新能源電動汽車火災危險性分析及處置研究

陳儉

應急管理部消防救援局昆明訓練總隊 云南省昆明市 650208

為推動我國經(jīng)濟向綠色低碳全面轉型，2012年、2020年國務院分別發(fā)布《節(jié)能與新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020年）》和《新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》，對新能源汽車產業(yè)的發(fā)展提供指引，明確純電驅動戰(zhàn)略方向。在國家大政方針的指引下，我國新能源汽車產業(yè)得到長足發(fā)展，產銷量、保有量連續(xù)位居世界首位。根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會2022年一季度的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，新能源汽車產量129.3萬輛、銷量125.7萬輛，同比增長1.4倍，占整個汽車市場的比率達到19.3%。據(jù)預測，到2030年電動汽車保有量占比最高將達50%，數(shù)量最高將達1億輛[1]。隨著越來越多消費者選購新能源汽車，新能源汽車火災發(fā)生的頻次也在隨之升高，由于新能源汽車同傳統(tǒng)燃油車相比，在火災危險性、滅火機理及處置措施等方面均具有獨特性，需要加以深入分析研究，采取有效措施應對處置，最大限度避免發(fā)生危險。

1 新能源汽車現(xiàn)狀

據(jù)消防救援局統(tǒng)計，2022年一季度，全國共接報電動自行車火災4700起、新能源汽車火災637起，同比分別上升35%和31.3%，與火災整體走勢相反，新能源汽車火災事故越來越引起人們關注，形勢任務十分嚴峻。按照能量來源，新能源汽車一般分為純電動、混合動力、燃料電池等三類，其中，純電動汽車結構簡單、能源利用率高，是國家大力推廣發(fā)展的汽車方向；混合動力汽車結構相對復雜，是作為當前汽車充電樁布局不足、燃油向純電動過渡的一類車型；燃料電池汽車成本高昂、受鉑金儲量限制，主要作為科研跟蹤方向。因此，本文以新能源純電動汽車作為研究對象。電動汽車以蓄電池為主要動力來源，分為鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鐵鎳電池、鈉氯化鎳電池、銀鋅電池、鈉硫電池、鋰電池等，由于具有高能量密度以及價格優(yōu)勢，鋰電池成為目前電動汽車的主要研究應用方向，鋰電池根據(jù)正極材料的不同又可分為錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池[2]。純電動汽車與傳統(tǒng)燃油汽車的比較見表1。

表1 純電動汽車與傳統(tǒng)燃油汽車主要參數(shù)比較

2 電池熱失控分析

電池熱失控是引發(fā)新能源電動汽車火災的根本原因。鋰電池通過制漿、涂膜、裝配、老化等工序組裝成成品，受工藝環(huán)境、材料質量、參數(shù)控制、操作精密性等因素影響，可能產生內部質量缺陷，如毛刺、錯位、粉塵吸附、隔膜受損等，導致電池在使用中因絕緣不良引發(fā)短路，內部積聚大量熱，繼而引發(fā)電解液氣化，如果反應得不到控制，內部溫度將持續(xù)升高，最終導致電池鼓包、破裂。單個電池熱失控產生的能量，足以引起周邊存放電池的熱失控連鎖反應，最終導致火災爆炸[3]。

2.1 引發(fā)熱失控的外部因素

2.1.1 短路自燃

在高溫、潮濕、浸水等外部環(huán)境下，電池易發(fā)生短路故障，溫度達到130℃以上易導致熱失控而起火自燃。2016年7月10日，深圳美拜電子廠鋰電池高溫老化車間發(fā)生爆炸，造成3名消防員和2名群眾受傷。

2.1.2 過量充電

充電時電池負極上會析出鋰結晶，過量充電時鋰結晶聚集會刺破隔膜，發(fā)生微短路，溫度持續(xù)升高會導致電解液氣化，產生大量的熱，導致電池燃燒爆炸，或終止充電后經(jīng)過一段時間發(fā)生燃燒爆炸。

2.1.3 碰撞損傷

當電動汽車遭遇外部撞擊、擠壓、振動、跌落等機械作用時，易導致電池受到穿刺、擠壓而短路，電池損傷可能立即表現(xiàn)為燃燒爆炸釋放出來，也可能經(jīng)歷緩慢的熱失控發(fā)展過程，一段時間后引發(fā)火災。雪弗蘭VOLT進行側碰撞實驗，于停車場放置3周后才發(fā)生火災[4]。

