電動(dòng)汽車動(dòng)力鋰電池火災(zāi)危險(xiǎn)性與救援技術(shù)研究

摘要：首先研究了電動(dòng)汽車動(dòng)力鋰電池在應(yīng)用過程中的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，然后分析了火災(zāi)危險(xiǎn)性和起火原因。為了快速控制電動(dòng)汽車動(dòng)力鋰電池火災(zāi)，降低其對(duì)社會(huì)群眾造成的危害，在救援工作中可以結(jié)合具體的各個(gè)環(huán)節(jié)采取有效的措施，提升救援效率。研究結(jié)論能為救援人員電動(dòng)汽車火災(zāi)救援工作提供參考。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；鋰電池；救援技術(shù)

中圖分類號(hào)：U471.1 收稿日期：2023-02- 10

1電動(dòng)汽車動(dòng)力鋰電池的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)

與傳統(tǒng)燃油汽車相比，電動(dòng)汽車的能量供應(yīng)系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)存在較大的差異，用電動(dòng)機(jī)代替發(fā)動(dòng)機(jī)，通過蓄電池、控制器和相關(guān)設(shè)備的設(shè)置，降低汽車內(nèi)部構(gòu)造的復(fù)雜性，使其維護(hù)保養(yǎng)措施的開展更加便利。鋰電池在新能源汽車中的應(yīng)用可以按照其制造工藝和結(jié)構(gòu)，分為軟包電池、方形電池和圓柱電池三種，這三種電池在電動(dòng)汽車中都具有一定的應(yīng)用規(guī)模。

由于鋰離子本身就存在安全風(fēng)險(xiǎn)，在使用過程中會(huì)受到外部環(huán)境因素較大影響。在受到外部沖擊并經(jīng)歷極端操作條件時(shí)，鋰電池會(huì)出現(xiàn)破裂，進(jìn)而噴射出有毒煙氣、易燃?xì)怏w和火花。因此當(dāng)出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)，如果不及時(shí)采取有效的滅火救援措施，就會(huì)產(chǎn)生不可估量的損失。

2產(chǎn)生電動(dòng)汽車火災(zāi)的原因

與其他電動(dòng)汽車的電池類型相比，鋰離子電池在應(yīng)用過程中通常具有更高的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，但鋰離子電池在汽車應(yīng)用中可以充分發(fā)揮其重量輕、壽命長、能量密度高等優(yōu)勢(shì)。

通過對(duì)電動(dòng)汽車火災(zāi)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和產(chǎn)生原因的分析發(fā)現(xiàn)，鋰離子電池發(fā)生熱失控的主要外因可以分為熱濫用、機(jī)械濫用、電濫用三種類型。在所有鋰離子應(yīng)用性能的因素中，溫度對(duì)其充放電性能的影響最大，溫度過低或過高都使其產(chǎn)生負(fù)面影響，當(dāng)其溫度過低時(shí)，受其內(nèi)部成分的影響可能會(huì)導(dǎo)致電路短路，或者在正常溫度下，通過自身熱量積累的方式導(dǎo)致電池溫度過高，致使熱失控的現(xiàn)象出現(xiàn)。

鋰離子電池?zé)崾Э刂械臋C(jī)械濫用主要表現(xiàn)為碰撞、擠壓和刺穿。為了解決這一問題，設(shè)計(jì)人員調(diào)整了電池包的設(shè)置區(qū)域，并增強(qiáng)了防火板、受力框架、加強(qiáng)筋等保護(hù)設(shè)置。電濫用主要表現(xiàn)為過放電和過充電，導(dǎo)致內(nèi)部短路或者熱量產(chǎn)生過多，進(jìn)而導(dǎo)致鋰電池火災(zāi)的產(chǎn)生。

