張亮 楊磊 周會(huì)會(huì) 陳躍超 楊旭

0 引言

中國新能源汽車行業(yè)過去5 年經(jīng)歷了“突飛猛進(jìn)”的發(fā)展，其保有量增長了9 倍有余（見圖1），加之國家政策支撐、稀土儲(chǔ)量豐富等利好因素加持，行業(yè)整體正在從萌芽期向成長期快速過度，但配套設(shè)施不完善、核心部件技術(shù)不統(tǒng)一、動(dòng)力電池性能差異大、新型材料應(yīng)用多、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尚未完善等諸多問題，造成了整車致火、致毒、漏電、碰撞風(fēng)險(xiǎn)增加，為消防救援隊(duì)伍參與處置新能源汽車火災(zāi)及救援帶來了前所未有的挑戰(zhàn)[1]。對(duì)該行業(yè)開展深入研究，有助于盡快建立并完善易于基層指戰(zhàn)員執(zhí)行的新能源電動(dòng)汽車火災(zāi)撲救規(guī)程，減少錯(cuò)誤操作造成的指戰(zhàn)員傷亡。

據(jù)消防救援局不完全統(tǒng)計(jì)，全國2019 年發(fā)生新能源汽車火災(zāi)560 余起，2020 年前三季度已達(dá)到700 余起。影響較大的有2019 年4 月上海特斯拉ModelS、西安蔚來ES8、武漢比亞迪e5，2019 年9月溫州威馬EX5，2020 年5 月長沙理想ONE 等自燃事件。在多類新能源汽車火災(zāi)事件中，因動(dòng)力電池事故引發(fā)火災(zāi)的占比較大，北京理工大學(xué)發(fā)布的《新能源汽車與大數(shù)據(jù)安全》中統(tǒng)計(jì)占61%，中國汽車技術(shù)研究中心發(fā)布的《電動(dòng)汽車以及動(dòng)力電池的安全評(píng)價(jià)》中統(tǒng)計(jì)占52%，且伴隨動(dòng)力電池能量密度的不斷提升，其熱失控引發(fā)火災(zāi)的能量和破壞力也將成倍增長。

1 主流純電動(dòng)汽車電池性能對(duì)比

新能源純電動(dòng)汽車的續(xù)航、充電和安全問題很大程度上取決于其動(dòng)力來源，即“電池”，其按類型可分為物理、化學(xué)和生物電池三種，若按結(jié)構(gòu)可分為蓄電池和燃料電池兩大類。近幾年裝車量靠前的有鎳鈷錳、鎳鈷鋁、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈦酸鋰五種動(dòng)力電池，但當(dāng)前及未來短期內(nèi)三元材料（鎳鈷錳）電池和磷酸鐵鋰電池將是主流選擇（見圖2）。

1.1 三元材料電池

通常指的三元材料電池使用鎳鹽、鈷鹽、錳鹽作為電池正極原料，三種元素的比例可以根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)整，其中鎳可以增加材料電池的體積能密度、鈷可以增加材料電池結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、錳可以提高材料電池的安全性并進(jìn)一步降低材料電池成本。這類電池具有單位體積能量密度較高、耐低溫性能較好、支持高倍率充放電等優(yōu)勢(shì)，也存在制造成本較高、安全性能較低、電池循環(huán)壽命較少、環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)大等問題。目前全球銷量領(lǐng)先的特斯拉Model 3 及Model Y 等長續(xù)航車型基本使用三元鋰電池，國內(nèi)部分車企為獲得新能源政策補(bǔ)貼，也在不斷推動(dòng)三元鋰電池高鎳低鈷產(chǎn)品研發(fā)，從過去532 發(fā)展至目前811 比例，三元鋰電池能量密度進(jìn)一步提升，但電池自身的安全穩(wěn)定性未得到有效提升，加大了電池自燃的風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 2015-2019 年中國新能源汽車保有量

