提升新能源電動汽車火災(zāi)救援能力的研究

摘要：在可持續(xù)發(fā)展的新形勢下，我國新能源電動汽車產(chǎn)業(yè)得到了迅速發(fā)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(zāi)事故發(fā)生的概率越來越大，這已經(jīng)成為一個很嚴(yán)重的問題，不容忽視。文章在分析新能源電動汽車主要構(gòu)造的基礎(chǔ)上，對其起火原因、火災(zāi)特點(diǎn)進(jìn)行研究，并對新能源電動汽車火災(zāi)的滅火戰(zhàn)術(shù)進(jìn)行探討，希望能使救援人員進(jìn)一步了解掌握新能源電動汽車火災(zāi)撲救的注意事項(xiàng)，從而提升救援人員在新能源電動汽車火災(zāi)撲救方面的能力。關(guān)鍵詞：新能源汽車;火災(zāi);救援隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和新能源技術(shù)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)取得了快速發(fā)展，新能源汽車的種類和數(shù)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(fù)合增長率約63.6%，新能源電動汽車為消費(fèi)者帶來高質(zhì)量生活的同時，也帶來了一些新的安全風(fēng)險，其中新能源電動汽車火災(zāi)事故備受社會關(guān)注。2021年7月國家市場監(jiān)督管理總局缺陷產(chǎn)品管理中心公布了上半年召回的汽車數(shù)據(jù)，據(jù)數(shù)據(jù)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(shù)十倍。本次召回范圍內(nèi)的新能源車輛中，大部分車輛動力電池系統(tǒng)存在一定的安全風(fēng)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(tǒng)汽車大很多。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2021年下半年，國內(nèi)共發(fā)生新能源汽車火災(zāi)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(zāi)事故，筆者認(rèn)為，要了解掌握新能源電動汽車的主要構(gòu)造，分析起火原因和火災(zāi)特點(diǎn)，復(fù)盤研究新能源電動汽車火災(zāi)的滅火戰(zhàn)術(shù)，才能根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況制定科學(xué)合理的滅火方案。一、新能源電動汽車的主要構(gòu)造（一）新能源汽車主要結(jié)構(gòu)新能源電動汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由電力驅(qū)動系統(tǒng)、能源系統(tǒng)和輔助工作系統(tǒng)等組成，在實(shí)際運(yùn)行過程中，需要將各種系統(tǒng)結(jié)合起來，以保證電動汽車的穩(wěn)定運(yùn)行。動力驅(qū)動系統(tǒng)分為驅(qū)動控制器、驅(qū)動電機(jī)、輪子和機(jī)械傳動裝置，其能將蓄電池中的電能轉(zhuǎn)化為輪子的動能，還能將車輛減速、制動時輪子的動能轉(zhuǎn)化為電能，進(jìn)而回饋到動力電池中以實(shí)現(xiàn)車輛的制動能量回收[1]。汽車能源系統(tǒng)主要是控制充電機(jī)向電池充電，提供驅(qū)動電能，監(jiān)測電源情況等，主要分為電池組、電池充電機(jī)和管理系統(tǒng)。輔助工作系統(tǒng)是提高電動汽車的操控性和舒適性，主要包括動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、輔助動力源、照明設(shè)備、空調(diào)、汽車雨刮器、除霜裝置和收音機(jī)等。（二）電動汽車與傳統(tǒng)燃油汽車在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別動力系統(tǒng)和能量供應(yīng)系統(tǒng)是電動汽車與燃油汽車在結(jié)構(gòu)上的最大區(qū)別，電動汽車采用控制器、電動機(jī)、蓄電池及相關(guān)設(shè)備替代了燃油汽車的油箱和內(nèi)燃機(jī)。我們都知道，電動汽車沒有發(fā)動機(jī)，它是用電動機(jī)代替了燃油發(fā)動機(jī)，用控制器控制電機(jī)驅(qū)動車輛運(yùn)行。所以電動汽車不需要傳統(tǒng)燃油汽車上與燃油發(fā)動機(jī)相關(guān)的零部件，比如火花塞、變速器、燃油供給裝置、油箱、進(jìn)氣管、排氣管、三元催化轉(zhuǎn)化器以及消聲器等零件，甚至連燃油汽車車頭上的進(jìn)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(jī)、控制器等。通過對比發(fā)現(xiàn)，電動汽車與燃油汽車在外觀上區(qū)別不大（除排氣管外），但電動汽車內(nèi)部構(gòu)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(hù)保養(yǎng)起來比較方便。（三）新能源電動汽車電池的主要結(jié)構(gòu)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(fù)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(fù)電極材料;電解液是含有鋰鹽LiPF6、LiAsF6等鋰化合物的有機(jī)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(xué)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?yàn)樗臒岱€(wěn)定性更好，所以消防人員應(yīng)該多研究磷酸鐵鋰電池，以便能更好地進(jìn)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(huán)境）自燃[3]。電氣故障和自燃是造成電動汽車火災(zāi)的主要原因，而過充、電池單體故障、電氣線路短路是導(dǎo)致火災(zāi)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(chǎn)生大量熱能，熱能在達(dá)到一定溫度時會使導(dǎo)線接點(diǎn)發(fā)熱引起可燃材料起火。此外，當(dāng)電池遇到外部強(qiáng)大的沖擊力時，鋰電池的結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，正負(fù)極片在強(qiáng)大的撞擊力下直接接觸，也會導(dǎo)致電池短路，從而引起車輛起火。