3電動(dòng)汽車的火災(zāi)危險(xiǎn)性

3.1熱失控和電池起火

電動(dòng)汽車火災(zāi)的產(chǎn)生在很大程度上是由于其中的鋰離子電池出現(xiàn)故障。在鋰離子電池的使用過程中熱失控是最常見的故障形式，在電動(dòng)汽車鋰離子電池的使用過程中，如果對(duì)其進(jìn)行不同形式的濫用，就會(huì)使其產(chǎn)生大量的熱量并積聚在其內(nèi)部，且其外部散熱率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于內(nèi)部熱量的積聚速率，就會(huì)使鋰電池的溫度出現(xiàn)突然攀升的現(xiàn)象，進(jìn)而出現(xiàn)火災(zāi)或爆炸事故。在鋰電池的使用過程中，如果出現(xiàn)熱失控不僅會(huì)有電池溫度突然升高的現(xiàn)象，同時(shí)還會(huì)開啟安全閥，出現(xiàn)噴射火焰、高溫火花和大量黑煙。鋰電池內(nèi)部出現(xiàn)的這一系列變化會(huì)導(dǎo)致其出現(xiàn)熱失控，進(jìn)而引發(fā)電池起火，使其在不斷蔓延和發(fā)展的過程中，發(fā)生火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的概率大大提升。

當(dāng)電動(dòng)汽車鋰離子電池出現(xiàn)熱失控后，產(chǎn)生的有毒煙氣和易燃?xì)怏w都會(huì)通過電池外殼的裂縫和安全閥釋放出來，進(jìn)而在其附近電弧、火花、明火等火源的影響下被點(diǎn)燃，或者因無法得到有效冷卻出現(xiàn)自燃現(xiàn)象。當(dāng)鋰電池內(nèi)部氣體的生成速率高于電池外部氣體的釋放速率，就會(huì)增加電池單體發(fā)生爆炸的可能。安全閥的設(shè)置雖然起到釋放積聚氣體的作用，但如果釋放出來的氣體在一定的封閉空間內(nèi)繼續(xù)積聚，并與周圍氧氣進(jìn)行充分混合，雖然可能得到避免熱失控的目的，但如果有火源出現(xiàn)就有氣體爆炸發(fā)生的可能。

3.2有毒煙霧和有害氣體

電動(dòng)汽車鋰離子電池的溫度如果超過150℃，其發(fā)生熱失控的概率就會(huì)大大增加。一旦發(fā)生熱失控，其安全闐和電池外殼都會(huì)產(chǎn)生不同程度的破裂，進(jìn)而將有毒有害氣體釋放。在熱失控不斷蔓延的過程中，整個(gè)電池包都會(huì)逐漸受到不同程度的破壞，然后產(chǎn)生并釋放氫氣、一氧化碳、甲烷、氰化氫、氟化氫等有害氣體，人體如果吸入這些氣體會(huì)產(chǎn)生頭痛、頭暈、昏迷、失去知覺等癥狀，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致死亡?？紤]到電動(dòng)汽車鋰離子電池中實(shí)際的氟含量，在其熱失控現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，可能有氟氧化磷產(chǎn)生，這種物質(zhì)比氫氟酸的毒性更強(qiáng)。但由于電動(dòng)汽車生產(chǎn)廠家和鋰離子電池類型不同，其釋放的氣體種類和排量會(huì)受到其尺寸和化學(xué)性質(zhì)的影響，并不是一成不變的。

3.3滅火難度大，持續(xù)時(shí)間長

鋰離子在所有的金屬元素中屬于活潑性較強(qiáng)的一種元素，當(dāng)其在空氣暴露時(shí)，會(huì)與其中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并釋放一定的熱量。如果鋰離子電池發(fā)生火災(zāi)，在其燃燒過程中不僅會(huì)釋放有毒煙霧和有害氣體，還會(huì)有空氣進(jìn)入其中，使其氧化。作為電動(dòng)汽車主要的動(dòng)力供應(yīng)裝置，鋰電池的內(nèi)部系統(tǒng)還有交流電和直流電的設(shè)置，在火災(zāi)持續(xù)蔓延的過程中，不僅有發(fā)生漏電情況的可能，還會(huì)存在爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。這些風(fēng)險(xiǎn)的存在，使電動(dòng)汽車鋰電池火災(zāi)救援工作的實(shí)施難度大大增加。隨著其燃燒時(shí)間的延長，要對(duì)鋰電池進(jìn)行長時(shí)間的穩(wěn)定監(jiān)測(cè)，并在必要時(shí)采取降溫措施，導(dǎo)致滅火救援工作的開展時(shí)間進(jìn)一步延長。