圖2 2020 年主流動(dòng)力電池銷量對(duì)比

1.2 磷酸鐵鋰電池

磷酸鐵鋰電池，使用磷酸鐵鋰（LiFePO4）作為正極材料，使用石墨作為負(fù)極材料。這類電池具有安全性能高、循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)、制造成本較低的優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)電池的原料中不含重金屬與稀有金屬，對(duì)環(huán)境污染小，屬于綠色環(huán)保電池。其主要缺點(diǎn)在于體積能量密度較低、充電恒流比低、耐低溫性差。但隨著國內(nèi)電池生產(chǎn)巨頭寧德時(shí)代和新能源造車龍頭企業(yè)比亞迪先后推出“CTP”技術(shù)及“刀片電池”，磷酸鐵鋰電池的體積能量密度得到了大幅提升，補(bǔ)齊了最大短板。目前國內(nèi)銷量領(lǐng)先的宏光MINI EV、特斯拉國產(chǎn)Model 3、比亞迪漢 EV 車型均搭載了磷酸鐵鋰電池。

2 主流純電動(dòng)汽車電池?zé)崾Э卦蚍治?/h2>

2.1 機(jī)械濫用

較為常見的是汽車發(fā)生碰撞時(shí)，由于受到外力擠壓作用，造成車輛單體電池或電池組發(fā)生形變、位移、破損等情況，可能引發(fā)電池隔膜破裂[2]、電池內(nèi)部短路、電解質(zhì)泄露起火。一旦發(fā)生導(dǎo)體刺穿電池本體情況，有大概率引發(fā)電池正負(fù)極直接短路，能夠在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量熱量，引發(fā)熱失控概率及程度更高。雖然在最新發(fā)布的GB 38031-2020《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求》中已經(jīng)刪除了針刺試驗(yàn)要求，但為驗(yàn)證動(dòng)力電池可靠性，比亞迪、寧德時(shí)代、廣汽埃安分別公開了“針刺實(shí)驗(yàn)”相關(guān)數(shù)據(jù)。其中比亞迪2020 年3 月實(shí)驗(yàn)時(shí)使用直徑5mm 的鋼針以垂直方向貫穿滿電狀態(tài)的常規(guī)三元鋰電池、普通磷酸鐵鋰電池、比亞迪刀片電池后，三元鋰電池迅速膨脹隨即起火爆炸，電池表面溫度超過500攝氏度，普通磷酸鐵鋰電池出現(xiàn)冒煙現(xiàn)象，電池表面溫度約200-400 攝氏度，刀片電池表面溫度約30-60 攝氏度。

2.2 電濫用

通常指對(duì)動(dòng)力電池使用不當(dāng)，主要包括快充、過度充電、過度放電和外部短路幾種類型。

2.2.1快充

快充會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部正負(fù)極電極電勢(shì)差偏離平衡電勢(shì)，當(dāng)電流較大時(shí)，電池負(fù)極表面的SEI 膜穩(wěn)定性可能發(fā)生改變，甚至發(fā)生破裂，導(dǎo)致電極材料破壞。同時(shí)，大電流充電時(shí)，電池內(nèi)阻增大也會(huì)引起發(fā)熱量增加，進(jìn)而引發(fā)電解液反應(yīng)分解、產(chǎn)氣等問題。

2.2.2過度充電

張磊等[3]采用三元鋰電池進(jìn)行了過充實(shí)驗(yàn)，在過度充電過程中，Li+從電池正極脫離涌入負(fù)極的晶格中，如果出現(xiàn)過度充電，則過量的Li+嵌入到負(fù)極中，正極就會(huì)出現(xiàn)Li+的過度脫離結(jié)構(gòu)性崩塌,即發(fā)熱并伴有氧釋放，可能加劇電解質(zhì)分解、電池內(nèi)部正壓增大，進(jìn)而增加熱失控及爆炸風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.3過度放電

通常指低于門限電壓繼續(xù)放電，如果過放嚴(yán)重，最低電壓的電池單體可能發(fā)生“反極”，被電池組中其他串聯(lián)的電池進(jìn)行反向充電，造成結(jié)構(gòu)崩塌形成電阻，導(dǎo)致熱失控。