2.1.4 回收拆解

目前，電池回收拆解的工藝流程復雜、技術還不成熟，易發(fā)生廢鋁錠產氫自燃或未完全提取出的電解液起火等事故，隨著新能源電動汽車產業(yè)快速發(fā)展，待回收的電池量越來越大，亟需優(yōu)化回收工藝、提高本質安全水平。

2.2 電動汽車火災的危險性

電動汽車發(fā)生火災時，既要按照常規(guī)車輛考慮車內可燃物燃燒的影響，還要考慮電池組可能發(fā)生的熱失控影響，此外，還有電動汽車的高壓組件可能造成的危險。由于電池組一般位于車輛底部、引擎蓋下、座椅下、后備箱下，位置較為隱蔽，早期火勢不易察覺，事故具有突發(fā)性、蔓延迅速、持續(xù)時間長等特點，極易引發(fā)爆炸、觸電、中毒等風險，且電池燃燒具有獨特性，容易發(fā)生復燃。

2.2.1 觸電

電動汽車發(fā)生火災時，可能導致系統(tǒng)失靈而出現(xiàn)未熄火斷電、高壓系統(tǒng)未切斷等情況，如滅火操作中不注意防護、人員直接接觸到高壓組件，或破拆救人時不注意偵察電池系統(tǒng)的位置，均可能在處置中誤觸高壓組件而觸電。

2.2.2 爆炸

電池熱失控著火時，可燃性電解液蒸氣和有機小分子氣體以極快速度噴出，與殼壁發(fā)生摩擦，摩擦產生的熱量足以點燃低閃點的可燃性氣體，據(jù)測量燃燒溫度可達880℃以上，進入熱失控狀態(tài)的電池足夠多，會導致可燃氣體大量積聚，達到其爆炸極限則會引發(fā)爆炸[5]。

2.2.3 中毒

電池一旦熱失控，電解液及有毒燃燒產物由破裂處釋放，隨著熱失控的連鎖反應，不斷產生更多的煙霧和有毒氣體，包括苯、甲苯、氟化氫、氰化氫、一氧化碳等，均具有不同程度毒性[5]。吸入這些有毒氣體，可導致中毒窒息甚至死亡。

2.2.4 復燃

與普通可燃物不同，鋰電池發(fā)生火災能量來源于內部發(fā)生的化學反應，即使在氧含量較低甚至無氧的環(huán)境中仍能持續(xù)反應，表現(xiàn)出來的現(xiàn)象就是容易發(fā)生復燃，如美國佛羅里達州一輛特斯拉撞墻起火，滅火后將車輛從現(xiàn)場移開時車輛發(fā)生復燃，再次將火災撲滅后送至拖車場，到達時車輛再次復燃[6]。

3 火災處置流程

考慮到新能源電動汽車結構及電池組的特殊性，發(fā)生火災時需要同步進行降溫冷卻及滅火處理，避免發(fā)生復燃或爆炸。由于電池燃燒依靠的是自身內部的化學反應，對于外部助燃物等條件依賴性較小，使用常規(guī)滅火思維難以達到理想的處置效果。結合理論及實戰(zhàn)分析，可將電動汽車火災視作C類氣體火災處理，選用全氟己酮氣體滅火劑或水系滅火劑，同時使用大量水冷卻電池組，但對于燃料電池及氫發(fā)動機汽車，嚴禁使用水系滅火劑[6]。

3.1 接警調度

（1）119指揮中心接警后，除按常規(guī)流程詢情報告，還要詳細詢問報警人車輛品牌及型號，查閱新能源資料庫，獲取汽車服務手冊或《救援指南》等資料，如有需要聯(lián)系生產廠家或當?shù)亟?jīng)銷商獲取，及時推送同款新能源電動汽車詳細信息，特別是電池種類、最高電壓及高壓線路位置等。

（2）按警情等級調派水罐消防車、泡沫消防車、搶險救援車等車輛，攜帶絕緣剪切裝備、可燃氣體探測儀、測溫儀、漏電探測儀以及其他固定、破拆等救援裝備，如有必要及時聯(lián)系生產廠家或當?shù)亟?jīng)銷商到場協(xié)助處置。

