安科瑞 陳聰

摘要:近年來(lái),我國多項新能源汽車(chē)支持政策的出臺使得新能源汽車(chē)行業(yè)在我國發(fā)展態(tài)勢良好。但隨著(zhù)新能源汽車(chē)的大規模普及,動(dòng)力電池具有的不可避免的自反應放熱特性受到了廣泛關(guān)注,越來(lái)越多的新能源汽車(chē)火災事故也出現在大眾視野,該類(lèi)事故給消防救援部門(mén)帶來(lái)了一系列新挑戰。本文主要根據新能源汽車(chē)結構,深入分析了新能源汽車(chē)火災事故發(fā)生的原因及事故特點(diǎn),并有針對性地提出了新能源汽車(chē)火災可采取的幾點(diǎn)撲救措施,為應急救援工作的開(kāi)展提供參考。

      關(guān)鍵詞:新能源汽車(chē);火災;撲救措施

引言

      經(jīng)過(guò)近幾年的“節能減排”,世界各國已經(jīng)達成了一個(gè)共識,那就是汽車(chē)新能源化是全球汽車(chē)發(fā)展的基本方向。據不*全統計,我國2021年新能源汽車(chē)銷(xiāo)量達到298.9萬(wàn)輛,同比增長(cháng)169.1%。隨著(zhù)我國新能源汽車(chē)銷(xiāo)量快速增長(cháng),保有量不斷提高,新能源汽車(chē)自燃、爆炸等安全事故頻頻發(fā)生,引起了社會(huì )的持續關(guān)注,也對國家消防應急管理和新能源汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展提出了巨大的挑戰。面對這些事故繼續沿用傳統燃油汽車(chē)火災的撲救經(jīng)驗已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際需要。相反,如果循規蹈矩,無(wú)異于“火上澆油”,甚至還可能讓人員生命受到威脅。因此,加強新能源汽車(chē)火災防控及撲救對策研究是很有必要的。

一、新能源汽車(chē)動(dòng)力源

      新能源汽車(chē)是指采用新型動(dòng)力系統,*全或主要依靠新型能源驅動(dòng)的汽車(chē)。目前我國主流的新能源汽車(chē)類(lèi)型主要包括:純電動(dòng)車(chē)、插電混合動(dòng)力汽車(chē)和燃料電池汽車(chē)。新能源汽車(chē)主要以鋰電池作為動(dòng)力源。按照正極材料不同分類(lèi),鋰電池主要分為:磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰、三元鋰,其特性如表1所示。

二、新能源汽車(chē)火災事故原因分析

      (一)鋰電池熱失控

      鋰電池熱失控是新能源汽車(chē)火災事故的主要原因。

      鋰電池熱失控是指由于各種原因使電池產(chǎn)生的熱量遠大于散發(fā)的熱量,導致熱量大量堆積從而引起電池燃燒甚至爆炸,同時(shí)伴有大量有害氣體產(chǎn)生。電池熱失控可以分為三個(gè)階段:一階段———電池內部熱失控階段。在這一階段,電池由于內部短路產(chǎn)生大量熱量,各類(lèi)離子和枝晶沉積在電解液中導致電池內阻變大,產(chǎn)熱進(jìn)一步增加,直至SEI膜分解。隨著(zhù)SEI膜的分解反應進(jìn)行,鋰離子又與電解液產(chǎn)生化學(xué)反應,直至隔膜*全分解,此時(shí)電池*全短路,電池內部溫度急劇上升。二階段———電池鼓包階段。該階段是電池熱失控的拐點(diǎn)階段,主要由于正極材料、粘結劑、電解液都在這一階段分解。三階段———電池熱失控,爆炸失效階段。由于電池內部電解液的分解產(chǎn)生大量易燃易爆氣體,讓電池體積不斷膨脹,壓力不斷上升,到達臨界點(diǎn)隨之發(fā)生爆炸。

表1 不同種類(lèi)鋰電池特性對比

(二)鋰電池熱失控原因分析

      內部產(chǎn)熱和外部濫用是電池熱失控的兩大觸發(fā)原因。

      1.外部濫用引發(fā)

      一般情況下,由外部濫用引發(fā)鋰電池熱失控的原因有三個(gè),分別為機械濫用、電濫用、熱濫用。機械濫用是指鋰電池單體或電池組由于受到碰撞、擠壓、穿刺等外力作用下產(chǎn)生形變或不同位置發(fā)生相對位移造成電池內部短路。電濫用一般包括外短路、過(guò)充、過(guò)放幾種形式,其中過(guò)充電容易導致鋰電池熱失控。熱濫用一般由于外部環(huán)境溫度過(guò)高或溫度控制系統失效所導致。局部過(guò)熱是發(fā)生在電池組中典型的熱濫用情況。以上三種外部濫用形式很少獨立存在,都是由其中某一種形式發(fā)展而來(lái),環(huán)環(huán)相扣,但結果都是發(fā)生了熱失控。

