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”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，但配套設施不完善、核心部件技術不統(tǒng)一、動力電池性能差異大、新型材料應用多、行業(yè)標準尚未完善等諸多問題，造成了整車致火、致毒、漏電、碰撞風險增加，為消防救援隊伍參與處置新能源汽車火災及救援帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。對該行業(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)行的新能源電動汽車火災撲救規(guī)程，減少錯誤操作造成的指戰(zhàn)員傷亡。



據(jù)消防救援局不完全統(tǒng)計，全國2019年發(fā)生新能源汽車火災560余起，2020年前三季度已達到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事件中，因動力電池事故引發(fā)火災的占比較大，北京理工大學發(fā)布的《新能源汽車與大數(shù)據(jù)安全》中統(tǒng)計占61%，中國汽車技術研究中心發(fā)布的《電動汽車以及動力電池的安全評價》中統(tǒng)計占52%，且伴隨動力電池能量密度的不斷提升，其熱失控引發(fā)火災的能量和破壞力也將成倍增長。

1  主流純電動汽車電池性能對比

新能源純電動汽車的續(xù)航、充電和安全問題很大程度上取決于其動力來源，即“電池”，其按類型可分為物理、化學和生物電池三種，若按結構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、鈦酸鋰五種動力電池，但當前及未來短期內(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構穩(wěn)定性、錳可以提高材料電池的安全性并進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，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)境污染風險大等問題。目前全球銷量領先的特斯拉Model3及ModelY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貼，也在不斷推動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險。

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、制造成本較低的優(yōu)點，生產(chǎn)電池的原料中不含重金屬與稀有金屬，對環(huán)境污染小，屬于綠色環(huán)保電池。其主要缺點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)巨頭寧德時代和新能源造車龍頭企業(yè)比亞迪先后推出“CTP”技術及“刀片電池”，磷酸鐵鋰電池的體積能量密度得到了大幅提升，補齊了最大短板。目前國內(nèi)銷量領先的宏光MINIEV、特斯拉國產(chǎn)Model3、比亞迪漢EV車型均搭載了磷酸鐵鋰電池。

2  主流純電動汽車電池熱失控原因分析

2.1  機械濫用

較為常見的是汽車發(fā)生碰撞時，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、電池內(nèi)部短路、電解質(zhì)泄露起火。一旦發(fā)生導體刺穿電池本體情況，有大概率引發(fā)電池正負極直接短路，能夠在短時間內(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GB38031-2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》中已經(jīng)刪除了針刺試驗要求，但為驗證動力電池可靠性，比亞迪、寧德時代、廣汽埃安分別公開了“針刺實驗”相關數(shù)據(jù)。其中比亞迪2020年3月實驗時使用直徑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

通常指對動力電池使用不當，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

快充會導致電池內(nèi)部正負極電極電勢差偏離平衡電勢，當電流較大時，電池負極表面的SEI膜穩(wěn)定性可能發(fā)生改變，甚至發(fā)生破裂，導致電極材料破壞。同時，大電流充電時，電池內(nèi)阻增大也會引起發(fā)熱量增加，進而引發(fā)電解液反應分解、產(chǎn)氣等問題。

2.2.2  過度充電

張磊等采用三元鋰電池進行了過充實驗，在過度充電過程中，Li+從電池正極脫離涌入負極的晶格中，如果出現(xiàn)過度充電，則過量的Li+嵌入到負極中，正極就會出現(xiàn)Li+的過度脫離結構性崩塌,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，進而增加熱失控及爆炸風險。

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)的電池進行反向充電，造成結構崩塌形成電阻，導致熱失控。

2.2.4  外部短路

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

2.3  鏈式反應

電池單體發(fā)生熱失控后可能迅速升溫并最終導致燃燒、爆炸，極易對相鄰電池組造成物理或化學破壞，形成“鏈式反應”，最終以點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)超負荷運行、BMS（電池管理系統(tǒng)）控制異常，增加電池熱失控風險。

3  純電動汽車火災撲救對策

區(qū)別于傳統(tǒng)燃油汽車火災，新能源純電動汽車起火后還存在發(fā)熱量更高、發(fā)煙量更大、煙氣成分更復雜、毒害性更強、觸電風險更高、復燃可能性大等特點。消防救援隊伍在應對處置此類警情時，應在執(zhí)行燃油汽車火災撲救處置規(guī)程的基礎上針對上述特點進一步完善措施對策，強化作戰(zhàn)行動安全管控。

3.1  強化接警調(diào)度

3.1.1  接警要詳細

城市119指揮中心接警員在接到新能源純電動汽車火災報警后，應盡快詢問起火車輛的品牌、型號、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，及時指引報警人撤離至安全區(qū)域。區(qū)別于傳統(tǒng)燃油汽車火災接警工作，新能源純電動汽車品牌設計差異較大，動力電池的種類、布局、封裝工藝、能量不盡相同，準確了解車輛品牌型號有助于快速調(diào)閱與之匹配的汽車服務手冊及隨車《救援指南》，第一時間推送至參與救援的消防指戰(zhàn)員，提升滅火救援行動的安全性和科學性。

