新能源汽車火災(zāi)原因及其滅火救援對(duì)策

摘要：新能源汽車、電動(dòng)汽車是重要戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)具有重要的作用，近年來(lái)我國(guó)新能源汽車的產(chǎn)量和保有量不斷攀升。國(guó)務(wù)院在2020年底，正式頒布了《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，實(shí)施期限為2021年至2035年，跨度周期為15年，到2025年時(shí)，新能源汽車整體的銷售基本能夠達(dá)到其他類型銷售總量的20%左右，甚至更多，到發(fā)展規(guī)劃的最后一年時(shí)，純電動(dòng)汽車成為新銷售車輛的主流，尤其是在公共能源車使用方面，逐步趨向于電動(dòng)化，電動(dòng)以及燃料電池汽車邁向商業(yè)化、科技化應(yīng)用，一些自動(dòng)化程度高的汽車實(shí)現(xiàn)信息化、規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。同時(shí)，考慮到電動(dòng)汽車引發(fā)的火災(zāi)、交通事故造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失逐年遞增，電動(dòng)汽車安全問(wèn)題備受關(guān)注。關(guān)鍵詞：新能源汽車;滅火救援;原因電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組在發(fā)生碰撞后易造成電解液泄漏，引起電池漏電或引發(fā)燃燒、爆炸等災(zāi)害事故，使電動(dòng)汽車交通事故的救援處置更加危險(xiǎn)和困難，給滅火救援工作帶來(lái)更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。筆者通過(guò)參加總隊(duì)新能源汽車滅火救援調(diào)研，結(jié)合電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)、原理和救援案例，淺談對(duì)新能源汽車鋰電池火災(zāi)撲救的方法。一、新能源汽車火災(zāi)原因及風(fēng)險(xiǎn)（一）新能源汽車火災(zāi)原因分析新能源汽車（電池）正處于行業(yè)發(fā)展的轉(zhuǎn)型期、風(fēng)險(xiǎn)期。從滅火救援工作角度看，一是處于整個(gè)行業(yè)發(fā)展的轉(zhuǎn)型期，從傳統(tǒng)鉛酸、鉛蓄電池的使用向鋰電池、燃料電池過(guò)渡，從小規(guī)模作坊式生產(chǎn)模式向集約化上下游產(chǎn)業(yè)鏈模式轉(zhuǎn)變，存在系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)，為滅火救援工作帶來(lái)新問(wèn)題新挑戰(zhàn)。二是處于整個(gè)行業(yè)快速發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)期，規(guī)模體量的增加必然導(dǎo)致事故概率的增加，近年來(lái)，儲(chǔ)能電站、鋰電池生產(chǎn)企業(yè)、動(dòng)力電池回收利用企業(yè)及電動(dòng)車火災(zāi)爆炸事故時(shí)有發(fā)生，尤其是北京豐臺(tái)儲(chǔ)能電站、江蘇南通海四達(dá)鋰電池生產(chǎn)廠家發(fā)生的爆炸事故均造成了救援人員的傷亡。伴隨著當(dāng)前新能源汽車發(fā)展的形勢(shì)，動(dòng)力電池燃燒爆炸的誘因值得深入研究。經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，基本可將其歸納為內(nèi)部原因和外部環(huán)境兩方面。