2.2.4外部短路

通常指由于外部環(huán)境導(dǎo)致電池正負(fù)極連接成為通路，造成電流過大、熱量過多，電池受損。碰撞、導(dǎo)體污染、浸水是常見外部短路原因。

2.3 鏈?zhǔn)椒磻?yīng)

電池單體發(fā)生熱失控后可能迅速升溫并最終導(dǎo)致燃燒、爆炸[4]，極易對(duì)相鄰電池組造成物理或化學(xué)破壞，形成“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”，最終以點(diǎn)帶面造成整體熱失控。

2.4 非法改裝

“慢充”改“快充”、“低能量”改“高能量”是新能源電動(dòng)汽車最常見的非法改裝形式。局部改裝可能出現(xiàn)整車電路系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)行、BMS（電池管理系統(tǒng)）控制異常，增加電池?zé)崾Э仫L(fēng)險(xiǎn)。

3 純電動(dòng)汽車火災(zāi)撲救對(duì)策

區(qū)別于傳統(tǒng)燃油汽車火災(zāi)，新能源純電動(dòng)汽車起火后還存在發(fā)熱量更高、發(fā)煙量更大、煙氣成分更復(fù)雜、毒害性更強(qiáng)、觸電風(fēng)險(xiǎn)更高、復(fù)燃可能性大等特點(diǎn)。消防救援隊(duì)伍在應(yīng)對(duì)處置此類警情時(shí)，應(yīng)在執(zhí)行燃油汽車火災(zāi)撲救處置規(guī)程的基礎(chǔ)上針對(duì)上述特點(diǎn)進(jìn)一步完善措施對(duì)策，強(qiáng)化作戰(zhàn)行動(dòng)安全管控。

3.1 強(qiáng)化接警調(diào)度

3.1.1接警要詳細(xì)

城市119 指揮中心接警員在接到新能源純電動(dòng)汽車火災(zāi)報(bào)警后，應(yīng)盡快詢問起火車輛的品牌、型號(hào)、位置、狀態(tài)、車內(nèi)存放物品、周邊環(huán)境及是否有人員被困，及時(shí)指引報(bào)警人撤離至安全區(qū)域。區(qū)別于傳統(tǒng)燃油汽車火災(zāi)接警工作，新能源純電動(dòng)汽車品牌設(shè)計(jì)差異較大，動(dòng)力電池的種類、布局、封裝工藝、能量不盡相同，準(zhǔn)確了解車輛品牌型號(hào)有助于快速調(diào)閱與之匹配的汽車服務(wù)手冊(cè)及隨車《救援指南》，第一時(shí)間推送至參與救援的消防指戰(zhàn)員，提升滅火救援行動(dòng)的安全性和科學(xué)性。

3.1.2調(diào)度要充分

優(yōu)先考慮調(diào)派大流量水罐泡沫車、高倍數(shù)泡沫消防車、搶險(xiǎn)救援消防車、供氣消防車等車輛，以及遙控消防水炮、水力自擺消防水炮、漏電測(cè)試儀、測(cè)溫儀、熱成像儀、可燃?xì)怏w探測(cè)儀、有毒氣體探測(cè)儀、電絕緣裝具、水幕水帶、無人機(jī)等器材及個(gè)人防護(hù)裝備，如災(zāi)害地點(diǎn)處于地下停車場(chǎng)、隧道等密閉空間內(nèi)，還要第一時(shí)間增調(diào)排煙消防車、消防機(jī)器人。如現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜、處置難度較大，還應(yīng)視情聯(lián)動(dòng)應(yīng)急、供電、公安、醫(yī)療、重型機(jī)械、供水等單位到場(chǎng)協(xié)助處置。

