新能源電動汽車事故類型及處置對策

周會會　劉宇　張亮　劉敏　王文斌

摘 要：隨著新能源汽車裝機(jī)的需求不斷旺盛，我國新能源汽車火災(zāi)逐年增加。鑒于此，本文從磷酸鐵鋰和三元材料本質(zhì)安全、事故類型及特點(diǎn)、災(zāi)情特征及災(zāi)情研判出發(fā)，分析新能源汽車（鋰電池）處置措施，提出了智慧消防解決新能源汽車安全的方法。

關(guān)鍵詞：新能源 汽車 火災(zāi) 措施

Accident Types and Disposal Countermeasures of New Energy Electric Vehicles

Zhou Huihui，Liu Yu，Zhang Liang，Liu Min，Wang Wenbin

Abstract：With the increasing demand for the installation of new energy vehicles， the fire of new energy vehicles in China is increasing year by year. In view of this， starting from the intrinsic safety of lithium iron phosphate and ternary materials， accident types and characteristics， disaster characteristics and disaster judgment， this paper analyzes the disposal measures of new energy vehicles （lithium batteries）， and puts forward the method of intelligent firefighting to solve the safety of new energy vehicles.

Key words：new energy， automobile， fire， measures

在碳達(dá)峰、碳中和的驅(qū)動下，新能源汽車產(chǎn)業(yè)迎來了空前的發(fā)展機(jī)遇，目前我國已成為世界領(lǐng)先的新能源電動汽車生產(chǎn)大國。對于新能源汽車行業(yè)，一方面要求動力電池有更高比能量和更大充電倍率，導(dǎo)致安全隱患增加;另一方面，早期不成熟的新能源汽車運(yùn)行時間長，逐步進(jìn)入高危期，其安全問題已經(jīng)成為懸在汽車行業(yè)、電池企業(yè)及消防部門頭上的一把刀。近期國內(nèi)外發(fā)生的多起電動汽車自燃、運(yùn)行途中著火事件，引起了社會和消防救援隊(duì)伍的持續(xù)關(guān)注，這對滅火救援和新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展又提出了新的挑戰(zhàn)。加強(qiáng)新能源汽車火災(zāi)防控與滅火對策研究已刻不容緩。

1 磷酸鐵鋰和三元材料本質(zhì)安全

以鋰電池為動力源的電動汽車占據(jù)市場的主導(dǎo)地位，目前市場上80%以上的電動汽車采用鋰電池作為動力源，而現(xiàn)階段最常見的鋰電池為磷酸鐵鋰電池及三元鋰電池[1]。在電動汽車應(yīng)用領(lǐng)域，與三元體系鋰電池相比，首先，磷酸鐵鋰電池所儲存的電能較低，但是其熱穩(wěn)定性較好;受磷酸鐵鋰材料低電子與離子電導(dǎo)率的影響，其電池低溫性能較差。在-20℃時，容量僅為常溫的70%左右，而同體系的三元電池可達(dá)到70%以上。其次，滿電態(tài)的磷酸鐵鋰材料在700℃左右出現(xiàn)熱分解，而三元材料在200-300℃熱分解，所以磷酸鐵鋰相對安全[1]。除此之外，磷酸鐵鋰成本低于三元鋰電池。綜合兩種材料的特點(diǎn)，磷酸鐵鋰以成本相對低、循環(huán)壽命長、本質(zhì)安全性能高等優(yōu)點(diǎn)在商用車和物流車占據(jù)主導(dǎo)地位。而三元鋰電池以低溫續(xù)航長、能量密度高成為乘用車的首選。

對于磷酸鐵鋰電池而言，一般內(nèi)部產(chǎn)生的溫度較低，小于逸出可燃?xì)怏w的點(diǎn)火能，需要有外部引火源才能著火;對于三元鋰電池而言，一般內(nèi)部溫度較高，大于逸出可燃?xì)怏w的點(diǎn)火能，鋰電池破口時，可直接引燃逸出的可燃?xì)怏w。

