新能源汽车灭火救援技术研究

赵伟杰

摘要：在节能减排的发展形势下，新能源汽车作为一种新型交通工具发展迅速，由于操作不当引发的火灾事故也在逐渐增多。为对新能源汽车火灾进行了解和预防，在查阅国内外相关文献的基础上，从新能源汽车的结构和火灾危险性出发，分析总结发生火灾的主要原因，对适用于新能源汽车的灭火救援技术进行总结，希望为新能源汽车的安全研究和灭火救援作业提供参考。

关键词：新能源;火灾事故;火灾危险性;灭火救援

随着我国对新能源汽车产业的规划和支持，市场占有量不断提高，与新能源汽车相关的火灾事故起数逐渐增多，火灾危险性大。新能源汽车的结构与传统汽车有着较大差别，在发生火灾时的灭火处置也有所不同，2019年和2020年新能源汽车发生火灾事故起数按月份对比如图1所示。本文从新能源汽车的火灾特性出发，总结其常见的火灾原因，对新能源汽车的灭火救援技术进行综述[1]。

1  新能源汽车的火灾特性

新能源汽车主要有纯电动汽车、混合动力汽车（油电混合）、燃料电池汽车等，采用非常规车用燃料作为动力来源，如铅酸蓄电池、锂离子电池、镍氢蓄电池等比较常见[2]，在构造和动力设计上与传统汽车有较大区别。新能源汽车发生火灾主要是交通事故、设备自身故障或外在火源引燃等原因造成的，火灾危害性最大的是新能源汽车的电池组。据相关研究表明，新能源汽车发生火灾主要与动力锂电池系统热失控有关[3]。

1.1  新能源汽车火灾发展迅猛，燃烧温度高

新能源汽车起火事故频发，在发生碰撞、充电，甚至正常行驶时都会出现火灾事故，安全性能受到多方质疑，2020年新能源汽车起火时的状态统计如图2所示。锂电池系统的稳定性较差，易发生热失控燃烧，加上汽车可燃内饰及泄漏的电解质，使火灾发展更为迅猛，温度急剧上升。汪书苹等[4]对电动汽车使用最广泛的磷酸铁锂电池的火灾危险性进行研究，发现充电的锂电池能在很短的时间内被引燃，且燃烧剧烈，同时竖直放置比水平放置的锂电池爆燃危险性更大;李毅等[5]对锂电池进行燃烧实验，发现锂电池自燃温度为170℃，若发生短路则会进一步引起整个电池组的燃烧，导致爆燃;王青松[6]等利用微量量热仪对锂电池燃烧时内部的主要产热过程进行分析，发现在40℃时，嵌锂碳与电解液开始反应，后续不断放热。

1.2  新能源汽车火灾释放有毒气体，爆炸危险性大

新能源汽车除含有与传统汽车共有的内饰材料等燃烧会产生有毒气体外，锂电池内部含有易挥发的有毒腐蚀性的电解液，热失控外泄，燃烧与空气接触氧化，生成大量氟化物、烯烃、烷烃、醚等有毒物质。RibièreP等[7]研究发现单个锂电池在燃烧时会释放出大量的热及有毒气体;Neil S.Spinner 等[8]对锂电池火灾产生气体进行分析，发现锂电池爆燃生成CO、CO2、CH4，电解质分解也会生成大量CH4，与氧气接触燃烧生成CO（不完全燃烧）和CO2（完全燃烧）;张磊等[9-10]对三元锂电池在热过载条件下进行热失控研究，发现锂电池热失控主要生成大量CO、H2、CH4、乙炔（C2H2）、乙烯（C2H4）、五氟磷酸（PF5）等有毒气体。

此外，锂的金属活泼性强，燃烧时反应剧烈释放大量热量和气体，加上锂电池组的结构特征，空间狭小造成能量释放挤压，一旦发生火灾，其爆炸危险性非常大。Q.S Wang等[11]认为在锂电池热失控情况下，随着温度和压力的不断升高会发生鼓胀和电解液喷射现象，从而发生火灾和爆炸;X.R Li 等[12]利用差示扫描量热仪对锂电池的电解质进行热分析，发现锂电池机械刺激的敏感性、爆炸强度，均比其他普通电池要强;Neil S.Spinner 等[8]对18650型锂电池单体和模组进行热失控实验，发现在密闭狭小的空间内，锂电池模组故障会产生大量热量，可导致活性电池爆燃及连锁反应。

1.3  新能源汽車火灾易复燃，灭火救援技术要求高

新能源汽车的锂电池发生热失控燃烧后，持续释放出大量热量和可燃气体，在消防人员对其明火进行扑灭后，内部的化学物质仍在进行放热反应，因此新能源汽车发生火灾后易出现复燃现象，且新能源汽车燃烧会产生大量有毒气体，电池包采用的高压电池系统，有漏电风险，因此，在灭火过程中，要避免其对消防员身体及周围环境造成威胁。

2  新能源汽车常见的火灾原因

新能源汽车主要动力来源于电池组，与传统燃油汽车的结构不同，对其火灾原因进行总结还需考虑电池组的影响。

2.1  电气线路故障

新能源汽车机身含有的电气线路远多于传统燃油汽车，复杂而密集，分为低压和高压两种，线路发生故障极易导致新能源汽车发生火灾，电气线路如图3所示。随着新能源汽车使用时间的延长，逐渐会出现部件老化、破损、电线电阻增大等情况，线路散热受到影响，容易引发各种电气线路故障，如短路、断路、过负荷等。同时，新能源汽车在使用过程中也会有一些人为损伤造成电气线路故障，如使用非原装的充电设备、配件，私改电线等。