3.2 強(qiáng)化安全警戒

在道路實(shí)施滅火救援行動(dòng)時(shí)，要打開警燈警報(bào)，設(shè)立警戒創(chuàng)造封閉作業(yè)區(qū)域，視情告知交管部門協(xié)助警戒，利用公眾號(hào)、廣播等模式發(fā)布警戒消息，實(shí)施交通管制。一般道路警戒距離不應(yīng)少于200 米；在高速公路上，應(yīng)在救援區(qū)域前、后方500 米設(shè)置聲光警戒和事故警示標(biāo)志，并在200 米處設(shè)置二次警戒，遇到降雨、降雪、多霧天氣或夜間作業(yè)，警戒區(qū)距離需擴(kuò)大一倍。處置過程中還需設(shè)置安全員，全程觀察現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)區(qū)域和部位，預(yù)判可能發(fā)生的危險(xiǎn)跡象并及時(shí)發(fā)出提示。

3.3 強(qiáng)化個(gè)人防護(hù)

新能源純電動(dòng)汽車電池?cái)?shù)量多、電壓高、電量大，一旦發(fā)生燃燒將導(dǎo)致能量集中釋放，可能出現(xiàn)爆炸失控，加之電池組經(jīng)受熱分解[5]可能釋放大量有毒有害氣體（一氧化碳、氟化氫、二氧化硫等）、可燃?xì)怏w（一氧化碳、氫氣、甲烷等），易造成指戰(zhàn)員中毒、觸電或爆炸傷害。在處置過程中，必須著全套滅火防護(hù)裝備、全程佩戴空氣呼吸器、使用電絕緣裝具，同時(shí)設(shè)立緊急救助小組，做好應(yīng)急救助和輪換作業(yè)準(zhǔn)備。

3.4 強(qiáng)化偵察研判

第一時(shí)間核實(shí)車內(nèi)是否有人員被困，是否存在火勢(shì)蔓延趨勢(shì)；充分利用漏電測(cè)試儀、測(cè)溫儀、熱成像儀、可燃?xì)怏w探測(cè)儀、有毒氣體探測(cè)儀等設(shè)備對(duì)起火車輛及周邊環(huán)境開展持續(xù)監(jiān)測(cè)，確認(rèn)車輛是否處于充電或漏電狀態(tài)，預(yù)判爆炸破壞力范圍及有毒氣體擴(kuò)散危險(xiǎn)半徑，為疏散被困人員、設(shè)置水槍陣地提供決策依據(jù)。

3.5 強(qiáng)化處置對(duì)策

3.5.1主動(dòng)式滅火策略

主動(dòng)式滅火通常指有人員被困的情況，該情況下應(yīng)堅(jiān)持“救人第一、科學(xué)施救”原則，同步開展斷電、破拆、滅火、救人行動(dòng)。在火災(zāi)發(fā)生的初期階段，要優(yōu)先評(píng)估車輛斷電的可能性，并在安全前提下立即實(shí)施斷電操作，包括但不限于切斷車輛緊急響應(yīng)程序一整段回路（消除切斷的電線意外重新連接的風(fēng)險(xiǎn)）、切斷充電樁及上級(jí)供電線路，要確保車輛處于駐車擋（P 擋）上并啟用駐車制動(dòng)（手剎），搜尋車輛鑰匙裝入具有信號(hào)屏蔽功能的屏蔽袋或屏蔽箱并放置10 米以外的區(qū)域；對(duì)無法快速完成斷電操作車輛或火勢(shì)較大危及被困人員生命安全的情況，應(yīng)及時(shí)為被困人員提供呼吸保護(hù)并使用噴霧水、干粉、二氧化碳、泡沫或其他高效滅火劑對(duì)火勢(shì)進(jìn)行壓制[6]，為實(shí)施破拆救人創(chuàng)造條件；在整個(gè)救援行動(dòng)中務(wù)必假定所有高壓組件都處于通電狀態(tài)，切割、粉碎及身體裸露部位觸摸要重點(diǎn)避開高壓組件、氣壓支撐桿、氣囊等區(qū)域，防止觸電、炸傷。