      2.內部產(chǎn)熱引發(fā)

      內部短路廣義上指由于各種原因導致電池正負極直接接觸的現象,根據接觸的面積不同,所造成的后果不同。若電池正負極接觸面積小,由內短路產(chǎn)生的熱量也較小,對電池的熱失控幾乎沒(méi)有影響,這種情況常見(jiàn)于電池的制造瑕疵、老化等,但隨著(zhù)時(shí)間的推移,電池內部殘余電解液逐漸增加,電池內阻減小,由內短路產(chǎn)生的熱量逐漸增加,引發(fā)熱失控的風(fēng)險則會(huì )大大提升。

圖1 鋰電池熱失控誘因

      (三)新能源汽車(chē)火災事故類(lèi)型分析

      根據相關(guān)統計資料,純電動(dòng)車(chē)型是發(fā)生新能源火災事故較多的車(chē)型。因過(guò)度充電、放電是導致新能源火災事故的首要誘因,占總事故一半以上,其次為碰撞后和行駛中的自燃?？梢?jiàn)新能源汽車(chē)在靜置、行駛、充電狀態(tài)下均可能發(fā)生熱失控起火事故(見(jiàn)表2)。因此消防人員在處理事故時(shí)應針對不同情況采取相應措施,從而能夠快速處理事故,爭取救援時(shí)間。

表2 新能源汽車(chē)各狀態(tài)下火災事故成因分析

      (四)新能源汽車(chē)火災事故特點(diǎn)

      鋰電池是新能源汽車(chē)區別于傳統燃油汽車(chē)的重要標志,同時(shí)也為人們帶來(lái)了新的火災防治特點(diǎn)。

      1.火災發(fā)生難預測

      新能源汽車(chē)鋰電池的熱失控事故,按發(fā)生時(shí)間大致分為兩類(lèi),一是電池組受到碰撞、擠壓、穿刺等外力作用導致電池產(chǎn)生形變,從 而短路發(fā)生熱失控,燃 燒甚至爆炸,這類(lèi)事故往往發(fā)生的速度快,危害性高。二是由于車(chē)輛浸水、過(guò)充或電池老化導致電池組內部短路,產(chǎn)生緩慢的化學(xué)反應,且無(wú)法被汽車(chē)熱管理系統檢測,當超過(guò)臨界溫度即發(fā)生熱失控,這類(lèi)事故往往發(fā)生在車(chē)輛行駛中或靜置時(shí),難以被預測。

      2.火勢蔓延快、燃燒溫度高

      新能源汽車(chē)鋰電池出現熱失控后,會(huì )在燃燒過(guò)程中釋放大量的*燃氣體,導致火勢快速蔓延,電池內溫度迅速升高。有相關(guān)部門(mén)通過(guò)實(shí)際測試,鋰電池內部燃燒溫度能達到1000℃以上,遠遠超過(guò)普通汽油、柴油燃燒時(shí)的溫度。鋰電池在燃燒過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生大量可燃混合物并向周?chē)鷩姙R,噴射火焰的距離可以達到6m。因此當鋰電池電動(dòng)汽車(chē)發(fā)生火災時(shí),容易對周邊環(huán)境和人員造成嚴重危害。

       3.火災有害氣體多

       汽車(chē)在燃燒過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生大量有毒氣體,如一氧化碳、二氧化硫等,但新能源汽車(chē)與傳統汽車(chē)間中的區別是新能源汽車(chē)的鋰電池燃燒會(huì )額外產(chǎn)生氟化氫等多種有毒氣體,另外由于新能源汽車(chē)特性,搭載的電子元器件較多,一旦發(fā)生燃燒,也會(huì )產(chǎn)生大量有毒有害氣體,這些物質(zhì)均有不同程度的毒性,吸入會(huì )危害救援人員的身體健康。

      4.觸電風(fēng)險大

      新能源汽車(chē)一般配備了高電壓大容量電池組,一些車(chē)型的驅動(dòng)電壓高達500V以上,火災發(fā)生時(shí)可能導致高壓電線(xiàn)裸露、接地,使車(chē)身帶電或在現場(chǎng)一定范圍內形成跨步電壓,若處理不當,更容易引起電池內部短路,不但會(huì )導致火勢進(jìn)一步加重,還有可能對消防救援人員造成電擊傷害。