從風(fēng)險(xiǎn)角度看，電動汽車或混合動力汽車與內(nèi)燃機(jī)車的區(qū)別在于火源的位置和特征。不同的鋰電池電化學(xué)體系，熱失控時內(nèi)部發(fā)生的副反應(yīng)不同，產(chǎn)生的溫度和壓力也不同，導(dǎo)致著火形式不同。以三元鋰電池為載體的新能源汽車為主動式著火，其著火過形成的火焰噴射距離較長，易形成噴射火，最長約為3～5m。以磷酸鐵鋰電池為代表的被動式預(yù)混氣體火形式，一般需要有外部引火源才能著火，易形成射流火。因此，不論什么類型的鋰電池，其蔓延速度都較快，這對初期火災(zāi)處置帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

2 事故類型及特點(diǎn)

電動汽車安全事故往往發(fā)生于多個場景，其影響因素、機(jī)理比較復(fù)雜。目前電動汽車著火原因主要有電池問題、碰撞、浸水、零部件故障、使用問題及外界原因。電動汽車著火時車輛的狀態(tài)為充電后的靜置狀態(tài)、充電狀態(tài)及行駛狀態(tài)。由此可知：電池問題是著火事故的主要原因，充電過程、充滿電后的靜置狀態(tài)是著火事故的主要構(gòu)成部分。從滅火救援的角度看，主要可以分為電池本身、車輛事故、充換電設(shè)施及其他原因引發(fā)的安全事故[2]。電動汽車發(fā)生碰撞、翻車時，電池組可能受到擠壓、穿刺，從而引發(fā)火災(zāi)危險(xiǎn)。車輛出現(xiàn)涉水情況時，電動汽車的電池可能會出現(xiàn)短路甚至引起爆炸。車輛在充電時，往往由過充、大電流等因素引發(fā)火災(zāi)事故。針對相應(yīng)事故類型進(jìn)行有針對性處理，以便能夠達(dá)到快速處理事故，爭取救援時間。

3 消防處置措施

3.1 災(zāi)情特征

電動汽車起火的本質(zhì)來源于電池?zé)崾Э兀魺崾Э禺a(chǎn)生的熱量不能夠及時地排出，高溫會加速動力電池老化從而引發(fā)起火災(zāi)甚至爆炸[3]。該災(zāi)情本質(zhì)造就的新能源汽車火災(zāi)顯著特點(diǎn)為自帶氧、自封閉、易復(fù)燃、危害大。

3.2 災(zāi)情研判

3.2.1 辨識車輛

電動汽車火災(zāi)撲救難點(diǎn)在于電池容量、位置。指揮員到達(dá)現(xiàn)場，首先通過尋找外部標(biāo)志辨識車輛，如徽標(biāo)（特斯拉行李箱右側(cè)“DUAL MOTOR”徽標(biāo)）、獨(dú)特形狀的車門，也可通過其車輛識別號碼識別，確定車輛的制造廠商、型號和年份，以獲取更具體的車輛信息。一些混合動力和電動車型可能從外部標(biāo)識無法識別，但車輛仍然會有高電壓警告標(biāo)簽和其他二級指標(biāo)，如在日系車Leaf上的“零排放”標(biāo)識。通過車輛的辨識使得滅火救援人員能夠迅速了解該車的動力電池種類、容量以及高壓線路的布置等結(jié)構(gòu)，為滅火救援的開展奠定基礎(chǔ)。

3.2.2 切斷電源

消防救援人員到達(dá)現(xiàn)場，拔下乘用車、面包車鑰匙后，車輛會自動斷開動力電池。拔下物流車車頭后側(cè)的開關(guān)，切斷電池供電。旋轉(zhuǎn)大巴車車體兩側(cè)的開關(guān)，切斷電池供電。根據(jù)不同車輛的制動裝置，確保車輛處于駐車狀態(tài)。純電動汽車沒有發(fā)動機(jī)，聽不到聲音切不可認(rèn)為車已熄火（Model3），如果在用檔位為前進(jìn)檔或倒檔，即使輕踩加速踏板也可能導(dǎo)致車輛快速加速。所以指揮員要查清斷電情況并確保已啟動駐車制動器，按換檔桿端部的按鈕，以切換到駐車檔。