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、漏電測試儀、測溫儀、熱成像儀、可燃氣體探測儀、有毒氣體探測儀、電絕緣裝具、水幕水帶、無人機等器材及個人防護裝備，如災害地點處于地下停車場、隧道等密閉空間內(nèi)，還要第一時間增調(diào)排煙消防車、消防機器人。如現(xiàn)場情況復雜、處置難度較大，還應視情聯(lián)動應急、供電、公安、醫(yī)療、重型機械、供水等單位到場協(xié)助處置。

3.2  強化安全警戒

在道路實施滅火救援行動時，要打開警燈警報，設立警戒創(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、廣播等模式發(fā)布警戒消息，實施交通管制。一般道路警戒距離不應少于200米；在高速公路上，應在救援區(qū)域前、后方500米設置聲光警戒和事故警示標志，并在200米處設置二次警戒，遇到降雨、降雪、多霧天氣或夜間作業(yè)，警戒區(qū)距離需擴大一倍。處置過程中還需設置安全員，全程觀察現(xiàn)場危險區(qū)域和部位，預判可能發(fā)生的危險跡象并及時發(fā)出提示。

3.3  強化個人防護

新能源純電動汽車電池數(shù)量多、電壓高、電量大，一旦發(fā)生燃燒將導致能量集中釋放，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）、可燃氣體（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裝備、全程佩戴空氣呼吸器、使用電絕緣裝具，同時設立緊急救助小組，做好應急救助和輪換作業(yè)準備。

3.4  強化偵察研判

第一時間核實車內(nèi)是否有人員被困，是否存在火勢蔓延趨勢；充分利用漏電測試儀、測溫儀、熱成像儀、可燃氣體探測儀、有毒氣體探測儀等設備對起火車輛及周邊環(huán)境開展持續(xù)監(jiān)測，確認車輛是否處于充電或漏電狀態(tài)，預判爆炸破壞力范圍及有毒氣體擴散危險半徑，為疏散被困人員、設置水槍陣地提供決策依據(jù)。

3.5  強化處置對策

3.5.1  主動式滅火策略

主動式滅火通常指有人員被困的情況，該情況下應堅持“救人第一、科學施救”原則，同步開展斷電、破拆、滅火、救人行動。在火災發(fā)生的初期階段，要優(yōu)先評估車輛斷電的可能性，并在安全前提下立即實施斷電操作，包括但不限于切斷車輛緊急響應程序一整段回路（消除切斷的電線意外重新連接的風險）、切斷充電樁及上級供電線路，要確保車輛處于駐車擋（P擋）上并啟用駐車制動（手剎），搜尋車輛鑰匙裝入具有信號屏蔽功能的屏蔽袋或屏蔽箱并放置10米以外的區(qū)域；對無法快速完成斷電操作車輛或火勢較大危及被困人員生命安全的情況，應及時為被困人員提供呼吸保護并使用噴霧水、干粉、二氧化碳、泡沫或其他高效滅火劑對火勢進行壓制，為實施破拆救人創(chuàng)造條件；在整個救援行動中務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?？紤]到高壓電池起火處置時間可能長達數(shù)小時，用水量通常超過10噸，供水組應充分利用市政消火栓、大容量供水車保障供水不間斷；滅火組應選擇上風或側上風方向距離起火車輛10至15米之外設置水槍、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)人員指導下嚴禁使用液壓、切割等破拆工具對電池組、保護罩、高壓線纜及車輛結構進行拆卸、剪切、擴張、穿刺等操作。如燃燒車輛處于地下停車場，應及時使用移車器轉移周邊車輛，迅速啟動防排煙、防火卷簾等固定消防設施，并派出偵察組核實通往建筑上層樓梯間充煙情況，視情采取下步措施。

3.6  強化現(xiàn)場移交

與傳統(tǒng)燃油車火災相比，新能源純電動汽車明火撲滅后電池仍可能持續(xù)熱失控反應，存在復燃可能。滅火組應在明火撲滅后持續(xù)射水降溫，直至無明顯煙霧。停止射水后應使用熱成像儀測量高壓電池區(qū)域溫度并持續(xù)監(jiān)測變化趨勢，經(jīng)評估無復燃、爆炸等風險后才可將車輛移交給相關部門進一步處置。

4  純電動汽車防災對策

國家監(jiān)管層面，應針對新能源純電動汽車及相關配套設施制定出臺更加嚴格的規(guī)范性和強制性標準；企業(yè)層面，應加強產(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汽車，并針對碰撞、浸水、擠壓甚至穿刺等極端情況反復開展大量實驗測試，切實將安全可靠的產(chǎn)品投放市場；物業(yè)方面，應結合項目用電負荷合理增設充電樁，可視情采取“集中停放”“錯峰充電”“增設監(jiān)控”“增設傳感器”“增設自動滅火設施”等方式削峰填谷、減小用電壓力、提升消防安全；用戶層面，應避免使用不合規(guī)及超過額定功率的“充電設備”，降低電池過充、過放幾率，杜絕違規(guī)改裝，合理使用車輛。

5  結語

隨著新能源電動汽車行業(yè)發(fā)展，與之相關的快速充電、儲能電站、換電站等技術也在逐步應用，特別是集充換電、儲電、加油、儲油、分布式光伏于一體的充能站陸續(xù)出現(xiàn)，給火災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、停車場設計防火規(guī)范》基礎上進行探索完善，強化監(jiān)測預警、初期處置、集中停放、錯時充電等措施；滅火救援指戰(zhàn)員應加強新能源電動汽車、新型電池的知識更新，強化復雜條件下的電動汽車火災處置演練。