趙偉杰

摘要：在節(jié)能減排的發(fā)展形勢(shì)下，新能源汽車作為一種新型交通工具發(fā)展迅速，由于操作不當(dāng)引發(fā)的火災(zāi)事故也在逐漸增多。為對(duì)新能源汽車火災(zāi)進(jìn)行了解和預(yù)防，在查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，從新能源汽車的結(jié)構(gòu)和火災(zāi)危險(xiǎn)性出發(fā)，分析總結(jié)發(fā)生火災(zāi)的主要原因，對(duì)適用于新能源汽車的滅火救援技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，希望為新能源汽車的安全研究和滅火救援作業(yè)提供參考。

關(guān)鍵詞：新能源;火災(zāi)事故;火災(zāi)危險(xiǎn)性;滅火救援

隨著我國對(duì)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃和支持，市場(chǎng)占有量不斷提高，與新能源汽車相關(guān)的火災(zāi)事故起數(shù)逐漸增多，火災(zāi)危險(xiǎn)性大。新能源汽車的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)汽車有著較大差別，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)的滅火處置也有所不同，2019年和2020年新能源汽車發(fā)生火災(zāi)事故起數(shù)按月份對(duì)比如圖1所示。本文從新能源汽車的火災(zāi)特性出發(fā)，總結(jié)其常見的火災(zāi)原因，對(duì)新能源汽車的滅火救援技術(shù)進(jìn)行綜述[1]。

1? 新能源汽車的火災(zāi)特性

新能源汽車主要有純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車（油電混合）、燃料電池汽車等，采用非常規(guī)車用燃料作為動(dòng)力來源，如鉛酸蓄電池、鋰離子電池、鎳氫蓄電池等比較常見[2]，在構(gòu)造和動(dòng)力設(shè)計(jì)上與傳統(tǒng)汽車有較大區(qū)別。新能源汽車發(fā)生火災(zāi)主要是交通事故、設(shè)備自身故障或外在火源引燃等原因造成的，火災(zāi)危害性最大的是新能源汽車的電池組。據(jù)相關(guān)研究表明，新能源汽車發(fā)生火災(zāi)主要與動(dòng)力鋰電池系統(tǒng)熱失控有關(guān)[3]。

1.1? 新能源汽車火災(zāi)發(fā)展迅猛，燃燒溫度高

新能源汽車起火事故頻發(fā)，在發(fā)生碰撞、充電，甚至正常行駛時(shí)都會(huì)出現(xiàn)火災(zāi)事故，安全性能受到多方質(zhì)疑，2020年新能源汽車起火時(shí)的狀態(tài)統(tǒng)計(jì)如圖2所示。鋰電池系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差，易發(fā)生熱失控燃燒，加上汽車可燃內(nèi)飾及泄漏的電解質(zhì)，使火災(zāi)發(fā)展更為迅猛，溫度急劇上升。汪書蘋等[4]對(duì)電動(dòng)汽車使用最廣泛的磷酸鐵鋰電池的火災(zāi)危險(xiǎn)性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)充電的鋰電池能在很短的時(shí)間內(nèi)被引燃，且燃燒劇烈，同時(shí)豎直放置比水平放置的鋰電池爆燃危險(xiǎn)性更大;李毅等[5]對(duì)鋰電池進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鋰電池自燃溫度為170℃，若發(fā)生短路則會(huì)進(jìn)一步引起整個(gè)電池組的燃燒，導(dǎo)致爆燃;王青松[6]等利用微量量熱儀對(duì)鋰電池燃燒時(shí)內(nèi)部的主要產(chǎn)熱過程進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在40℃時(shí)，嵌鋰碳與電解液開始反應(yīng)，后續(xù)不斷放熱。