2.2  电池故障

新能源汽车主要动力来源是电池组，电池模组是由多个单个电池单体组合在一起，一般安装在汽车底盘。电池组比较脆弱且稳定性较差，为保障新能源汽车整体供电的正常运行，电池模组设计为单个电池单体，出现故障不影响整体电池组的正常供电。电池故障是引起新能源汽车发生火灾最主要且危险性最大的原因，一旦发生火灾，火势发展快速剧烈、温度高。电芯热失控如图4所示。

2.3  外部引火源

外部引火源即纵火，是最为常见且直接伤害最大的火灾原因，如可燃液体、烟头等引火物。新能源汽车的电池组件、汽油（油电混合汽车）和内饰等都是可燃物品，很容易造成火灾，非常剧烈且难以控制。外部引火源造成的火灾要考虑是否为刑事案件，对于此类火灾要注意对车辆及周围环境的观察，是否有可燃液体容器、撬锁痕迹、液体燃烧痕迹等。

2.4  其他原因

除以上因素外，还有一些意外情况也会引起新能源汽车的火灾，如事故碰撞后，电池组破坏，电解液泄漏或内部线路故障等情况会造成火灾，车内意外留下的火种也会引燃车内可燃内饰。

3  新能源汽车的灭火救援技术

新能源汽车在结构上与传统燃油汽车不同，在火灾特征上也有许多差别，如燃烧温度高、发展速度快、易复燃等，针对这些特点，对新能源汽车火灾的灭火救援可以从以下几点进行研究。

3.1  断电

新能源汽车发生火灾时，应第一时间对车辆进行断电，再进行后续的灭火救援措施。对于功能正常的新能源汽车可直接进行熄火切断电源，并将电源控制线剪断，拆除电池控制系统中的保险丝。由于现在车辆钥匙的设计越来越高科技和便民，在钥匙靠近车身时便可以自动感应接通电源，为防止此类情况的发生，需将车辆钥匙置于车辆10m以上距离。若火灾发生时新能源汽车已经损坏，无法通过电源控制线进行断电，消防救援人员可采取直接卸除电池组的方式来断电，新能源汽车动力电池一般位于底部中央，位置如图5所示。新能源汽车电池系统的高压组件如果没有断电，触碰会出现击穿效应，为保证消防人员在灭火和破拆过程中的生命安全，断电工作一定要做到位，可以借助电压表等专业设备实时观测新能源汽车外表各处的电压值，当电压表显示的数据达到安全值后再进行后续的灭火救援措施。

3.2  警戒

切断电源后再利用先进灵敏的测温仪、气体检测仪对车辆周围环境进行检测，实时监测是否存在有毒气体、车辆锂电池的位置，温度是否降到安全值，若存在有毒气体或温度非常高，有产生更大火灾的可能性，要立即对火灾现场进行处置，疏散周围群众，根据火灾事故等级設置警戒范围，禁止无关人员和车辆靠近现场。

3.3  灭火救援

接到火灾报警后，应立即对新能源汽车的基本信息进行掌握，以制定合适的灭火救援方案。因为锂电池等电池组具备燃烧特性，所以新能源汽车火灾的灭火难度较大，为有效控制锂电池失控引起的火灾，国内外针对此问题已有大量相关研究。在新能源汽车火灾扑救前期的防控装置方面，杨赟等[13]针对18650型锂电池及电池组设计了50℃、70℃、80℃三级预警装置，可有效对火灾爆炸进行预警;Z.JAn等[14]对比分析了常见电池热管理技术，发现空气冷却、液体冷却、热管冷却这三种技术中，液体冷却对高温大容量蓄电池的热失控行为的处理效果最为理想;刘得星等[15]设计开发出带有感光型红外火焰探测模块和3%AFFF高压灭火模块的车用锂电池箱盖系统，并带有自动灭火装置，通过实验证明可对早期局部火灾进行有效扑灭。

在被动防护灭火剂方面，MEgelhaaf[16]等通过模拟实验，发现水可以成功扑救电动汽车锂电池火灾，添加F-500和Fiersorb等可有效提高扑救效果;刘昱君等[17]对比多种常见灭火剂对动力锂电池火灾的扑救效果，发现降温效果最好的是水;张青松等[18]发现细水雾对18650锂电池热失控的抑制效果非常明显。针对新能源汽车火灾初期可采用水基型灭火器进行降温灭火处理，其中水雾效果会更好，其中可以添加一些F-500和Fiersorb等添加剂可获得更好的效果。此外，为防止火势进一步扩散蔓延，可用河沙覆盖新能源汽车的底部。

3.4  救援防护

新能源汽车在燃烧时会产生大量有毒气体、高压击穿和高温气体，因此针对新能源汽车火灾的灭火救援，除了对火灾处理外，还要对救援人员进行防护。消防人员必须按要求佩戴防护用具，如防毒面具、头盔、头套、手套、防护服等，还要有绝缘功能。在灭火时和起火物保持安全距离，以防锂电池电解液燃烧喷溅或爆炸对救援人员造成伤害，注意火场风向，顺风向实施灭火作业。

4  结语

随着新能源汽车的市场占有率逐渐提高，火灾事故数量也越来越多，新能源相关火灾事故的分析研究必须跟进。本文从新能源汽车的结构特征出发，分析了新能源汽车的火灾特性、常见的火灾原因，并从起火原因出发提出了适用于新能源汽车的灭火救援技术，为新能源汽车的火灾扑灭工作提供参考。

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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