3.2 現(xiàn)場警戒

（1）根據(jù)火災嚴重程度劃分火災撲救區(qū)、傷員轉運及人員待命區(qū)，疏散圍觀群眾，協(xié)調交警部門疏導交通。

（2）嚴格封控事故警戒范圍，由安全員認真檢查進入現(xiàn)場處置人員的安全防護情況。

（3）使用可燃氣體探測儀對現(xiàn)場不間斷偵測，使用測溫儀實時監(jiān)測事故車輛動力電池部位溫度，適時調整警戒范圍。

3.3 偵察處理

（1）安全防護：處置電動汽車火災，重點做好呼吸及防觸電保護，消防人員應著全套滅火防護服，靠近起火車輛時應佩戴空氣呼吸器，穿戴好絕緣手套，保持安全距離或采取適當?shù)谋茈U措施。

（2）偵察現(xiàn)場：結合指揮中心推送手冊及現(xiàn)場燃燒現(xiàn)象，對照查明起火車輛基本情況、判斷車輛是否制動、電池和高壓系統(tǒng)是否受損，有無人員被困、被困人員數(shù)量、傷勢等情況，對周圍人員及車輛等是否造成威脅。

（3）停車制動：對于由于司機驚慌未熄火制動的電動車，視情采取放置防滑墊、使用緊急制動器、將檔位置于P檔等措施，對車輛進行制動固定，防止處置過程中車輛滑動對消防員造成危險。

（4）切斷電源：關閉電源開關，將車鑰匙裝入信號屏蔽袋或放置到距離車輛10米外的區(qū)域，拆下蓄電池負極線，斷開低壓蓄電池，3分鐘后，佩戴絕緣手套拔掉動力電池高壓盒上的維修開關，確保斷電操作完成[7]。

3.4 滅火行動

（1）對人員被困的車輛事故，堅持“救人第一、科學施救”原則，在救人的同時同步開展破拆及滅火，視情使用滅火毯、防毒面具或空氣呼吸器對被困人員實施保護。由于電池的自我保護構造，出水滅火難以對著火點形成有效噴射，需持續(xù)不間斷出水來充分冷卻外部，防止電池熱失控擴大、火勢蔓延。

（2）無人員被困的車輛事故，應在距起火車輛10米至15米外的位置出水滅火[7]。

3.5 清理移交

（1）處置完畢，用測溫儀監(jiān)測電池溫度，持續(xù)冷卻至160℃以下，一般應保持到電池不再冒煙至少1h以后，對于無修復價值且電池火災難以撲滅的事故車輛，可考慮采用浸漬冷卻降溫的方法迅速處置，防止發(fā)生次生災害[5]。

（2）撤離前應全面、細致地檢查清理現(xiàn)場，清點人員、整理器材裝備，并向有關部門進行提醒和移交，防止在后續(xù)轉運中事故車輛復燃起火。

4 工作建議

由于新能源電動汽車火災具有特殊危險性，對消防員的滅火處置工作提出更高更專業(yè)性要求，需要加強相關業(yè)務理論學習，開展實戰(zhàn)場景訓練，幫助消防員提升應對處置能力，最大限度保障安全。

（1）深化業(yè)務學習，開展針對訓練。要在日常學習中加入新能源電池有關知識，邀請專家學者、廠方技術人員指導授課，并結合偵察檢測、安全防護、冷卻保護等科目開展針對性實戰(zhàn)訓練，確保接到類似警情應對有效、處置有度。

（2）提高防護意識，掌握避險措施。處置新能源電動汽車火災，進一步強化安全防護意識，處置中正確穿戴個人安全防護裝備，特別是空氣呼吸器、絕緣手套等裝備，嚴禁盲目破拆車輛結構，防止發(fā)生觸電、電池電解液噴濺、爆炸等傷害。

（3）加強現(xiàn)場警戒，做好風險管控。使用可燃氣體探測儀和測溫儀，時刻關注火場煙熱釋放情況，當起火車輛的電池部位溫度明顯上升并釋放出大量煙氣，指揮員應立即下令撤離。明火熄滅后，要繼續(xù)出水對電池組進行持續(xù)冷卻，經(jīng)評估無燃燒爆炸風險后方可歸建。