      5.火災持續時(shí)間長(cháng)

      由于鋰電池燃燒特性,在明火被撲滅后,電池內部仍可能持續升溫導致電池復燃。試驗發(fā)現處理新能源車(chē)輛火災事故所需的總用水量和所需時(shí)間都明顯大于傳統燃油車(chē)輛火災事故。因此應對新能源車(chē)輛火災事故對于消防人員的體力和裝備指揮調度提出了更嚴苛的要求。

三、新能源汽車(chē)火災撲救措施

      (一)強化接警調度

      指揮中心接到鋰電池汽車(chē)報警,應立即向報警人詢(xún)問(wèn)起火車(chē)輛的品牌、型號,同時(shí)查詢(xún)車(chē)輛的電池種類(lèi)和容量等相關(guān)信息,做好相應準備。如若現場(chǎng)的火災規模較大,應及時(shí)與公安交警、供電企業(yè)、醫療等應急聯(lián)動(dòng)單位聯(lián)系,并派遣火災救援專(zhuān)家、技術(shù)人員等到達火災現場(chǎng)進(jìn)行協(xié)同處置。優(yōu)先考慮調派重型泡沫水罐車(chē),保證足夠用水量,攜帶破拆工具、有毒氣體探測儀、水幕水帶及個(gè)人防護裝備[7]。

      (二)選擇合適滅火器

      根據德國國家消防局總部制定的電動(dòng)汽車(chē)事故處理標準,一般情況下,使用消防用水是可以成功撲救鋰離子電池汽車(chē)起火事故,但用水量大,所需時(shí)間長(cháng)。對于小型火焰可以用滅火器撲滅,使用干粉或泡沫滅火器,保持滅火器標簽上標明的距離;對于已成型的汽車(chē)火災可用水、壓縮泡沫滅火器撲救;應減少傳統大型泡沫滅火器的使用,由于鋰電池在熱失控發(fā)生后會(huì )釋放出可燃氣體,運用依靠阻止與可燃氣體接觸原理的泡沫滅火器不僅滅火效果會(huì )因此受到影響,還會(huì )影響鋰電池內部熱量的散發(fā)。

      (三)做好個(gè)人安全防護

      消防人員在新能源汽車(chē)火災撲救中應做好個(gè)人安全防護,除佩戴消防頭盔、手套、空氣呼吸器等基本防護裝備外,還須根據現場(chǎng)情況穿著(zhù)絕緣服、絕緣靴等特殊防護裝備。

       (四)規范現場(chǎng)處置

      1.消防人員到達火災現場(chǎng)后,應立即劃分警戒區域,

      設立警戒標識,控制火災現場(chǎng),并疏散無(wú)關(guān)人員[8]。

      2.若有條件接近起火車(chē)輛,應盡快通過(guò)操作手動(dòng)應急斷路器或者斷開(kāi)汽車(chē)鋰電池的正負極等方式切斷車(chē)輛電源,并拔掉動(dòng)力控制器的保險絲。

      3.根據車(chē)輛的狀態(tài),采取支撐、牽拉等方式對車(chē)輛進(jìn)行穩固,防止車(chē)體結構發(fā)生位移導致鋰電池熱失控加劇,保證作業(yè)安全。

      4.設立安全觀(guān)察小組,充分利用熱成像儀等檢測設備對起火車(chē)輛及周邊環(huán)境進(jìn)行持續監測,發(fā)現車(chē)體漏電、溫度急劇升高、有害氣體產(chǎn)生等異常情況時(shí)注意加強防護,必要時(shí)撤離現場(chǎng),并采用霧狀射流掩護。

四、安科瑞汽車(chē)充電樁運營(yíng)管理平臺

      充電運營(yíng)管理平臺是基于物聯(lián)網(wǎng)和大數據技術(shù)的充電設施管理系統，可以實(shí)現對充電樁的監控、調度和管理、提供充電樁的利用率和充電效率，提升用戶(hù)的充電體驗和服務(wù)質(zhì)量。用戶(hù)可以通過(guò)APP或小程序提前預約充電，避免在充電站排隊等待的情況，同時(shí)也能為充電站提供更準確的充電需求數據，方便后續的調度和管理。通過(guò)智能監控設備，對充電樁的功率、電壓、電流等參數進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，及時(shí)發(fā)現和處理充電樁故障和異常情況對充電樁的功率進(jìn)行控制和管理，確保充電樁在合理的功率范圍內充電，避免對電網(wǎng)造成過(guò)大的負荷。