內(nèi)部原因主要指鋰離子電池在各個(gè)環(huán)節(jié)中存在的隱患，比如生產(chǎn)、安裝，甚至使用的過(guò)程中，受到其結(jié)構(gòu)的缺陷影響，可能會(huì)導(dǎo)致熱失控的現(xiàn)象出現(xiàn)，例如外表的極片產(chǎn)生毛刺，或者是正負(fù)極錯(cuò)位、正極材料純度不高等，還有可能因?yàn)榻饘俜蹓m等出現(xiàn)問(wèn)題造成安全事故的發(fā)生;外部原因一般是指電動(dòng)汽車受到外部的刺激，這種情況包含外力，也包含使用過(guò)程中的電池過(guò)充、碰撞、擠壓、刺穿、過(guò)水、高溫等情況，導(dǎo)致內(nèi)部電路短路發(fā)生熱失控。無(wú)論哪種原因，一旦電池發(fā)生熱失控，都會(huì)在短時(shí)間內(nèi)釋放大量熱能，此時(shí)可燃性的電解液蒸氣，將會(huì)以極快的速度釋放出來(lái)，并且受到摩擦的作用引發(fā)燃燒和爆炸。而在實(shí)際發(fā)展過(guò)程中，其起火原因又可以繼續(xù)細(xì)分為以下幾個(gè)方面：1.電路短路現(xiàn)階段的新能源汽車主要是以電力為能源，所以其起火現(xiàn)象經(jīng)常產(chǎn)生于電力層面。運(yùn)行過(guò)程中的電路短路成為引發(fā)火災(zāi)的主要原因之一。一方面，如果新能源汽車的電路存在局部電阻過(guò)大或者是由于線路接點(diǎn)不牢，就有可能引起熱能產(chǎn)出增大，若沒有得到及時(shí)處理解決，熱量就會(huì)持續(xù)累積，從而導(dǎo)致導(dǎo)線接點(diǎn)發(fā)熱起火，新能源汽車發(fā)生自燃。另一方面，部分車主對(duì)于汽車結(jié)構(gòu)的重要性認(rèn)識(shí)不足，私自對(duì)汽車進(jìn)行各種改裝，然而由于其缺乏專業(yè)的知識(shí)，改裝環(huán)節(jié)就造成電路結(jié)構(gòu)布局以及路線方面出現(xiàn)偏差[1]。這樣一來(lái)，就很有可能引發(fā)電力功率過(guò)大的問(wèn)題，加快線路的老化，嚴(yán)重的甚至造成電路斷路，引發(fā)火災(zāi)。2.電路漏電新能源汽車作為以電力為動(dòng)力的新型車輛，一旦電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障，產(chǎn)生電路漏電問(wèn)題，也會(huì)造成火災(zāi)事故的發(fā)生。首先，相關(guān)人員大量的增加電子設(shè)備的使用，并將車載電力作為電源使用，這就在一定程度上提高了新能源汽車的電路壓力，進(jìn)而加重汽車在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中所產(chǎn)出的熱能，持續(xù)累積下就很有可能引發(fā)火災(zāi);其次，如果新能源汽車的電力包裝出現(xiàn)紕漏，電力產(chǎn)品產(chǎn)生持續(xù)微弱放電現(xiàn)象，在新能源汽車的持續(xù)運(yùn)行狀態(tài)中也會(huì)造成電力以及熱量的持續(xù)累積，從而弱化線路的絕緣性能，造成火災(zāi)。3.高溫部件引燃可燃物新能源汽車在運(yùn)行過(guò)程中部分設(shè)備會(huì)產(chǎn)生大量的高溫，該部位如果和可燃物接觸，就很有可能引發(fā)火災(zāi)?，F(xiàn)階段的新能源汽車一般都是裝備有三元催化反應(yīng)器以及消聲器排氣管等設(shè)備，前者進(jìn)行催化作用，后者進(jìn)行聲音的消除以及廢氣的排放。一方面在汽車運(yùn)行過(guò)程中，消聲器排氣管是全車外漏部分當(dāng)中工作溫度最高的部件，一旦外界的可燃物和消聲器排氣管接觸，就會(huì)因?yàn)闇囟冗^(guò)高而引發(fā)火災(zāi)。