電動汽車自燃火災特性及救援技術分析

摘要：隨著電力工業的強勁發展和對電動汽車安全性的關注度提高，電動汽車起火問題越來越被人們重視。從電動汽車的發展過程來看，經過多次更新換代后，電池已經按照國家提供的制造標準來嚴格執行，并通過了一系列的測試，成為人們出行的重要代步工具。在這種背景下，主要研究了電動汽車的火災特征，并著重分析了電動汽車著火時的救援技術。

關鍵詞：電動汽車；自燃；特性；救援技術

中圖分類號：U469.7 收稿日期：2022-11-10

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.03.003

1 電動汽車的結構分析

電動汽車的結構如圖1 所示，主要由如下系統組成：電源系統、電力驅動系統和輔助系統等。

a. 電源系統，該系統包括能源、電源管理和充電系統，主要功能是為發動機提供驅動力、監控電源和充電控制。摩托車上安裝的電池必須配置成一系列的12 V或24 V 電力低電源供應器。通用驅動器需要高壓電源，根據使用電壓的動力不同，輸出電壓也是不同的［1］。為了滿足這個要求，可以使用一般的12 V 或24 V 電池，并通過轉換，提供各種不同的電壓。

b. 發電機由電子驅動器、能源轉換器、發動機和輪子組成，它的功能是將能源轉換為電能并存儲在電池里。

c. 輔助動力系統包括輔助動力、駕駛系統、導航系統、空調系統、照明和燈具、臺架和無線電設備，用于改善控制和舒適性能。

2 鋰電池的主要結構和火災特征

2.1 鋰電池的主要結構

鋰電池在市場上具有顯著的優勢，鋰在低密度的電池中表現為低熱量，已經成為目前電動汽車的主要電池［2］。

電池在充電期間，受電場的影響，其正極材料LiCoO2 分子中的鋰元素被釋放并轉變為帶正電的鋰離子（Li+），而鋰離子在電場的作用下從正極移動到負極，并與從負極LiC6 中的碳原子（C）發生化學反應，然后從正極逸出，鋰離子最終進入負極的石墨涂層結構中。鋰離子從正極到負極越多，電池儲存的能量就越大。相反，在放電過程中，隨著內部電場的變化，鋰離子（Li+）從負極分離出來，并沿著電場的方向到達正極，生成鋰鈷分子（LiCoO2）。鋰離子從負極移動到正極越多，電池釋放的能量就越大。

2.2 鋰電池火災特征

電池發生的燃燒或爆炸都是由熱失控引起的，主要有以下的特性：

a. 熱失控：鋰離子電池除正常充放電的電化學反應外，存在的一些副反應都會產生一些熱量。當產熱速度高于電池的散熱速度時，電池溫度升高，就會產生更大量的熱和氣體產物，致使電池進入無法控制的自加溫狀態，電解液逐漸分解，電池可能發生燃燒，甚至爆炸。

b. 電池越厚、容量越大，散熱越慢，產熱量越大，更容易發生安全事故。

c. 殼體被擠壓：首先出現熱失控的電池殼體膨脹，電解液噴出起火。相鄰的電池因受熱或擠壓也會出現相同情況，將出現熱失控的電池殼體擠壓，造成殼體體積縮小。

3 電動汽車火災特點

作為電動汽車的重要儲能設備，電池很容易受到外界條件以及車況帶來的影響，若不能合理地處理會導致熱量失控，甚至可能發生爆炸或火災等嚴重事故。因此，電池的著火特性決定了電動汽車的著火特性，這是不同于傳統燃油車著火特性的關鍵［3-4］。

3.1 事故具有突發性，火勢蔓延迅速

新能源汽車在正常行駛、或充電、機械碰撞、高溫沖擊、涉水等相關情況下都會對電池造成不同程度的損傷，都有可能發生火災。如2019 年8 月14 日，四川宜賓市江淮新能源汽車發生起火自燃事件，車輛在行駛過程中突然冒煙，瞬間爆燃，整車冒煙至起火僅數秒時間。

3.2 容易復燃、爆炸并存在觸電風險

鋰離子電池熱失控后，便會持續放熱及放出可燃氣體，此時很難完全滅火，即使明火被撲滅，內部的化學反應可能仍在繼續，所以鋰離子電池火災反復復燃的現象很容易發生。新能源汽車本身帶有大容量電池，其常規電壓通常是遠超人體安全電壓（36 V），在發生火災時容易發生漏電以致產生電擊危險。

3.3 有毒氣體、液體泄漏造成次生傷害

鋰離子電池在燃燒過程中本身也會產生大量氟化物、烷烴、烯烴、醚等化合物，燃燒前和熄滅后特別明顯，這些物質都具有不同程度的毒性。鋰離子電池的電解液為有機易揮發性液體，有很大的腐蝕性。該物質對人體的危害很大，如果通過吸入、食入、經皮吸收等方式侵入人體，就會表現為中等強度毒性。鋰離子電池燃燒時常伴有大量的熱量和氣體，且鋰離子電池空間具有狹小緊密的結構特點，在安全閥失效的情況下，能量的擠壓是可以引發爆炸的［2］。