4電動(dòng)汽車火災(zāi)的救援策略

4.1接警調(diào)度

當(dāng)接到電動(dòng)汽車起火的救援電話后，首先要對(duì)其提供的信息進(jìn)行分析和判斷，確定火災(zāi)事故發(fā)生的具體位置，并做好相關(guān)的準(zhǔn)備工作，盡可能全面掌握火災(zāi)現(xiàn)場的被困人員和火災(zāi)蔓延的具體情況?；趯?duì)火災(zāi)嚴(yán)重程度和事故現(xiàn)場大致情況的了解，綜合考慮其所處環(huán)境和天氣情況，對(duì)整個(gè)救援過程可能會(huì)用到裝備器械進(jìn)行整理。然后，為了保證救援工作可以有序?qū)嵤?，在抵達(dá)事故現(xiàn)場的路上，救援人員要梳理救援思路，明確不同類型電動(dòng)汽車火災(zāi)救援工作的開展要點(diǎn)。最后，當(dāng)救援車輛趕至火災(zāi)現(xiàn)場后，救援人員要通過觀察或向知情者詢問的方式對(duì)起火電動(dòng)汽車的品牌和型號(hào)進(jìn)行確定，同時(shí)立即從新能源汽車數(shù)據(jù)庫中找到對(duì)應(yīng)的救援指南和維修手冊(cè)，對(duì)事故車輛的最高電壓、高壓線分布情況、鋰電池類型和容量等信息進(jìn)行明確，必要時(shí)可以與最近的經(jīng)銷商或廠家取得聯(lián)系，并對(duì)該車輛的相關(guān)情況做進(jìn)一步了解。

4.2警戒偵查

在了解并掌握電動(dòng)汽車火災(zāi)情況的過程中，救援人員還要利用氣體檢測(cè)儀器實(shí)時(shí)檢測(cè)電動(dòng)汽車周圍的環(huán)境氣體。一旦發(fā)現(xiàn)其中有有毒氣體存在時(shí)，就要先做好防護(hù)措施，并對(duì)周邊群眾進(jìn)行疏散，擴(kuò)大警戒范圍，避免其吸入因鋰電池著火釋放的有毒有害氣體，增加不必要的人員損傷。在實(shí)際救援工作的開展過程中，救援指揮人員要合理劃分具體的工作職責(zé)和詳細(xì)的工作內(nèi)容：a.確定電動(dòng)汽車處于熄火狀態(tài)，并將防滑器等固定裝置放置在車輛車輪處，并將車輛檔位置于P擋，采取緊急制動(dòng)器，防止車輛在后期救援工作的開展過程中出現(xiàn)滑動(dòng)問題；b.迅速偵查火情，找到具體的著火部位，對(duì)車輛中被困人員的具體信息進(jìn)行了解，結(jié)合前面接警調(diào)度環(huán)節(jié)收集到的車輛信息，結(jié)合火災(zāi)現(xiàn)場的實(shí)際情況，進(jìn)行戰(zhàn)斗部署，降低人員傷亡損失。

4.3斷電處理

電動(dòng)車輛在熄火后，其中的鋰電池供電系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切斷內(nèi)部控制，但有可能會(huì)發(fā)生特殊情況，導(dǎo)致電動(dòng)汽車高壓供電線路沒有及時(shí)被切斷。因此，在滅火救援工作的開展過程中，救援人員一定不能在破拆環(huán)節(jié)或滅火環(huán)節(jié)與其中的鋰電池高壓組件產(chǎn)生直接接觸，導(dǎo)致?lián)舸┣闆r的發(fā)生。針對(duì)部分無法對(duì)內(nèi)部電壓線路的斷電情況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷的情況，可以對(duì)電動(dòng)汽車外表的電壓及時(shí)開展測(cè)定工作，如果其電壓測(cè)定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值相符，就可以直接使用水源進(jìn)行滅火。在鋰電池與水源解除后，要積極落實(shí)相關(guān)的保護(hù)措施，在保障車內(nèi)人員安全的情況下，實(shí)施專業(yè)有效的滅火救援方案。