另一方面，新能源汽車在運(yùn)行中很容易碾壓到易燃物或是停留在可燃物的上方，這種情況下，如果車主沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，排氣管產(chǎn)生的高溫就會(huì)和可燃物相接觸，從而造成火災(zāi)[2]。而且在新能源汽車中，還存在裝配不當(dāng)?shù)默F(xiàn)象，車輛缺乏良好的防光能力，夏季陽(yáng)光直射狀態(tài)下，就很有可能引發(fā)車內(nèi)的相關(guān)物體爆炸。（二）新能源汽車火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)新能源汽車事故的復(fù)雜性、危險(xiǎn)性和突變性，決定了我們不能將其作為普通車輛事故進(jìn)行處理。通過(guò)前期對(duì)吉利汽車各生產(chǎn)線的調(diào)研來(lái)看，各車型在設(shè)計(jì)過(guò)程中均有針對(duì)性地加強(qiáng)了車輛電池倉(cāng)部位的防護(hù)，著重在車身B柱及底部側(cè)裙位置增設(shè)防撞鋼梁進(jìn)行車身加固，防止各角度碰撞發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的扭曲變形，降低電池簇受到擠壓沖擊影響。即便如此，在交通事故發(fā)生時(shí)，復(fù)雜多變的環(huán)境下，仍會(huì)存在車身嚴(yán)重變形，電池芯受擠壓電解液析出反應(yīng)放熱的情況。具體事故風(fēng)險(xiǎn)表現(xiàn)如下：1.爆炸風(fēng)險(xiǎn)鋰電池包為密閉殼體，既有合金材料的殼體，也有復(fù)合材料的殼體，且都具有很強(qiáng)的硬度。但當(dāng)電池出現(xiàn)故障時(shí)，極易導(dǎo)致火災(zāi)事故的發(fā)生，且概率比占70%以上，當(dāng)電池發(fā)熱失控，電池的內(nèi)部會(huì)迅速地產(chǎn)生大量氣體，這些氣體會(huì)導(dǎo)致殼體在薄弱處發(fā)生撕裂爆炸，甚至形成拋射性的爆炸傷害。2.觸電風(fēng)險(xiǎn)新能源汽車的驅(qū)動(dòng)電壓一般都在380V以上，商用車更是高達(dá)500V以上，且不同車型動(dòng)力電池組分布均不同。在事故發(fā)生時(shí)，強(qiáng)大的動(dòng)能沖擊可能會(huì)導(dǎo)致高壓線路破損，并通過(guò)散落的車體接地，致使車身帶電或在現(xiàn)場(chǎng)一定范圍內(nèi)形成跨步電壓，電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電壓較高，如果在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)于高壓線路處置方式不規(guī)范，對(duì)消防救援人員造成電擊等傷害的可能性極大。3.有毒煙氣風(fēng)險(xiǎn)三元鋰電池或磷酸鐵鋰電池的工作原理是能量的轉(zhuǎn)換，是鋰離子在電能作用下，通過(guò)電解液實(shí)現(xiàn)電能和化學(xué)能的交互釋放，正極、負(fù)極當(dāng)出現(xiàn)反應(yīng)分解過(guò)熱，均會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)。電解質(zhì)等材料在高溫下會(huì)產(chǎn)生大量的烯烴等化學(xué)物質(zhì)。熱失控后的高溫燃燒，都伴隨有氟化氫、氰化氫等有毒物質(zhì)的產(chǎn)生并釋放出來(lái)，易對(duì)消防救援人員身體造成極大傷害。4.高溫燃燒風(fēng)險(xiǎn)開放空間中，家用車的汽、柴油起火后燃燒溫度約500℃。當(dāng)動(dòng)力電池發(fā)生燃燒時(shí)，會(huì)分解產(chǎn)生大量的可燃混合物，壓力會(huì)不斷增大，甚至沖開安全泄壓裝置，從而發(fā)生噴濺。