3.5.2控制式滅火策略

控制式滅火通常指無人員被困的情況，主要采取控制范圍、冷卻降溫的處置戰(zhàn)術(shù)。考慮到高壓電池起火處置時(shí)間可能長達(dá)數(shù)小時(shí)，用水量通常超過10 噸，供水組應(yīng)充分利用市政消火栓、大容量供水車保障供水不間斷；滅火組應(yīng)選擇上風(fēng)或側(cè)上風(fēng)方向距離起火車輛10 至15 米之外設(shè)置水槍、水炮陣地出水滅火；破拆組在符合安全要求的情況下，可舉升或傾斜車輛，以便射水能有效覆蓋電池區(qū)域，在無專業(yè)人員指導(dǎo)下嚴(yán)禁使用液壓、切割等破拆工具對(duì)電池組、保護(hù)罩、高壓線纜及車輛結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆卸、剪切、擴(kuò)張、穿刺等操作。如燃燒車輛處于地下停車場(chǎng)，應(yīng)及時(shí)使用移車器轉(zhuǎn)移周邊車輛，迅速啟動(dòng)防排煙、防火卷簾等固定消防設(shè)施，并派出偵察組核實(shí)通往建筑上層樓梯間充煙情況，視情采取下步措施。

3.6 強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)移交

與傳統(tǒng)燃油車火災(zāi)相比，新能源純電動(dòng)汽車明火撲滅后電池仍可能持續(xù)熱失控反應(yīng)，存在復(fù)燃可能。滅火組應(yīng)在明火撲滅后持續(xù)射水降溫，直至無明顯煙霧。停止射水后應(yīng)使用熱成像儀測(cè)量高壓電池區(qū)域溫度并持續(xù)監(jiān)測(cè)變化趨勢(shì)，經(jīng)評(píng)估無復(fù)燃、爆炸等風(fēng)險(xiǎn)后才可將車輛移交給相關(guān)部門進(jìn)一步處置。

4 純電動(dòng)汽車防災(zāi)對(duì)策

國家監(jiān)管層面，應(yīng)針對(duì)新能源純電動(dòng)汽車及相關(guān)配套設(shè)施制定出臺(tái)更加嚴(yán)格的規(guī)范性和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)；企業(yè)層面，應(yīng)加強(qiáng)產(chǎn)品研發(fā)投入，生產(chǎn)制造工藝更加精良、性能更加卓越、安全更有保障的新能源純電動(dòng)汽車，并針對(duì)碰撞、浸水、擠壓甚至穿刺等極端情況反復(fù)開展大量實(shí)驗(yàn)測(cè)試，切實(shí)將安全可靠的產(chǎn)品投放市場(chǎng)；物業(yè)方面，應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目用電負(fù)荷合理增設(shè)充電樁，可視情采取“集中停放”“錯(cuò)峰充電”“增設(shè)監(jiān)控”“增設(shè)傳感器”“增設(shè)自動(dòng)滅火設(shè)施”等方式削峰填谷、減小用電壓力、提升消防安全；用戶層面，應(yīng)避免使用不合規(guī)及超過額定功率的“充電設(shè)備”，降低電池過充、過放幾率，杜絕違規(guī)改裝，合理使用車輛。

5 結(jié)語

隨著新能源電動(dòng)汽車行業(yè)發(fā)展，與之相關(guān)的快速充電、儲(chǔ)能電站、換電站等技術(shù)也在逐步應(yīng)用，特別是集充換電、儲(chǔ)電、加油、儲(chǔ)油、分布式光伏于一體的充能站陸續(xù)出現(xiàn)，給火災(zāi)防控和消防救援工作帶來了新的挑戰(zhàn)，筆者建議防火工作者在現(xiàn)行《汽車庫、修車庫、停車場(chǎng)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》基礎(chǔ)上進(jìn)行探索完善，強(qiáng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警、初期處置、集中停放、錯(cuò)時(shí)充電等措施；滅火救援指戰(zhàn)員應(yīng)加強(qiáng)新能源電動(dòng)汽車、新型電池的知識(shí)更新，強(qiáng)化復(fù)雜條件下的電動(dòng)汽車火災(zāi)處置演練。