1.2? 新能源汽車火災(zāi)釋放有毒氣體，爆炸危險(xiǎn)性大

新能源汽車除含有與傳統(tǒng)汽車共有的內(nèi)飾材料等燃燒會(huì)產(chǎn)生有毒氣體外，鋰電池內(nèi)部含有易揮發(fā)的有毒腐蝕性的電解液，熱失控外泄，燃燒與空氣接觸氧化，生成大量氟化物、烯烴、烷烴、醚等有毒物質(zhì)。RibièreP等[7]研究發(fā)現(xiàn)單個(gè)鋰電池在燃燒時(shí)會(huì)釋放出大量的熱及有毒氣體;Neil S.Spinner 等[8]對(duì)鋰電池火災(zāi)產(chǎn)生氣體進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)鋰電池爆燃生成CO、CO2、CH4，電解質(zhì)分解也會(huì)生成大量CH4，與氧氣接觸燃燒生成CO（不完全燃燒）和CO2（完全燃燒）;張磊等[9-10]對(duì)三元鋰電池在熱過載條件下進(jìn)行熱失控研究，發(fā)現(xiàn)鋰電池?zé)崾Э刂饕纱罅緾O、H2、CH4、乙炔（C2H2）、乙烯（C2H4）、五氟磷酸（PF5）等有毒氣體。

此外，鋰的金屬活潑性強(qiáng)，燃燒時(shí)反應(yīng)劇烈釋放大量熱量和氣體，加上鋰電池組的結(jié)構(gòu)特征，空間狹小造成能量釋放擠壓，一旦發(fā)生火災(zāi)，其爆炸危險(xiǎn)性非常大。Q.S Wang等[11]認(rèn)為在鋰電池?zé)崾Э厍闆r下，隨著溫度和壓力的不斷升高會(huì)發(fā)生鼓脹和電解液噴射現(xiàn)象，從而發(fā)生火災(zāi)和爆炸;X.R Li 等[12]利用差示掃描量熱儀對(duì)鋰電池的電解質(zhì)進(jìn)行熱分析，發(fā)現(xiàn)鋰電池機(jī)械刺激的敏感性、爆炸強(qiáng)度，均比其他普通電池要強(qiáng);Neil S.Spinner 等[8]對(duì)18650型鋰電池單體和模組進(jìn)行熱失控實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在密閉狹小的空間內(nèi)，鋰電池模組故障會(huì)產(chǎn)生大量熱量，可導(dǎo)致活性電池爆燃及連鎖反應(yīng)。

1.3? 新能源汽車火災(zāi)易復(fù)燃，滅火救援技術(shù)要求高

新能源汽車的鋰電池發(fā)生熱失控燃燒后，持續(xù)釋放出大量熱量和可燃?xì)怏w，在消防人員對(duì)其明火進(jìn)行撲滅后，內(nèi)部的化學(xué)物質(zhì)仍在進(jìn)行放熱反應(yīng)，因此新能源汽車發(fā)生火災(zāi)后易出現(xiàn)復(fù)燃現(xiàn)象，且新能源汽車燃燒會(huì)產(chǎn)生大量有毒氣體，電池包采用的高壓電池系統(tǒng)，有漏電風(fēng)險(xiǎn)，因此，在滅火過程中，要避免其對(duì)消防員身體及周圍環(huán)境造成威脅。

2? 新能源汽車常見的火災(zāi)原因

新能源汽車主要?jiǎng)恿碓从陔姵亟M，與傳統(tǒng)燃油汽車的結(jié)構(gòu)不同，對(duì)其火災(zāi)原因進(jìn)行總結(jié)還需考慮電池組的影響。

2.1? 電氣線路故障

新能源汽車機(jī)身含有的電氣線路遠(yuǎn)多于傳統(tǒng)燃油汽車，復(fù)雜而密集，分為低壓和高壓兩種，線路發(fā)生故障極易導(dǎo)致新能源汽車發(fā)生火災(zāi)，電氣線路如圖3所示。隨著新能源汽車使用時(shí)間的延長(zhǎng)，逐漸會(huì)出現(xiàn)部件老化、破損、電線電阻增大等情況，線路散熱受到影響，容易引發(fā)各種電氣線路故障，如短路、斷路、過負(fù)荷等。同時(shí)，新能源汽車在使用過程中也會(huì)有一些人為損傷造成電氣線路故障，如使用非原裝的充電設(shè)備、配件，私改電線等。