據(jù)相關(guān)調(diào)研了解到，最遠(yuǎn)的噴濺長(zhǎng)度約為5m。同時(shí)電解液析出也會(huì)導(dǎo)致其他鋰電池短路，加劇熱量釋放，可在短時(shí)間內(nèi)使溫度達(dá)到1000℃以上，對(duì)消防救援人員的安全造成更加嚴(yán)重的威脅。5.電池復(fù)燃風(fēng)險(xiǎn)鋰離子電池被撲滅后，依然存在升溫復(fù)燃的風(fēng)險(xiǎn)和熱失控的可能性。為防止鋰離子電池復(fù)燃，建議由專業(yè)的消防救援人員派駐滅火類消防車，實(shí)施一段時(shí)間的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)。實(shí)驗(yàn)表明，因其電池內(nèi)部處于自分解反應(yīng)狀態(tài)時(shí)會(huì)產(chǎn)生有毒可燃?xì)怏w，遇內(nèi)部高溫會(huì)再次發(fā)生燃燒。因此，電動(dòng)汽車火災(zāi)在撲救時(shí)需進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間、持續(xù)的冷卻降溫。二、汽車鋰電池火災(zāi)撲救方法（一）選用適用于汽車鋰電池火災(zāi)撲救的滅火劑滅火劑的選用取決于火災(zāi)的種類，三元鋰電池起火主要是內(nèi)部的高溫高壓氣體噴射出的同時(shí)，被內(nèi)部的高溫小顆粒點(diǎn)燃形成的火焰，因此屬于氣體著火，屬于C類氣體火災(zāi)。磷酸鋰鐵電池起火是內(nèi)部的可燃?xì)怏w泄漏與空氣形成可燃性預(yù)混氣體，被高溫點(diǎn)燃起火。所以磷酸鋰鐵電池和三元鋰電池同屬于C類火災(zāi)。德國(guó)機(jī)動(dòng)車監(jiān)督協(xié)會(huì)（DEKRA）認(rèn)為，在滅火劑當(dāng)中，水其實(shí)是能夠成功撲救電動(dòng)汽車鋰離子電池火災(zāi)的，但耗水量大，撲救時(shí)間長(zhǎng)。天津消防研究所李毅副研究員《典型鋰離子電池火災(zāi)滅火試驗(yàn)研究》通過(guò)實(shí)驗(yàn)指出ABC干粉、二氧化碳滅火劑均能撲滅電池火災(zāi)的明火，但滅火后均發(fā)生復(fù)燃現(xiàn)象。當(dāng)前消防救援隊(duì)伍所配備的滅火藥劑主要為泡沫液、干粉、水等，在實(shí)際的滅火過(guò)程中，泡沫、水是比較常用的，二者相對(duì)來(lái)說(shuō)，水是最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的滅火劑。（二）安全防護(hù)方面火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)具有傳統(tǒng)火災(zāi)的高溫特點(diǎn)，同時(shí)也有帶電和爆炸危險(xiǎn)?；馂?zāi)撲救人員在處理汽車鋰電池火災(zāi)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)：第一，根據(jù)汽車鋰電火災(zāi)事故現(xiàn)場(chǎng)地形和現(xiàn)場(chǎng)車輛的行駛方向，選擇合理的消防車?？课恢煤蛙囶^朝向。第二，在事故作戰(zhàn)區(qū)域劃分干凈區(qū)、作業(yè)區(qū)和碎片堆放區(qū)，實(shí)施分區(qū)管控，全程監(jiān)測(cè)汽車內(nèi)部鋰電池組溫度情況和現(xiàn)場(chǎng)可燃、有毒氣體濃度，實(shí)時(shí)調(diào)整警戒范圍，嚴(yán)禁群眾進(jìn)入警戒區(qū)域。第三，實(shí)施滅火作戰(zhàn)，斷電穩(wěn)固的人員要做好電絕緣防護(hù)，佩戴電絕緣載具。第四，發(fā)現(xiàn)鋰電池組電解液泄漏時(shí)，靠近事故車輛進(jìn)行滅火救援作業(yè)的人員應(yīng)當(dāng)佩戴空氣呼吸器，并控制現(xiàn)場(chǎng)火源，防止電解液起火燃燒。