3.1功能介紹

3.1.1充電服務(wù)

充電設施搜索，充電設施查看，地圖尋址，在線(xiàn)自助支付充電，充電結算，導航等。

3.1.2首頁(yè)總覽

        總覽當日、當月開(kāi)戶(hù)數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時(shí)長(cháng)，累計的開(kāi)戶(hù)數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時(shí)長(cháng)，以及相應的環(huán)比增長(cháng)和同比增長(cháng)以及樁、站分布地圖導航、本月充電統計。

3.1.3交易結算

充電價(jià)格策略管理，預收費管理，賬單管理，營(yíng)收和財務(wù)相關(guān)報表。

3.1.4故障管理

故障管理故障記錄查詢(xún)、故障處理、故障確認、故障分析等管理項，為用戶(hù)管理故障和查詢(xún)提供方便。

3.1.5統計分析

統計分析支持運營(yíng)趨勢分析、收益統計，方便用戶(hù)以曲線(xiàn)、能耗分析等分析工具，瀏覽樁的充電運營(yíng)態(tài)勢。

3.1.6運營(yíng)報告

按用戶(hù)周期分析汽車(chē)、電瓶車(chē)充電站、樁運行、交易、充值、充電及報警、故障情況，形成分析報告。

3.1.7APP、小程序移動(dòng)端支持

通過(guò)模糊搜索和地圖搜索的功能，可查詢(xún)可用的電樁和電站等詳細信息。掃碼充電，在線(xiàn)支付:掃描充電樁二維碼，完成支付，微信支付完成后，即可進(jìn)行充電。

3.1.8資源管理

充電站檔案管理，充電樁檔案管理，用戶(hù)檔案管理，充電樁運行監測，充電樁異常交易監測。

3.2產(chǎn)品選型

3.3 改造項目充電樁配置安裝推薦表

表3.1 改造項目充電樁配置安裝推薦表

四、安科瑞智慧用電管理云平臺

        安科瑞AcreICloud-6000安全用電管理云平臺是針對我國當前電氣火災事故頻發(fā)而研發(fā)的一套電氣火災預警和預防管理系統。該系統是基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計算技術(shù)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)傳感終端，將辦公建筑、學(xué)校、醫院、工廠(chǎng)、體育場(chǎng)館、賓館、福利院等人員密集場(chǎng)所的電氣安全數據，實(shí)時(shí)傳輸至安全用電管理服務(wù)器，為用戶(hù)提供不間斷的數據跟蹤、統計分析和安全監管。平臺將發(fā)現的各種安全隱患信息及時(shí)告警提醒，并推送給相關(guān)人員，以便及早發(fā)現和消除隱患，真正做到防患于未然。

4.1功能介紹

4.1.1實(shí)時(shí)監測

可查看設備的狀態(tài)、實(shí)時(shí)數據、歷史數據，巡檢記錄和報警信息。

4.1.2報警推送

可提供短信、郵件、APP推送、語(yǔ)音外呼、語(yǔ)音播報、微信小程序推送、微信公眾號推送、釘釘推送通知等多種方式進(jìn)行異常通知。

4.1.3隱患管理

隱患查詢(xún)→隱患派發(fā)→隱患處理，通過(guò)隱患的完整流程，形成閉環(huán)，跟蹤每一個(gè)隱患的工單狀態(tài)。

4.1.4遠程控制

管理人員可以遠程設定探測器的各種參數值，或者對監控設備進(jìn)行分閘、合閘、復位、消音、自檢和遠程設置等操作，方便管理，同時(shí)提高工作效率。

4.1.5用戶(hù)報告

針對項目一個(gè)周期內的用電數據進(jìn)行匯總，生成安全用電分析報告。

4.2產(chǎn)品選型

4.3 現場(chǎng)圖片

安裝在汽車(chē)充電樁前端

電動(dòng)汽車(chē)充電樁集中安裝

參考文獻

[1]王珂.新能源汽車(chē)火災事故原因分析及撲救措施簡(jiǎn)析[J].消防界(電子版),2023,(01):64-66.

[2]王賢剛.新能源汽車(chē)火災原因及其滅火救援對策[J].消防界(電子版),2022,8(11):78-80.

[3]嚴南培.新能源汽車(chē)火災特點(diǎn)及處置對策分析[J].消防界(電子版),2019,5(14):40-42.

[4]包詣?wù)?汽車(chē)鋰 電池燃燒爆炸抑制技術(shù)研究[D].西安建筑科技大學(xué),2021.