另外，如果發(fā)現(xiàn)電動(dòng)汽車火災(zāi)處于初期，還未得到進(jìn)一步蔓延，且救援現(xiàn)場的真實(shí)狀況與斷電條件相符，電動(dòng)汽車車體未發(fā)生變形，可以立即實(shí)施斷電操作，切斷車內(nèi)的電源控制線，并拆除鋰電池控制系統(tǒng)中的保險(xiǎn)絲。在斷電操作進(jìn)行的過程中，還要在距離車輛10 m之外的范圍內(nèi)設(shè)置信號(hào)屏蔽裝置，將車鑰匙置于其中，屏蔽車輛鑰匙對(duì)電動(dòng)汽車的影響。但如果發(fā)現(xiàn)電動(dòng)車輛車體發(fā)生明顯變形，救援人員在采取斷電措施時(shí)需要先將車輛進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，然后將其中的鋰電池卸除，使火災(zāi)隱患得到妥善處理。

4.4滅火救援

電動(dòng)汽車動(dòng)力鋰電池產(chǎn)生火災(zāi)的原因遘常以熱失控和熱失控?cái)U(kuò)散為主，在滅火救援工作的開展過程中，救援人員要始終貫徹科學(xué)施救、救人第一的救援原則，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有人員被困時(shí)，要對(duì)救人措施進(jìn)行優(yōu)先考慮。如果火災(zāi)的事故現(xiàn)場存在重大危險(xiǎn)隱患時(shí)，要優(yōu)先考慮并選擇能消除重大隱患或提升安全系數(shù)的戰(zhàn)斗方案。比如，在部分無法實(shí)施斷電操作的電動(dòng)汽車火災(zāi)，且火勢(shì)已經(jīng)威脅到救援人員和被困人員的生命安全時(shí)，可以應(yīng)用噴霧水或干粉滅火器實(shí)現(xiàn)壓制火勢(shì)的目的，并通過對(duì)絕緣器材的利用提升救援工作的開展效率。在其具體的實(shí)施過程中，救援指揮人員要結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際情況，嚴(yán)格遵循戰(zhàn)術(shù)原則，保證火災(zāi)現(xiàn)場救援決策的科學(xué)性。

考慮到電動(dòng)汽車動(dòng)力鋰離子電池火災(zāi)通常表現(xiàn)出燃燒溫度高、火勢(shì)蔓延快、突發(fā)性較強(qiáng)等特點(diǎn)，為了提升滅火救援的效率，要對(duì)滅火劑進(jìn)行正確的選擇。通過國外相關(guān)人員的研究可以發(fā)現(xiàn)，在鋰離子電池火災(zāi)發(fā)生的過程中，通過使用大量的水可以達(dá)到有效的撲滅效果，在消防水罐中可以加入特定滅火藥劑，使滅火時(shí)間得到一定程度的縮短，同時(shí)使滅火工作的耗水量得到有效降低，最終達(dá)到提升救火效率的目的。

基于這種情況，有部分專家學(xué)者認(rèn)為，滅火藥劑降溫能力的大小是阻止鋰離子電池火災(zāi)蔓延的重要因素，在經(jīng)過科學(xué)研究后發(fā)現(xiàn)，在鋰離子電池火災(zāi)救援工作中應(yīng)用效果最佳的滅火劑是水基型滅火劑。同時(shí)，七氟丙烷在鋰離子電池火災(zāi)中的應(yīng)用能達(dá)到良好的滅火效果。因此，在滅火救援工作的開展過程中，可以選擇間歇噴射滅火劑的方式，促進(jìn)滅火降溫效率的提升，使鋰電池火災(zāi)得到快速控制。

