提升新能源電動汽車火災救援能力的研究

張家瑜

摘要：在可持續發展的新形勢下，我國新能源電動汽車產業得到了迅速發展，與此同時，新能源電動汽車在行駛過程中的安全問題也越來越突出，尤其是火災事故發生的概率越來越大，這已經成為一個很嚴重的問題，不容忽視。文章在分析新能源電動汽車主要構造的基礎上，對其起火原因、火災特點進行研究，并對新能源電動汽車火災的滅火戰術進行探討，希望能使救援人員進一步了解掌握新能源電動汽車火災撲救的注意事項，從而提升救援人員在新能源電動汽車火災撲救方面的能力。

關鍵詞：新能源汽車;火災;救援

隨著科學技術的飛速發展和新能源技術應用范圍的擴大，我國新能源汽車產業取得了快速發展，新能源汽車的種類和數量也不斷增多。2020年新能源電動汽車保有量492萬輛（其中，純電動汽車400萬輛），近五年復合增長率約63.6%，新能源電動汽車為消費者帶來高質量生活的同時，也帶來了一些新的安全風險，其中新能源電動汽車火災事故備受社會關注。2021年7月國家市場監督管理總局缺陷產品管理中心公布了上半年召回的汽車數據，據數據分析，2021年上半年我國共召回有缺陷的汽車430萬輛，其中新能源缺陷汽車128萬輛，占新能源汽車保有量的22.13%，這比前兩年召回的新能源汽車多出數十倍。本次召回范圍內的新能源車輛中，大部分車輛動力電池系統存在一定的安全風險，而動力電池在電失控中有最大的占比，這是新能源電動汽車著火的主要原因，尤其在夏季，新能源汽車著火的概率比傳統汽車大很多。據不完全統計，2021年下半年，國內共發生新能源汽車火災事故30余起，其中包括了靜置自燃、充電自燃、行駛中自燃。為了成功處置新能源電動汽車火災事故，筆者認為，要了解掌握新能源電動汽車的主要構造，分析起火原因和火災特點，復盤研究新能源電動汽車火災的滅火戰術，才能根據現場實際情況制定科學合理的滅火方案。

一、新能源電動汽車的主要構造

（一）新能源汽車主要結構

新能源電動汽車內部結構主要由電力驅動系統、能源系統和輔助工作系統等組成，在實際運行過程中，需要將各種系統結合起來，以保證電動汽車的穩定運行。

動力驅動系統分為驅動控制器、驅動電機、輪子和機械傳動裝置，其能將蓄電池中的電能轉化為輪子的動能，還能將車輛減速、制動時輪子的動能轉化為電能，進而回饋到動力電池中以實現車輛的制動能量回收[1]。汽車能源系統主要是控制充電機向電池充電，提供驅動電能，監測電源情況等，主要分為電池組、電池充電機和管理系統。輔助工作系統是提高電動汽車的操控性和舒適性，主要包括動力轉向系統、導航系統、輔助動力源、照明設備、空調、汽車雨刮器、除霜裝置和收音機等。

（二）電動汽車與傳統燃油汽車在結構上的區別

動力系統和能量供應系統是電動汽車與燃油汽車在結構上的最大區別，電動汽車采用控制器、電動機、蓄電池及相關設備替代了燃油汽車的油箱和內燃機。

我們都知道，電動汽車沒有發動機，它是用電動機代替了燃油發動機，用控制器控制電機驅動車輛運行。所以電動汽車不需要傳統燃油汽車上與燃油發動機相關的零部件，比如火花塞、變速器、燃油供給裝置、油箱、進氣管、排氣管、三元催化轉化器以及消聲器等零件，甚至連燃油汽車車頭上的進氣格柵都不需要。而電動汽車上配置的電氣零件主要有蓄電池、電動機、控制器等。

