浅析新能源汽车火灾原因及其灭火救援对策研究

浅析新能源汽车火灾原因及其灭火救援对策研究

江炜

徐汇区消防救援支队 上海徐汇 200031

摘 要:新能源汽车是指除汽油、柴油发动机之外所有其它能源汽车，主要包括燃料电池汽车、混合动力汽车、氢能源动力汽车和太阳能汽车等。随着单位和个人新能源汽车保有量的逐年增加，车辆的安全问题越来越重要，每年三线以上城市新能源汽车火灾都在几十起甚至上百起，不仅车辆报废，更有甚者还造成人员伤亡。汽车火灾已成为对群众的生命财产产生巨大威胁的因素。本文从新能源汽车火灾特点及灭火危险性，从新能源汽车的结构及火灾危险性出发，分析新能源汽车火灾的灭火救援措施。

关键词：新能源汽车 火灾原因 灭火救援

近年以来，我国新能源汽车产业飞速发展，趋势已不可逆转。中国汽车工业协会发布的最新数据显示，国内2018年9月车市整体遇冷，新能源车销量却创历史新高；1-9月，我国新能源汽车产销分别完成73.5万辆和72.1万辆，比上年同期分别增长73%和81.1%。从全球来看，根据EV Sales网站公布的数据，2018年1-9月全球新能源汽车销量同比激增61%，首次突破20万辆，创历史新高，1-9月全球新能源汽车累计销量近130万辆，全年有望超过200万辆。根据麦肯锡的新能源汽车指数，去年全球新车销量首次超过120万辆(见图1)。

图 1 麦肯锡新能源汽车指数

新能源汽车产业在迎来发展机遇的同时，也面临着严峻的消防安全问题。2019年4月21日晚，上海徐汇区泰德花苑小区地下车库内，一辆特斯拉轿车突然冒出白烟，进而起火燃烧。大火瞬间将轿车包裹，最后烧成空壳。4月22日，上海特斯拉自燃之后，西安蔚来授权中心也发生了一辆ES8燃烧事件，蔚来称已经对燃烧的原因进行了调查，后续将公布调查结果。

一、新能源汽车主要结构及火灾危险性

1、新能源汽车的主要结构。新能源汽车主要由电力驱动系统、电源系统和辅助系统等组成。（1）电源系统包括电源、能量管理系统和充电机，其功用主要是向电动机提供驱动电能、监测电源使用情况以及控制充电机向蓄电池充电。蓄电池在车上安装前需要通过串并联的方式组合成12V或24V的低压电源，而电动机驱动一般要求为高压电源，并且所采用的电动机类型不同，其要求的电压等级也不同。为满足该要求，用多个12V或24V的蓄电池串联成高压直流电池组，再通过DC/DC转换器供给所需的不同电压。（2）电力驱动系统包括电子控制器、功率转换器、电动机、机械传动装置和车轮，其功用是将存储在蓄电池中的电能高效地转化为车轮的动能，并在汽车减速制动时将车轮的动能转化为电能充入蓄电池。（3）辅助系统包括辅助动力源、动力转向系统、导航系统、空调器、照明及除霜装置、雨刮器和收音机等，用于提高操控性和舒适性。

2、锂电池主要结构及火灾危险性。以锂电池为动力源的新能源汽车占据市场的主导地位，最常见的锂电池为磷酸铁锂电池及三元锂电池两种。2016年底，工信部暂缓将三元锂电池客车列入推荐车型目录。磷酸铁锂电池质量能量密度虽不及三元锂电池，但因其具有较好的热稳定性，成为目前纯新能源汽车的主要动力电池，应成为当前灭火救援研究的主要方向。(1)锂电池起火的原因是由于其设计的不合理或者制造时内留的缺陷或者外部的撞击或其他原因造成的机械损坏，又或是充电过度、放电过快，进而导致锂电池内部短路，锂电池内部温度和压力会持续升高，直至锂电池内部过热，此时锂电池内部的高温会使锂电池发生“热失控”，锂电池内部存储的能量被大量释放，从外观看来锂电池外表有烟雾产生。(2)由于锂电池内部以“单元”为单位进行分隔，陷入“热失控”的某个单元释放的大量能量会使其周围的锂电池“单元”也发生“热失控”，研究表明，当锂电池内部温度过热达到1000℃，会引发爆炸。(3)由于每个锂电池单元的“热失控”会导致锂电池电解液的泄漏，又由于锂电池壳体的破裂，外部空气进入锂电池内部作为助燃物，引燃锂电池隔膜或者锂金属等可燃物，从而导致燃烧的发生。

二、新能源汽车火灾灭火技战术

1、灭火剂的选择。锂离子电池的燃烧特性是导致新能源汽车火灾难以扑救的主要原因，而目前国内外对锂离子电池火灾灭火剂技术的研究进展如下：德国机动车监督协会（DEKRE）认为，水可成功扑救新能源汽车锂离子电池火灾，但耗水量大，扑救时间长，在水中添加F-500和Firesorb能将灭火时间从几十秒缩短至几秒，且大大减少耗水量，提高了锂离子电池火灾扑救效率；美国联邦航空管理局（FAA）认为，灭火剂降温能力是阻止锂离子电池火灾蔓延的关键因素，水基型灭火剂对抑制锂离子电池火灾的效果最佳。中国汽车工程学会正在会同公安部消防研究机构做针对锂电池的灭火试验，通过前期初步试验观察，干粉、泡沫等常规灭火剂基本不能熄灭电池着火。目前普遍认为，在实际的灭火过程中，水是效果最好、最方便易得、经济实用的灭火剂，且不存在触电危险。