2.2? 電池故障

新能源汽車主要?jiǎng)恿碓词请姵亟M，電池模組是由多個(gè)單個(gè)電池單體組合在一起，一般安裝在汽車底盤。電池組比較脆弱且穩(wěn)定性較差，為保障新能源汽車整體供電的正常運(yùn)行，電池模組設(shè)計(jì)為單個(gè)電池單體，出現(xiàn)故障不影響整體電池組的正常供電。電池故障是引起新能源汽車發(fā)生火災(zāi)最主要且危險(xiǎn)性最大的原因，一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢(shì)發(fā)展快速劇烈、溫度高。電芯熱失控如圖4所示。

2.3? 外部引火源

外部引火源即縱火，是最為常見且直接傷害最大的火災(zāi)原因，如可燃液體、煙頭等引火物。新能源汽車的電池組件、汽油（油電混合汽車）和內(nèi)飾等都是可燃物品，很容易造成火災(zāi)，非常劇烈且難以控制。外部引火源造成的火災(zāi)要考慮是否為刑事案件，對(duì)于此類火災(zāi)要注意對(duì)車輛及周圍環(huán)境的觀察，是否有可燃液體容器、撬鎖痕跡、液體燃燒痕跡等。

2.4? 其他原因

除以上因素外，還有一些意外情況也會(huì)引起新能源汽車的火災(zāi)，如事故碰撞后，電池組破壞，電解液泄漏或內(nèi)部線路故障等情況會(huì)造成火災(zāi)，車內(nèi)意外留下的火種也會(huì)引燃車內(nèi)可燃內(nèi)飾。

3? 新能源汽車的滅火救援技術(shù)

新能源汽車在結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)燃油汽車不同，在火災(zāi)特征上也有許多差別，如燃燒溫度高、發(fā)展速度快、易復(fù)燃等，針對(duì)這些特點(diǎn)，對(duì)新能源汽車火災(zāi)的滅火救援可以從以下幾點(diǎn)進(jìn)行研究。

3.1? 斷電

新能源汽車發(fā)生火災(zāi)時(shí)，應(yīng)第一時(shí)間對(duì)車輛進(jìn)行斷電，再進(jìn)行后續(xù)的滅火救援措施。對(duì)于功能正常的新能源汽車可直接進(jìn)行熄火切斷電源，并將電源控制線剪斷，拆除電池控制系統(tǒng)中的保險(xiǎn)絲。由于現(xiàn)在車輛鑰匙的設(shè)計(jì)越來越高科技和便民，在鑰匙靠近車身時(shí)便可以自動(dòng)感應(yīng)接通電源，為防止此類情況的發(fā)生，需將車輛鑰匙置于車輛10m以上距離。若火災(zāi)發(fā)生時(shí)新能源汽車已經(jīng)損壞，無法通過電源控制線進(jìn)行斷電，消防救援人員可采取直接卸除電池組的方式來斷電，新能源汽車動(dòng)力電池一般位于底部中央，位置如圖5所示。新能源汽車電池系統(tǒng)的高壓組件如果沒有斷電，觸碰會(huì)出現(xiàn)擊穿效應(yīng)，為保證消防人員在滅火和破拆過程中的生命安全，斷電工作一定要做到位，可以借助電壓表等專業(yè)設(shè)備實(shí)時(shí)觀測(cè)新能源汽車外表各處的電壓值，當(dāng)電壓表顯示的數(shù)據(jù)達(dá)到安全值后再進(jìn)行后續(xù)的滅火救援措施。

3.2? 警戒

切斷電源后再利用先進(jìn)靈敏的測(cè)溫儀、氣體檢測(cè)儀對(duì)車輛周圍環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是否存在有毒氣體、車輛鋰電池的位置，溫度是否降到安全值，若存在有毒氣體或溫度非常高，有產(chǎn)生更大火災(zāi)的可能性，要立即對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處置，疏散周圍群眾，根據(jù)火災(zāi)事故等級(jí)設(shè)置警戒范圍，禁止無關(guān)人員和車輛靠近現(xiàn)場(chǎng)。