4 電動汽車自燃火災救援技術分析

4.1 電動汽車火災撲救技術分析

a. 科學的防火意識。電動汽車發生火災的時候，一定要根據自己的實際情況進行防火。比如使用汽車內備用的防火漆去進行合理且安全的滅火，也可以撥打110 或者119 進行及時的報警，以免火災進一步的擴大范圍并影響他人的生命安全。當電動汽車發生火災的時候，會產生大量的濃煙，這些濃煙會影響我們的正常呼吸，因此也要在保持呼吸順暢的情況下進行滅火，切勿在車子太近的地方進行滅火，以免汽車會產生爆炸等更加嚴重的危害。

b. 合理的防火技能。根據現場環境、火災的發生狀況和身體受影響的程度，確定是否要進行救火。由于電池處于熱控制狀態下，汽車內部可能會引起電池的熱傳導流失，導致溫度上升，大量的濃煙蔓延開來。原則上我們需要遠離電動汽車以免會產生爆炸等事故，但是如果電動汽車沒有很明顯的火災，我們應該停車后利用車上的滅火器進行緊急滅火，以免火災擴散，導致場面一發不可收拾。

c. 切斷電源。切斷電源是任何電子設備產生火災都必須要進行的一個重要步驟，比如家里日常使用的電飯鍋、電磁爐等，當出現短路等問題導致火災出現時，第一時間一定是先斷開電源。如果沒有斷開電源就進行滅火，可能會進一步導致電路設備產生損壞，會加劇電動汽車的火災形勢，這樣不僅沒有撲火，反而讓火勢更加蔓延，最終影響我們的生命安全。所以當電動汽車產生煙霧，有起火的趨勢時，第一時間必須是先關閉電源，把汽車停靠在路邊，然后下車，與汽車保持一定的安全距離，然后撥打救護電話。

4.2 電動汽車火災撲救戰術措施

a. 使用熱成像儀（TICs）。使用熱成像儀（TIC）可以定位電池盒內的失控熱源位置。但是，由于鋰離子電池高壓電流是直流電，所以不應使用熱棒工具來確定電動車是否有電流。

b. 延長火災撲滅時間。美國消防研究基金會項目的研究表明，當電動車及其鋰離子電池卷入火災時，可能需要比預期更長的時間（有時長達數小時）來撲滅。

c. 車輛傾斜/升降。由于鋰離子電池安裝位置通常緊貼車輛底盤，狹窄空間的限制導致了很難進行有效滅火，美國有消防隊伍采取了將電動車抬起或傾斜的方式，以便冷卻水可以集中浸泡電池的熱失控區域。

d. 電池盒穿透。2021 年10 月，消防設備制造商羅森鮑爾公司推出了用于抑制鋰電池火災的滅火系統。該系統用一個穿孔型噴嘴刺穿電池盒，水通過一個附加的軟管排出，并流入電池單元。該公司表示，這種工具可以直接冷卻電池模塊或模塊內的電池，從而阻止熱失控。需要注意的是，美國電動汽車制造商并不完全贊同電池盒穿透的滅火方式。

e. 大量水冷卻。消防研究基金會進行的燃燒試驗表明，除非可充電電池被充分冷卻，熱失控過程被停止，否則鋰離子電池極易發生復燃。在該小組進行的六次全尺寸鋰離子電池火災實驗中，研究人員發現，需要超過2 600 加侖的水來撲滅一個大約600 磅的鋰離子電池火災。同時電動車制造商也建議，需要用大量的水（可能總計2 600 加侖或更多）來進行電池降溫。

f. 浸泡。在歐洲的幾起電動車火災事件中，面對早期混合動力車和電動車的高壓鋰離子電池發生的燃燒，消防隊采用了“浸泡”策略，這種滅火方式也需使用大量的水。一旦最初的火災或火焰被撲滅，在熱失控的情況下，該車輛將被在水箱中浸泡24 h。盡管荷蘭和比利時采用這種“浸泡”的滅火方式，但美國沒有一個消防部門實施這種技術，也沒有一個電動汽車制造商或政府當局支持將車輛浸入水中。

5 結語

滅火以及防火的意識是每個電動汽車駕駛員都必須必備的重要技能。隨著電動汽車的不斷興起，我們日常生活中難免會遇到一些問題，這些也是電動汽車發展尚未完全成熟情況下可能出現的情況，因此提前備好這些簡單且必備的防火、滅火的技能在關鍵時候能夠保住性命。根據相關數據統計，我國現在一年的電動汽車發生火災的數量在6 000 例左右，伴隨著電動汽車的進一步普及，這個數據可能會進一步擴大，因此電動汽車的必備防火意識、防火技術以及對自己電動汽車的車況都是駕駛人員必須掌握的。隨著技術的不斷發展，未來的電動汽車會更加具備高安全性，也能通過防火系統的不斷提升與創新提高汽車的安全性能，為人們的安全出行保駕護航。

參考文獻：

［1］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（1）：68-69

［2］歐陽春雷淺析電動汽車鋰離子電池火災的特性及處置要點［J］科技資訊，2021（14）：73-75

［3］陳一白關于鋰離子電動汽車火災危險性與應急救援研究［J］汽車博覽，2020（8）：137

［4］胡俊電動汽車火災原因分析與防范措施［J］安防科技，2020（15）：19

作者簡介：

周權，男，1987 年生，指導員，研究方向為消防滅火救援。