 38 s時，電池系統開始熱失控，此時有明顯的火焰從車身右側底部噴出，并且伴有電弧；試驗進行到63 min時，火勢徹底減弱，但在車身底部位置還有火焰存在，電池系統還在起火，此時進行滅火；噴水2 min 12 s，明火被撲滅，滅火過程中產生大量的白色煙霧；噴水14 min 3 s，停止滅火，此時有輕微的白色煙霧產生，16 min 12 s后白色煙霧徹底消失。試驗后監測溫度12 h，未出現異常現象，消防用水量約為5 t。

在車身C滅火過程中，隨著噴水的進行，白色煙霧呈逐漸減弱的趨勢，表明電池系統已全部熱失控。事后拆解進行分析，車身底盤位置有兩個燒穿的孔洞，分別在電池總正、總負極銅排對應的位置，判斷是電池系統絕緣遭到破壞后，正負極銅排接觸到車身底盤鋼結構發生劇烈短路導致。由此推斷，起火過程中，即使電池系統與車身之間高壓回路已經斷開，火焰蔓延至動力電池絕緣結構和車身支撐結構后，使其損壞失效，車身是有可能帶有高壓電的，對于滅火人員存在較大的觸電風險，故在滅火救援時應避免處于電池系統與車身高壓電回路之間。

2.4 試驗結論與總結

電動汽車火燒試驗過程中，車身A、車身B、車身C在滅火過程中分別用水4 t，15 t，5 t，滅火用時分別為 11 min 12 s，36 min 41 s，14 min 3 s，試驗過程分析得出。

(1) 由于電動汽車電池系統一般放置于車身底盤下部，消防用水無法直接噴射到電池上，故搭載有電池系統且發生熱失控的車身B、車身C的滅火用水量和時間均高于車身A。

(2) 同樣，由于不能有效地阻止電池熱失控，車身B滅火用水量遠遠高于車身A與C。

(3) 對比車身A和C的滅火過程，雖滅火時機不同，但車身C的滅火用水量并不比車身A的少，也一定程度上反映了電池滅火的難度。

(4) 對比車身B和車身C的試驗時間，車身B火勢進行和滅火共用時76 min 24 s，車身C共用時74 min 3 s。從滅火效率看，電池發生熱失控后，若無有效的手段去阻止熱失控的進行，對滅火行動的人力物力均會產生浪費；從環保角度看，及時滅火可減少黑煙的產生。

通過試驗論證，在電池發生熱失控時，應及時將消防水直接噴射到電池上，通過不斷降溫等來阻止熱失控的發生，才能從根本上提升滅火效率。

3 案例分析與總結

案例一：2020-05-26，深圳市福田區皇崗路與蓮科路路口發生一起兩車追尾交通事故。事故發生后，電動貨車底盤位置電池發生起火，火勢蔓延迅速，并出現了爆燃現象。期間有人嘗試上前施救以及用滅火器滅火，但電動貨車燃燒猛烈，滅火效果不佳，待消防救援力量到場后，由于火勢發展迅速，大火已將整臺車吞噬，導致駕駛人當場死亡。

案例二：2019-09-16T02：51，深圳市龍華區環觀南路電動汽車行駛過程中自燃。消防救援力量到場后，15 min撲滅明火，但因電池部位還在持續反應，車頭和底部仍舊有大量濃煙冒出，經2 h的破拆與泡沫水處置，才將警情處置完畢。

案例三：2019-03-06T01：17，深圳市觀平路98號充電樁電動小車冒煙。消防救援力量到場后，消防救援人員將電動車的高壓電和低壓電電池線路剪斷，并用破拆工具對電動車貨箱進行破拆、降溫和排煙。在持續2 h 30 min的大量水滅火降溫后，才處置完畢。

根據上述電動汽車消防滅火案例可知，電動汽車火災主要特點及危害有幾個方面。

(1) 火勢蔓延迅速，燃燒溫度高。當電池出現熱失控后，在燃燒過程中會釋放大量的易燃氣體，導致火勢蔓延迅速，提高燃燒溫度。

(2) 存在中毒、爆炸的危險。電池中鋰金屬暴露在空氣中時，容易與空氣中的氧氣迅速反應，產生劇烈燃燒，甚至爆炸。電池燃燒過程中還會產生有毒氣體，嚴重威脅被困人員和消防救援人員的人身安全。

(3) 容易出現觸電的風險。電池內具有電壓較高的直流電和交流電，當出現漏電情況后，被困人員如果誤觸，易出現觸電傷亡情況。

(4) 滅火技術要求高，持續時間長。由于鋰電池燃燒過程時間長，不徹底將火情和溫度降低，容易出現二次起火。因此，在處理電動汽車火災時，應當采取新的滅火技術與滅火藥劑，方能有效解決電動汽車火災。

4 結束語

通過電動汽車火燒測試的試驗，在電池系統發生熱失控前、熱失控時和熱失控后三個階段采用常規噴水方式進行消防滅火，探索電池系統著火不同階段對消防滅火效率的影響。試驗結果表明：電池系統發生熱失控前，即車身起火時，滅火速度較快，效率高；電池系統發生熱失控后，常規滅火方式耗時久，用水量大。同時，結合以往電動汽車典型的消防事故案例，總結出在滅火后繼續采用大量水和泡沫對車輛底部及電池部位進行噴射降溫以防止復燃。在試驗和案例總結的基礎上，提出進一步研發新的滅火技術與滅火藥劑以及采取有效措施阻止熱失控，方能有效解決電動汽車火災的發生，提升駕乘的安全性。