3.3? 滅火救援

接到火災(zāi)報(bào)警后，應(yīng)立即對(duì)新能源汽車的基本信息進(jìn)行掌握，以制定合適的滅火救援方案。因?yàn)殇囯姵氐入姵亟M具備燃燒特性，所以新能源汽車火災(zāi)的滅火難度較大，為有效控制鋰電池失控引起的火災(zāi)，國內(nèi)外針對(duì)此問題已有大量相關(guān)研究。在新能源汽車火災(zāi)撲救前期的防控裝置方面，楊赟等[13]針對(duì)18650型鋰電池及電池組設(shè)計(jì)了50℃、70℃、80℃三級(jí)預(yù)警裝置，可有效對(duì)火災(zāi)爆炸進(jìn)行預(yù)警;Z.JAn等[14]對(duì)比分析了常見電池?zé)峁芾砑夹g(shù)，發(fā)現(xiàn)空氣冷卻、液體冷卻、熱管冷卻這三種技術(shù)中，液體冷卻對(duì)高溫大容量蓄電池的熱失控行為的處理效果最為理想;劉得星等[15]設(shè)計(jì)開發(fā)出帶有感光型紅外火焰探測(cè)模塊和3%AFFF高壓滅火模塊的車用鋰電池箱蓋系統(tǒng)，并帶有自動(dòng)滅火裝置，通過實(shí)驗(yàn)證明可對(duì)早期局部火災(zāi)進(jìn)行有效撲滅。

在被動(dòng)防護(hù)滅火劑方面，MEgelhaaf[16]等通過模擬實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)水可以成功撲救電動(dòng)汽車鋰電池火災(zāi)，添加F-500和Fiersorb等可有效提高撲救效果;劉昱君等[17]對(duì)比多種常見滅火劑對(duì)動(dòng)力鋰電池火災(zāi)的撲救效果，發(fā)現(xiàn)降溫效果最好的是水;張青松等[18]發(fā)現(xiàn)細(xì)水霧對(duì)18650鋰電池?zé)崾Э氐囊种菩Ч浅Ｃ黠@。針對(duì)新能源汽車火災(zāi)初期可采用水基型滅火器進(jìn)行降溫滅火處理，其中水霧效果會(huì)更好，其中可以添加一些F-500和Fiersorb等添加劑可獲得更好的效果。此外，為防止火勢(shì)進(jìn)一步擴(kuò)散蔓延，可用河沙覆蓋新能源汽車的底部。

3.4? 救援防護(hù)

新能源汽車在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量有毒氣體、高壓擊穿和高溫氣體，因此針對(duì)新能源汽車火災(zāi)的滅火救援，除了對(duì)火災(zāi)處理外，還要對(duì)救援人員進(jìn)行防護(hù)。消防人員必須按要求佩戴防護(hù)用具，如防毒面具、頭盔、頭套、手套、防護(hù)服等，還要有絕緣功能。在滅火時(shí)和起火物保持安全距離，以防鋰電池電解液燃燒噴濺或爆炸對(duì)救援人員造成傷害，注意火場(chǎng)風(fēng)向，順風(fēng)向?qū)嵤缁鹱鳂I(yè)。

4? 結(jié)語

隨著新能源汽車的市場(chǎng)占有率逐漸提高，火災(zāi)事故數(shù)量也越來越多，新能源相關(guān)火災(zāi)事故的分析研究必須跟進(jìn)。本文從新能源汽車的結(jié)構(gòu)特征出發(fā)，分析了新能源汽車的火災(zāi)特性、常見的火災(zāi)原因，并從起火原因出發(fā)提出了適用于新能源汽車的滅火救援技術(shù)，為新能源汽車的火災(zāi)撲滅工作提供參考。

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Research on new energy vehicle

firefighting and rescue technology

Zhao Weijie

（Binhai New Area Fire and Rescue Brigade of Tianjin， Tianjin? 300450）

Abstract：Under the development situation of energy saving and emission reduction， new energy vehicles have developed rapidly as a new type of transportation， and fire accidents caused by improper operation are also gradually increasing. In order to understand and prevent new energy vehicle fires， the paper analyzes the main causes of fires based on the structure and fire risk of new energy vehicles by consulting relevant literature at home and abroad， and summarizes the firefighting and rescue technologies suitable for new energy vehicles. Hoping to provide references for the safety research of new energy vehicles and firefighting and rescue operations.

Keywords：new energy; fire accident; fire risk; firefighting and rescue