4.5持續(xù)供水

由于鋰離子電池火災(zāi)需要消耗大量的水，并通過對(duì)各種新能源電動(dòng)汽車火災(zāi)真實(shí)滅火救援案例的研究發(fā)現(xiàn)，在救援工作的開展過程中要借助用水使燃燒車輛的溫度進(jìn)一步降低，使鋰電池的熱失控得到中斷。與傳統(tǒng)燃油車輛相比，電動(dòng)汽車鋰電池火災(zāi)救援工作的開展需要更大的用水量，因此，在整個(gè)滅火救援工作的開展過程中對(duì)供水保障提出更高的要求，保證持續(xù)供水。

救援指揮人員在實(shí)際工作開展期間可以將現(xiàn)場水源分布情況作為供水依據(jù)，對(duì)大功率水罐車、市政消防栓、天然水源的供水方式進(jìn)行科學(xué)合理的選擇。如果在郊區(qū)、高速公路等周邊沒有水源的區(qū)域發(fā)現(xiàn)有電動(dòng)汽車鋰離子電池火災(zāi)發(fā)生，可以安排消防站等相關(guān)部門向電動(dòng)汽車火災(zāi)現(xiàn)場運(yùn)送消防用水，并在首次出警時(shí)至少安排兩輛水罐消防車同時(shí)出警，保證電動(dòng)汽車鋰電池火災(zāi)救援工作開展過程中供水的持續(xù)性，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電動(dòng)汽車鋰電車在火災(zāi)中出現(xiàn)彎曲、損壞等情況，一定會(huì)釋放出大量有毒煙霧和有害氣體，面對(duì)這種情況，可以用大量水直接對(duì)其進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)降溫目的的同時(shí)達(dá)到稀釋氣體的效果。

4.6冷卻監(jiān)控

特斯拉作為當(dāng)前電動(dòng)汽車市場中的知名品牌，其應(yīng)急手冊(cè)內(nèi)容具有一定的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。在其應(yīng)用手冊(cè)內(nèi)容中指出，鋰電池從起火到完善熄滅需要24 h.如果發(fā)現(xiàn)其處于持續(xù)冒煙狀態(tài)就說明鋰電池在一直發(fā)熱，再加上鋰電池極易復(fù)燃的特點(diǎn)，這也導(dǎo)致在滅火工作結(jié)束后，還要對(duì)其開展持續(xù)的監(jiān)測(cè)工作，直至鋰電車停止冒煙后至少一個(gè)小時(shí)才能結(jié)束監(jiān)測(cè)。在電動(dòng)汽車鋰電池火災(zāi)救援工作的開展過程中，處于火災(zāi)現(xiàn)場的安全員要通過對(duì)熱像儀、測(cè)溫儀等測(cè)溫裝備的規(guī)范應(yīng)用，持續(xù)監(jiān)測(cè)電池溫度。如果發(fā)現(xiàn)電動(dòng)汽車鋰離子電池在大量白煙冒出的同時(shí)，其內(nèi)部溫度出現(xiàn)迅速上升的情況，要立即向救援人員發(fā)出通知，使其暫停消防作業(yè)，用大量的水使電池迅速冷卻。如果火災(zāi)車輛中的被困人員已經(jīng)救出，要拉開滅火距離，保證自身與火災(zāi)車輛的距離控制在10-15m。

5結(jié)語

作為新能源的一種，電動(dòng)汽車在日常交通中應(yīng)用的種類和數(shù)量逐漸提升，同時(shí)也增加了發(fā)生鋰電池火災(zāi)的可能性，由于鋰電池火災(zāi)具有較高的危險(xiǎn)性，除了火災(zāi)外，還會(huì)釋放有毒有害氣體，甚至在救援工作的開展過程中還存在爆炸和觸電的可能，因此，要積極開展科學(xué)的救援工作，使其得到有效處置。