關(guān)閉點(diǎn)火鎖鑰匙，關(guān)閉電源開關(guān)，確定電源開關(guān)的開、閉啟狀態(tài)，確認(rèn)負(fù)極柱，拆下負(fù)極線斷開低壓蓄電池，但要注意低壓蓄電池?cái)嚅_3分鐘后在操作其他程序。在條件允許的情況下，斷開維修開關(guān)及動力電池正負(fù)極母線，同時要對動力電池正負(fù)極母線插接件及線束端插接件用絕緣膠帶進(jìn)行絕緣密封，防止短路及進(jìn)入異物。

如果火勢處于初期階段，應(yīng)立即采取斷電措施，并且還要將車鑰匙裝入信號屏蔽袋，將其放置距車輛10米以外的地方。如果是干燥的環(huán)境，發(fā)生緊急狀態(tài)需要切斷高壓，指揮員帶絕緣手套拔掉高壓盒上的MSD。如果是雨天或者車輛涉水，指揮員應(yīng)及時疏散乘客，并聯(lián)系車輛銷售商等專業(yè)人員處理。

3.2.3 辨識電池分布

不同品牌車型、不同電池配置的車輛，乘用車動力電池一般安裝在車廂底盤下面和后排座椅下面。純電車底盤比較緊湊和空曠且電池比較大，所以基本安裝在汽車底盤。如北汽紳寶汽車的電池在整個底盤、特斯拉汽車的電池在底盤副駕駛側(cè)。而混合動力的汽車電池比較小，一般布置在后備箱或者后排座椅下面。箱式電動貨車（物流車）的電池一般放置在車體兩側(cè)或車體后側(cè)。重卡汽車（物流車）的電池一般位于在駕駛室后側(cè)。純電動公交車的電池一般布置在車頂、底部、后部及尾部。

3.2.4 辨識附件狀態(tài)

要確認(rèn)車輛的12V直流電源是否處于禁用狀態(tài)。檢查安全氣囊或預(yù)緊裝置，由于安全氣囊可以在禁用后保持動力長達(dá)10秒，即使關(guān)閉高壓系統(tǒng)，安全氣囊仍可能仍然處于激活狀態(tài)。同時不要隨意破拆、切割汽車，稍有不慎會導(dǎo)致嚴(yán)重的電燒傷、電擊及觸電。

3.2.5 辨識安全距離

高壓電池組著火時，通常會伴有呼嘯、爆裂聲、電弧或者電火花，同時要特別注意隨著電池溫度持續(xù)降低，氟化氫的濃度會持續(xù)增長。2015年7月22日，廈門市鋰電池電動汽車火災(zāi)，電動車內(nèi)部出現(xiàn)大電流電弧將車體擊穿的痕跡。動力電池?zé)崾Э睾螅囕v底盤位置的電池包首先有煙氣生成，煙氣濃度逐漸增大，顏色由白色變?yōu)楹谏覞舛容^高時開始有火焰噴出，荷電狀態(tài)越高反應(yīng)越猛烈，一般可達(dá)到2m以上的距離。安全員聽到爆裂聲、嘶嘶聲及看到煙氣顏色變化能夠做到提前預(yù)警，發(fā)出警報(bào)后，確保與事故汽車保持至少15米的距離。