通過對比發現，電動汽車與燃油汽車在外觀上區別不大（除排氣管外），但電動汽車內部構造相對簡單，各種零部件也比燃油汽車少得多，并且電動汽車維護保養起來比較方便。

（三）新能源電動汽車電池的主要結構

目前市場上常見的新能源電池有磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池、鈷酸鋰電池和錳酸鋰電池等，磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池市場占比最多。鋰離子電池由外殼、正電極、負電極、電解液和隔膜5個部分組成。鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰可作為正電極材料;軟碳、石墨、硬碳可以作為負電極材料;電解液是含有鋰鹽LiPF6、LiAsF6 等鋰化合物的有機液體;溶劑是一種合成的液體，里面含有二乙烯碳酸酯、二甲基碳酸酯、碳酸丙烯酯、甲乙基碳酸酯等化學成分;隔膜材料一般為 PP或PE[2]。磷酸鐵鋰電池在市場占比多是因為它的熱穩定性更好，所以消防人員應該多研究磷酸鐵鋰電池，以便能更好地進行援救。

二、新能源電動汽車起火原因分析

新能源電動汽車起火事故主要包括正常行駛中自燃、充電自燃、靜置自燃、碰撞自燃以及水浸（極端環境）自燃[3]。電氣故障和自燃是造成電動汽車火災的主要原因，而過充、電池單體故障、電氣線路短路是導致火災的根本原因[4]。具體原因如下：

第一，電路短路。汽車局部電阻過大產生大量熱能，熱能在達到一定溫度時會使導線接點發熱引起可燃材料起火。此外，當電池遇到外部強大的沖擊力時，鋰電池的結構會發生變化，正負極片在強大的撞擊力下直接接觸，也會導致電池短路，從而引起車輛起火。第二，電路漏電。電動汽車內附加的各種電子設備增加了車輛電路的負荷，有可能導致電路故障從而引起自燃。第三，電池質量問題。隨著電池大規模使用和單位面積功率密度的增加，電池的數量和質量也在增加，發生火災的可能性也會增加。第四，電池過熱。鋰電池在加熱的情況下電解質會發生分解生成氣體，導致電池鼓包，當電池外部的包裝材料過壓時，電池會爆炸引發火災。此外，車內的高溫部件也有可能引燃車內的可燃物[5]，從而導致電動汽車發生火災。第五，電池過充。鋰電池在充滿電的情況下繼續充電會使得正極材料中的鋰元素缺失過度，導致正極材料的熱穩定性失效，發生反應，同時鋰電池中的電解液也會在正極材料表面發生氧化，產生氣體和大量熱，導致包裹電池的外部材料過壓爆炸引發火災。一般正規的電池生產廠家在電池中會添加一個過流保護線路，在電池達到滿電狀態時自動切斷電流的回路，防止過充情況的發生。

三、新能源電動汽車火災的特點

新能源電動汽車在長時間行駛或不規范充電、撞擊等不同情況下都會造成電池損壞，增加了火災的可能性。新能源汽車火災主要有以下特點：

第一，新能源電動汽車火災突發性強，火勢蔓延迅速，燃燒溫度高，甚至可以達到1000℃。第二，新能源電動車的潛在火災風險很大，如果出現火災，燃燒過程中會排放有毒氣體，也會存在爆炸的風險[6]。特別是鋰離子電池起火時，會迅速產生大量的白煙以及有毒氣體，給救援人員帶來中毒的風險。當鋰離子電池達到熱放電狀態時，分解出的可燃氣體與周圍的空氣混合，會形成一種爆炸性的氣體混合物，與鋰電池燃燒時釋放的熱量相遇，在局部空間就會發生爆燃，這也增加了救援的危險性。第三，新能源電動汽車火災對滅火技術要求很高。首先，鋰離子電池在撲救過程中存在復燃風險，會增加滅火救援的難度。其次，鋰離子電池熱失控后，會持續放熱并放出可燃氣體，常規的滅火藥劑滅火效果不夠理想且難以直接作用在火災點上，因此，會使救援時間延長。即使表面的明火被撲滅，因為鋰離子電池內部的放熱反應仍在繼續，所以鋰離子電池重復起火的可能性很大。

四、新能源電動汽車火災的滅火戰術

（一）接警調度

如果電動車起火，趕到現場的民警和救援人員應向知情者了解起火電動車的品牌和型號。同時，救援人員要立即從新能源汽車數據庫中查找該車的“救援指南”和維修手冊、電池的容量和類型、電動車高壓線的分布情況以及最高電壓，或者與廠家或最近的經銷商聯系進一步詳細了解車輛的相關情況。

