新能源汽車火災事故原因分析及撲救措施

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

引言

      經過近幾年的“節能減排",世界各國已經達成了一個共識,那就是汽車新能源化是全球汽車發展的基本方向。據統計,我國2021年新能源汽車銷量達到298.9萬輛,同比增長169.1%。隨著我國新能源汽車銷量快速增長,保有量不斷提高,新能源汽車自燃、爆炸等安全事故頻頻發生,引起了社會的持續關注,也對國家消防應急管理和新能源汽車行業的發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火災的撲救經驗已經無法滿足實際需要。相反,如果循規蹈矩,無異于“火上澆油",甚至還可能讓人員生命受到威脅。因此,加強新能源汽車火災防控及撲救對策研究是很有必要的。

一、新能源汽車動力源

      新能源汽車是指采用新型動力系統,主要依靠新型能源驅動的汽車。目前我國主流的新能源汽車類型主要包括:純電動車、插電混合動力汽車和燃料電池汽車。新能源汽車主要以鋰電池作為動力源。按照正極材料不同分類,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生的熱量遠大于散發的熱量,導致熱量大量堆積從而引起電池燃燒甚至爆炸,同時伴有大量有害氣體產生。電池熱失控可以分為三個階段: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生大量熱量,各類離子和枝晶沉積在電解液中導致電池內阻變大,產熱進一步增加,直至SEI膜分解。隨著SEI膜的分解反應進行,鋰離子又與電解液產生化學反應,直至隔膜分解,此時電池短路,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,到達臨界點隨之發生爆炸。

表1 不同種類鋰電池特性對比

(二)鋰電池熱失控原因分析

      內部產熱和外部濫用是電池熱失控的兩大觸發原因。

      1.外部濫用引發

      一般情況下,由外部濫用引發鋰電池熱失控的原因有三個,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生形變或不同位置發生相對位移造成電池內部短路。電濫用一般包括外短路、過充、過放幾種形式,其中過充電容易導致鋰電池熱失控。熱濫用一般由于外部環境溫度過高或溫度控制系統失效所導致。局部過熱是發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展而來,環環相扣,但結果都是發生了熱失控。

      2.內部產熱引發

      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,由內短路產生的熱量也較小,對電池的熱失控幾乎沒有影響,這種情況常見于電池的制造瑕疵、老化等,但隨著時間的推移,電池內部殘余電解液逐漸增加,電池內阻減小,由內短路產生的熱量逐漸增加,引發熱失控的風險則會大大提升。

圖1 鋰電池熱失控誘因

      (三)新能源汽車火災事故類型分析

      根據相關統計資料,純電動車型是發生新能源火災事故較多的車型。因過度充電、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。可見新能源汽車在靜置、行駛、充電狀態下均可能發生熱失控起火事故(見表2)。因此消防人員在處理事故時應針對不同情況采取相應措施,從而能夠快速處理事故,爭取救援時間。

表2 新能源汽車各狀態下火災事故成因分析

      (四)新能源汽車火災事故特點

      鋰電池是新能源汽車區別于傳統燃油汽車的重要標志,同時也為人們帶來了新的火災防治特點。

      1.火災發生難預測

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

      2.火勢蔓延快、燃燒溫度高

      新能源汽車鋰電池出現熱失控后,導致火勢快速蔓延,電池內溫度迅速升高。有相關部門通過實際測試,鋰電池內部燃燒溫度能達到1000℃以上,遠遠超過普通汽油、柴油燃燒時的溫度。鋰電池在燃燒過程中會產生大量可燃混合物并向周圍噴濺,噴射火焰的距離可以達到6m。因此當鋰電池電動汽車發生火災時,容易對周邊環境和人員造成嚴重危害。

       3.火災有害氣體多

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

      4.觸電風險大

      新能源汽車一般配備了高電壓大容量電池組,一些車型的驅動電壓高達500V以上,火災發生時可能導致高壓電線裸露、接地,使車身帶電或在現場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,不但會導致火勢進一步加重,還有可能對消防救援人員造成電擊傷害。