第五，設(shè)立安全觀察哨。發(fā)現(xiàn)汽車鋰電池組溫度急劇升高或者有煙霧產(chǎn)生時(shí)，指揮員應(yīng)馬上下達(dá)撤離命令，并采用霧狀射流進(jìn)行掩護(hù)，防止汽車鋰電池爆炸威脅人員安全。（三）汽車鋰電池火災(zāi)撲救的作戰(zhàn)原則撲救汽車鋰電池火災(zāi)首先要降低著火汽車的溫度，保證著火汽車的溫度不升高，持續(xù)不斷地供水，同時(shí)也要降低火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的可燃物濃度，在作業(yè)區(qū)噴射霧狀水可以達(dá)到這樣的效果。并利用大量水對(duì)鋰電池動(dòng)力電池組持續(xù)降溫，直至電池組溫度降至160℃以下，確認(rèn)無(wú)復(fù)燃風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)研究測(cè)算和試驗(yàn)測(cè)試，對(duì)汽車鋰電池組火災(zāi)的滅火和冷卻用水量可達(dá)10t，因此在指揮調(diào)度時(shí)應(yīng)優(yōu)先調(diào)派重型泡沫水罐車。著火汽車內(nèi)部如果有被困人員，應(yīng)嚴(yán)格按照救助程序，先對(duì)被困人員進(jìn)行觀察和初步急救，然后再采取破拆救人的行動(dòng)，在破拆過(guò)程中應(yīng)對(duì)被困人員進(jìn)行有效的防護(hù)，防止造成二次傷害。同時(shí)應(yīng)避開動(dòng)力電池組和高壓動(dòng)力線路，防止對(duì)救援人員造成傷害。（四）汽車鋰電池火災(zāi)撲救的基本作戰(zhàn)流程第一，做好個(gè)人安全防護(hù)。進(jìn)入事故現(xiàn)場(chǎng)的火災(zāi)撲救人員，應(yīng)當(dāng)佩戴好全套個(gè)人防護(hù)裝備，同時(shí)帶上電絕緣防護(hù)裝備，避免觸電。第二，開展火情偵察。汽車鋰電池火災(zāi)的火災(zāi)特性會(huì)因?yàn)槠噧?nèi)部搭載的鋰電池組而有很大的不同。在進(jìn)行火情偵察時(shí)，救援人員應(yīng)當(dāng)查明事故車輛的類別、數(shù)量、狀態(tài)以及車輛搭載的鋰電池種類，通過(guò)咨詢生產(chǎn)廠家了解到該類汽車鋰電池的電壓、容量、位置以及隔離斷電的方法等重要滅火信息。同時(shí)要掌握被困人員和事故現(xiàn)場(chǎng)的交通、地形、水源等情況。第三，劃定警戒區(qū)域。鋰電池起火會(huì)伴隨著爆炸的危險(xiǎn)，根據(jù)偵察情況計(jì)算出爆炸的死亡半徑，劃定警戒區(qū)域，設(shè)立警戒標(biāo)識(shí)，布置警戒人員監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)情況，避免爆炸波及周邊群眾安全。第四，實(shí)施斷電穩(wěn)固。滅火救援人員在處置汽車鋰電池火災(zāi)時(shí)，如果有接近著火汽車的條件，應(yīng)當(dāng)?shù)谝粫r(shí)間關(guān)閉車輛啟動(dòng)開關(guān)，通過(guò)操作手動(dòng)應(yīng)急斷路器或者斷開汽車鋰電池的正負(fù)極等方式斷開汽車的電源，斷電后可用萬(wàn)用表對(duì)電壓進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)車輛的狀態(tài)，采取支撐、牽拉等方式對(duì)車輛進(jìn)行穩(wěn)固，為后續(xù)的救助被困人員創(chuàng)造作業(yè)條件，保證作業(yè)安全。第五，對(duì)著火車輛進(jìn)行火勢(shì)壓制。汽車內(nèi)部鋰電池組受損時(shí)，可利用滅火毯對(duì)電池