（二）警戒偵查、切斷電源

當新能源電動汽車發生火災時，救援人員首先要疏散人員，迅速偵查火情，了解著火部位，確定車輛內被困人員，掌握車輛的電池容量和種類，同時指揮員應根據現場實際情況，科學合理地進行戰斗部署。如果火災處于初發階段，且救援現場符合斷電的條件，應果斷切斷電源，并且將車鑰匙放在距離車輛10米外的信號屏蔽袋。

（三）科學安全處置

1.戰術原則

滅火作戰的指導思想是“救人第一、科學施救”。當有人員被困時，應優先考慮救人的措施。當現場有重大危險隱患時，首選能夠降低消除重大隱患的技戰術措施。具體措施應根據每個現場的不同情況，由指揮員在戰術原則下，現場科學決策。

2.滅火劑的選擇

鋰離子電池火災具有突發性強、火勢蔓延迅速、溫度高等特點，因此很難有效、快速地進行滅火。國外的研究表明，大量的水可成功有效地撲滅鋰離子電池火災，尤其是在水中添加特定滅火藥劑后，可以降低耗水量，縮短滅火時間，從而提高救火效率。國外的專家研究認為，阻止鋰離子電池火災蔓延的關鍵因素是滅火藥劑降溫能力的大小，經研究表明，抑制鋰離子電池火災效果最佳的是水基型滅火劑。中國科學技術大學通過研究發現七氟丙烷的滅火效果也很好。因此將滅火效果與降溫效果都較好的滅火劑相結合，通過間歇噴射滅火劑的方式進行高效滅火降溫，那么鋰電池火災將會得到很好的控制。

（四）保持不間斷供水

滅鋰電池火災不是不用水，而是要用更多的水。通過分析各種新能源電動汽車火災案例得知，救援中要中斷鋰電池的“熱失控”，需要用水來降低燃燒車輛的溫度，因此救援過程中用水量往往比一般燃油車輛火災用水量更大，同時，對供水的保障要求更高。指揮員可根據現場水源分布情況，選擇天然水源、市政消火栓或直接選擇大功率水罐車供水。如果新能源電動汽車火災發生在高速路、郊區等周邊沒有水源區域時，可以采取運水供水的方式，這也是建議出警時首次調派不少于兩輛水罐車的原因之一。此外，如果動力電池在火災中發生損壞、扭曲、彎曲等情況，電池組一定會釋放大量的有毒氣體，這就需要現場救援人員用大量水來稀釋釋放的有毒氣體。

（五）加強冷卻監控

特斯拉是著名的電動車品牌，其應急手冊指出，鋰電池起火需要24小時才能完全熄滅，持續冒煙表明電池仍然在發熱。鋰離子電池極易復燃，因此監測應持續到電池停止冒煙后至少一個小時?，F場的安全員一定要利用測溫儀、熱像儀等測溫裝備對電池溫度進行不間斷的監測，如果發現鋰離子電池冒出大量的白煙，內部溫度迅速上升，應立即通知救援人員停止消防作業，并且用大量的水迅速冷卻電池。如果起火車里沒有人，救援人員要拉開滅火距離，至少與起火車輛保持10～15米的距離。

五、結語

近年來，隨著新能源電動汽車種類和數量的逐漸攀升，新能源電動汽車火災事故概率也日益提高。文章對新能源電動汽車的主要結構和鋰電池的火災特性進行了分析，建議發生火災時要注意觸電、爆炸和有毒氣體，從而確保快速安全有效處置新能源汽車火災。

參考文獻：

[1]柯錦城，楊旻，謝寧波，等.鋰電池電動汽車滅火救援技術探討[J].消防科學與技術，2017，36（12）：1725-1727.

[2]劉子華.電動汽車鋰電池火災特性及滅火技術[J].電子技術與軟件工程，2020（01）：68-69.

[3]劉海峰.新能源汽車火災原因分析及處置對策研究[J].科技資訊，2020，18（21）：81-83.

[4]張玉斌，張熠欣，程婧園.淺析新能源電動汽車火災調查方法[J].消防科學與技術，2020，39（10）：1456-1458.

[5]樊明明，鄭偉.新能源汽車火災原因分析及對策研究[J].消防技術與產品信息，2017（11）：77-78.

[6]周會會，宋鵬，蘇文彬.鋰離子電池火災的滅火技戰術研究[J].武警學院學報，2017（12）：30-33.