第二，電路漏電。電動汽車內(nèi)附加的各種電子設(shè)備增加了車輛電路的負(fù)荷，有可能導(dǎo)致電路故障從而引起自燃。第三，電池質(zhì)量問題。隨著電池大規(guī)模使用和單位面積功率密度的增加，電池的數(shù)量和質(zhì)量也在增加，發(fā)生火災(zāi)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(zhì)會發(fā)生分解生成氣體，導(dǎo)致電池鼓包，當(dāng)電池外部的包裝材料過壓時，電池會爆炸引發(fā)火災(zāi)。此外，車內(nèi)的高溫部件也有可能引燃車內(nèi)的可燃物[5]，從而導(dǎo)致電動汽車發(fā)生火災(zāi)。第五，電池過充。鋰電池在充滿電的情況下繼續(xù)充電會使得正極材料中的鋰元素缺失過度，導(dǎo)致正極材料的熱穩(wěn)定性失效，發(fā)生反應(yīng)，同時鋰電池中的電解液也會在正極材料表面發(fā)生氧化，產(chǎn)生氣體和大量熱，導(dǎo)致包裹電池的外部材料過壓爆炸引發(fā)火災(zāi)。一般正規(guī)的電池生產(chǎn)廠家在電池中會添加一個過流保護(hù)線路，在電池達(dá)到滿電狀態(tài)時自動切斷電流的回路，防止過充情況的發(fā)生。三、新能源電動汽車火災(zāi)的特點(diǎn)新能源電動汽車在長時間行駛或不規(guī)范充電、撞擊等不同情況下都會造成電池?fù)p壞，增加了火災(zāi)的可能性。新能源汽車火災(zāi)主要有以下特點(diǎn)：第一，新能源電動汽車火災(zāi)突發(fā)性強(qiáng)，火勢蔓延迅速，燃燒溫度高，甚至可以達(dá)到1000℃。第二，新能源電動車的潛在火災(zāi)風(fēng)險很大，如果出現(xiàn)火災(zāi)，燃燒過程中會排放有毒氣體，也會存在爆炸的風(fēng)險[6]。特別是鋰離子電池起火時，會迅速產(chǎn)生大量的白煙以及有毒氣體，給救援人員帶來中毒的風(fēng)險。當(dāng)鋰離子電池達(dá)到熱放電狀態(tài)時，分解出的可燃?xì)怏w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(fā)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(zāi)對滅火技術(shù)要求很高。首先，鋰離子電池在撲救過程中存在復(fù)燃風(fēng)險，會增加滅火救援的難度。其次，鋰離子電池?zé)崾Э睾?，會持續(xù)放熱并放出可燃?xì)怏w，常規(guī)的滅火藥劑滅火效果不夠理想且難以直接作用在火災(zāi)點(diǎn)上，因此，會使救援時間延長。即使表面的明火被撲滅，因?yàn)殇囯x子電池內(nèi)部的放熱反應(yīng)仍在繼續(xù)，所以鋰離子電池重復(fù)起火的可能性很大。四、新能源電動汽車火災(zāi)的滅火戰(zhàn)術(shù)（一）接警調(diào)度如果電動車起火，趕到現(xiàn)場的民警和救援人員應(yīng)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(shù)據(jù)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(jīng)銷商聯(lián)系進(jìn)一步詳細(xì)了解車輛的相關(guān)情況。（二）警戒偵查、切斷電源當(dāng)新能源電動汽車發(fā)生火災(zāi)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(nèi)被困人員，掌握車輛的電池容量和種類，同時指揮員應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，科學(xué)合理地進(jìn)行戰(zhàn)斗部署。如果火災(zāi)處于初發(fā)階段，且救援現(xiàn)場符合斷電的條件，應(yīng)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(xué)安全處置1.戰(zhàn)術(shù)原則滅火作戰(zhàn)的指導(dǎo)思想是“救人第一、科學(xué)施救”。當(dāng)有人員被困時，應(yīng)優(yōu)先考慮救人的措施。當(dāng)現(xiàn)場有重大危險隱患時，首選能夠降低消除重大隱患的技戰(zhàn)術(shù)措施。具體措施應(yīng)根據(jù)每個現(xiàn)場的不同情況，由指揮員在戰(zhàn)術(shù)原則下，現(xiàn)場科學(xué)決策。2.滅火劑的選擇鋰離子電池火災(zāi)具有突發(fā)性強(qiáng)、火勢蔓延迅速、溫度高等特點(diǎn)，因此很難有效、快速地進(jìn)行滅火。國外的研究表明，大量的水可成功有效地?fù)錅玟囯x子電池火災(zāi)，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(rèn)為，阻止鋰離子電池火災(zāi)蔓延的關(guān)鍵因素是滅火藥劑降溫能力的大小，經(jīng)研究表明，抑制鋰離子電池火災(zāi)效果最佳的是水基型滅火劑。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)通過研究發(fā)現(xiàn)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(jié)合，通過間歇噴射滅火劑的方式進(jìn)行高效滅火降溫，那么鋰電池火災(zāi)將會得到很好的控制。（四）保持不間斷供水滅鋰電池火災(zāi)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(zāi)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(zāi)用水量更大，同時，對供水的保障要求更高。指揮員可根據(jù)現(xiàn)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(zāi)發(fā)生在高速路、郊區(qū)等周邊沒有水源區(qū)域時，可以采取運(yùn)水供水的方式，這也是建議出警時首次調(diào)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(zāi)中發(fā)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(xiàn)場救援人員用大量水來稀釋釋放的有毒氣體。（五）加強(qiáng)冷卻監(jiān)控特斯拉是著名的電動車品牌，其應(yīng)急手冊指出，鋰電池起火需要24小時才能完全熄滅，持續(xù)冒煙表明電池仍然在發(fā)熱。鋰離子電池極易復(fù)燃，因此監(jiān)測應(yīng)持續(xù)到電池停止冒煙后至少一個小時?，F(xiàn)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(jìn)行不間斷的監(jiān)測，如果發(fā)現(xiàn)鋰離子電