3.2 處置對策

（1）對于車輛電池火災(zāi)，應(yīng)在上風(fēng)向部署力量，人員不得位于泄漏口等危險(xiǎn)區(qū)域。由于高壓電池處于保護(hù)殼中，滅火劑很難直接噴到電池上，因此消防指揮員可以使用特殊的千斤頂或者叉車將汽車從一側(cè)頂起，出一支直流水槍冷卻底盤，降低電池周圍的溫度（如圖1）。從防火角度看，應(yīng)在電池組處設(shè)置消防接入口，當(dāng)災(zāi)情處于中期火災(zāi)時，可以接入消防車、消防栓，快速將消防水輸送到電池?zé)崾Э夭课唬乐够馂?zāi)蔓延和擴(kuò)大，將損失減小到最低（如圖2）。如2020年5月29日，河南鄭州消防員通過翻轉(zhuǎn)車體拆卸電池成功處置新能源汽車火災(zāi)。（如圖3）2021年6月16日，云南昆明經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)大隊(duì)消防員利用叉車頂起車輛冷卻電池表面防止新能源車起火。（如圖1）

（2）高精尖裝備聯(lián)合使用。指揮員可以利用新型消防滅火機(jī)器人出水壓制火勢，冷卻車輛，大型無人機(jī)連接30mm水帶噴射氣液兩相滅火劑（全氟己酮和水），快速控制災(zāi)情發(fā)展，為撲救新能源汽車火災(zāi)創(chuàng)造合適的時機(jī)。見圖4。

（3）對于充電站火災(zāi)，將其視為帶電的電氣火災(zāi)，若車輛已插入充電站，應(yīng)在安全的情況下盡快拔下插頭，同時切斷充電站電源;若充電站內(nèi)新能源客車電池組發(fā)生火災(zāi)，指揮員的重心應(yīng)放在四周充電或停靠車輛的安全。

（4）指揮員到達(dá)現(xiàn)場，如發(fā)現(xiàn)有刺激性味道，應(yīng)佩戴帶全套個人防護(hù)裝備，打開車窗和行李箱使車輛通風(fēng)，并使用水驅(qū)動排煙機(jī)正壓排煙或?qū)⑺畼屨{(diào)整成開花狀態(tài)稀釋煙霧，以防止煙霧積聚。

（5）新能源汽車安全數(shù)據(jù)平臺與國家智慧消防數(shù)據(jù)平臺無縫連接，通過智慧消防對電動汽車事故進(jìn)行全天候監(jiān)測，提前預(yù)判并及時預(yù)警，為消防爭取到寶貴時間并提供數(shù)據(jù)支持。

（6）由于鋰電池具有復(fù)燃性，電池明火撲滅后，應(yīng)繼續(xù)出水降溫，持續(xù)不間斷使用熱成像儀測、測溫儀監(jiān)測電池周圍溫度，待電池溫度降至160℃以下，確定無復(fù)燃風(fēng)險(xiǎn)后方可收整器材歸隊(duì)。

5 結(jié)語

消防救援隊(duì)伍應(yīng)重視以鋰電池為載體的新能源汽車火災(zāi)撲救規(guī)程，從實(shí)戰(zhàn)化視角出發(fā)，謀求新業(yè)態(tài)滅火理論及戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法的創(chuàng)新，充分運(yùn)用現(xiàn)代化精良裝備撲救新業(yè)態(tài)、非常規(guī)類火災(zāi)。如：消防坦克、無人機(jī)等裝備。從個人安全防護(hù)看，火災(zāi)被撲救之后，氟化氫（HF）會保持很高的濃度，消防指戰(zhàn)員應(yīng)特別注意，以防中毒。

項(xiàng)目基金：消防救援局昆明訓(xùn)練總隊(duì)教改課題項(xiàng)目（編號：JG202108）。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜光超，鄭莉莉，張志超等.鋰離子電池?zé)岚踩匝芯窟M(jìn)展[J].儲能科學(xué)與技術(shù)，2019，8（3）：500-505.

[2]吳志強(qiáng)，廖承林，李勇.新能源電動汽車消防安全現(xiàn)狀與思考[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2019，38（1）：148-150.

[3]周會會，宋鵬，蘇文彬.鋰離子電池火災(zāi)的滅火技戰(zhàn)術(shù)研究[J].武警學(xué)院學(xué)報(bào)，2017，33（12）：30-33.