      5.火災持續時間長

      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。試驗發現處理新能源車輛火災事故所需的總用水量和所需時間都明顯大于傳統燃油車輛火災事故。因此應對新能源車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、新能源汽車火災撲救措施

      (一)強化接警調度

      指揮中心接到鋰電池汽車報警,應立即向報警人詢問起火車輛的品牌、型號,同時查詢車輛的電池種類和容量等相關信息,做好相應準備。如若現場的火災規模較大,應及時與公安交警、供電企業、醫療等應急聯動單位聯系,并派遣火災救援專家、技術人員等到達火災現場進行協同處置。優先考慮調派重型泡沫水罐車,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汽車事故處理標準,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起火事故,但用水量大,所需時間長。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生后會釋放出可燃氣體,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因此受到影響,還會影響鋰電池內部熱量的散發。

      (三)做好個人安全防護

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

       (四)規范現場處置

      1.消防人員到達火災現場后,應立即劃分警戒區域,

      設立警戒標識,控制火災現場,并疏散無關人員[8]。

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

      3.根據車輛的狀態,采取支撐、牽拉等方式對車輛進行穩固,防止車體結構發生位移導致鋰電池熱失控加劇,保證作業安全。

      4.設立安全觀察小組,充分利用熱成像儀等檢測設備對起火車輛及周邊環境進行持續監測,發現車體漏電、溫度急劇升高、有害氣體產生等異常情況時注意加強防護,必要時撤離現場,并采用霧狀射流掩護。

四、安科瑞汽車充電樁運營管理平臺

      充電運營管理平臺是基于物聯網和大數據技術的充電設施管理系統，可以實現對充電樁的監控、調度和管理、提供充電樁的利用率和充電效率，提升用戶的充電體驗和服務質量。用戶可以通過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。通過智能監控設備，對充電樁的功率、電壓、電流等參數進行實時監控，及時發現和處理充電樁故障和異常情況對充電樁的功率進行控制和管理，確保充電樁在合理的功率范圍內充電，避免對電網造成過大的負荷。

3.1功能介紹

3.1.1充電服務

充電設施搜索，充電設施查看，地圖尋址，在線自助支付充電，充電結算，導航等。

3.1.2首頁總覽

        總覽當日、當月開戶數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時長，累計的開戶數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時長，以及相應的環比增長和同比增長以及樁、站分布地圖導航、本月充電統計。

3.1.3交易結算

充電價格策略管理，預收費管理，賬單管理，營收和財務相關報表。

3.1.4故障管理

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

3.1.5統計分析

統計分析支持運營趨勢分析、收益統計，方便用戶以曲線、能耗分析等分析工具，瀏覽樁的充電運營態勢。

3.1.6運營報告

按用戶周期分析汽車、電瓶車充電站、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、小程序移動端支持

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

3.1.8資源管理

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

3.2產品選型

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而研發的一套電氣火災預警和預防管理系統。該系統是基于移動互聯網、云計算技術，通過物聯網傳感終端，將辦公建筑、學校、醫院、工廠、體育場館、賓館、福利院等人員密集場所的電氣安全數據，實時傳輸至安全用電管理服務器，為用戶提供不間斷的數據跟蹤、統計分析和安全監管。平臺將發現的各種安全隱患信息及時告警提醒，并推送給相關人員，以便及早發現和消除隱患，真正做到防患于未然。

4.1功能介紹

4.1.1實時監測

可查看設備的狀態、實時數據、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、語音外呼、語音播報、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行異常通知。

4.1.3隱患管理

隱患查詢→隱患派發→隱患處理，通過隱患的完整流程，形成閉環，跟蹤每一個隱患的工單狀態。

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，同時提高工作效率。

4.1.5用戶報告

針對項目一個周期內的用電數據進行匯總，生成安全用電分析報告。

4.2產品選型

4.3 現場圖片

安裝在汽車充電樁前端

電動汽車充電樁集中安裝

參考文獻

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

[2]王賢剛.新能源汽車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.新能源汽車火災特點及處置對策分析[J].消防界(電子版),2019,5(14):40-42.

[4]包詣正.汽車鋰 電池燃燒爆炸抑制技術研究[D].西安建筑科技大學,2021.