2、火灾扑救行动的实施。（1）接警调度。119指挥中心接警后，应当询问知情人事故车辆型号，必要时应联系生产厂商或当地经销商、调阅新能源汽车资料库、汽车服务手册等资料，将救援注意事项通知指挥员。按照灾害事故等级调派距离最近的辖区中队，以水罐消防车、抢险救援车作为第一出动力量，携带绝缘破拆工具、漏电探测仪、红外测温仪以及固定、支撑、破拆、警戒、救生等器材到场处置，必要时调集社会联动力量协助处置。（2）警戒。根据事故严重程度划分警戒范围，疏散围观群众，协调交警部门疏导附近交通。对于单辆新能源汽车起火事故，应在15m范围设置工作区，禁止无关车辆、人员进入；在10m范围设置作业区，只允许救援人员进入，在高速公路上应当适当扩大警戒范围。为防止电池突然爆炸，应专门设置安全员持续监测动力电池的温度，当温度异常升高、电池产生白烟时，应及时扩大警戒范围，保护救援人员安全。（3）侦察。一是周边情况侦察，是否有被困人员、被困人员的数量、伤情情况、车辆受损情况，是否漏液、有无燃烧爆炸危险、对周围车辆、建筑和人员的威胁情况等；二是辨识车辆，通过车辆号牌、车身标识等确定事故车辆是否为新能源汽车。例如，新能源汽车在车身、车尾部有“EV”、“Hybrid”、“新能源汽车”等字样。若为新能源汽车应查明事故车辆类型、动力电池种类、高压线路走向、电气系统受损情况，查明车辆主开关位置及其状态。（4）固定。根据现场环境、火势发展情况和车体变形程度，判断是否对事故车辆实施稳固操作。由于电池处于热失控的情况下，侧翻车辆有可能造成电池热失控的加剧，因而严禁盲目对车辆进行侧翻等操作。对于车体未变形的车辆，原则上不需要对车体进行固定；对于车体变形的车辆，应当在到场后的第一时间对车体进行固定，防止射水对车体造成晃动，加剧电池反应。（5）断电。事故车辆在确保自动断电之后，仍应对其进行手动断电，确保高压线路处于断电状态。自动断电：关闭车辆启动开关，将具有自动启动功能的车辆钥匙装入信号屏蔽袋或置于距离事故车辆10m外。手动断电：根据随车配备的汽车服务手册、《救援指南》及张贴的危险警告，明确高压部件及断电开关位置，通过将汽车置于关闭状态、切断动力电池的供电系统、拔掉动力电池的保险丝等措施，确保汽车电路系统充分放电。如有必要，应当使用绝缘器材手动切断高压线路。在新能源汽车电路排线中，高压线束通常采用醒目的红色或橙色，沿车底贯穿整个车身，低压线路通常为黄色标记，可以用绝缘胶带进行缠绕，达到断电效果。（6）灭火救援。当有人员被困时，救援人员应当根据被困人员伤情及火势大小确定不同的战术措施。在火势无法迅速控制时，可以采用灭火毯对被困人员实施保护，避免被困人员受到伤害，并迅速使用喷雾水压制火势，对车辆进行破拆、起重，展开救援。对切断电源的车辆，应当利用无齿锯、剪切器、扩张器等工具对车辆进行破拆，救援被困人员。破拆时，严禁直接接触电池系统，严禁使用工具切割高压线路或刺穿引擎盖、电池包等部件，防止由于断电不彻底而产生电击危险。在破拆的同时，应当持续使用喷雾水对电池部位进冷却和稀释，防止切割机切割时出现的火花引燃电池释放的可燃气体。当没有人员被困、电池发生燃烧时，消防员应在距离起火车辆10～15m外出水灭火，周围没有足够水源时指挥员可以选择监护事故车辆烧尽。当事故车辆电池未着火或电池未见明火时，可以选择将电池从事故车上破拆出来，用大量的水冷却，防止电池起火后引燃其他部位，造成火势蔓延扩大。油电混合动力汽车发生起火时，应当特别注意油箱、电池等关键部位的冷却灭火；当燃油泄漏时，应当喷射泡沫覆盖泄漏区域，防止油蒸汽发生燃烧爆炸。（7）监测。对事故车辆进行灭火救援时，安全员应利用红外测温仪等器材对电池温度进行实时监测，一旦发现内部温度急剧升高或电池产生大量白色烟雾，应立即停止灭火和救援行动，采用喷雾水枪迅速降温，防止电池突然爆炸威胁被困人员和救援人员安全。锂离子电池灭火后很容易复燃。因此，在明火熄灭后应对电池进行持续冷却，直至电池温度降至160℃以下且没有升温迹象时，可以认为没有复燃风险。

3、注意事项。（1）充电时引发火灾。新能源汽车在充换电站进行充换电发生火灾时，救援人员应首先确定充换电站的电源位置并进行手动断电，迅速启动固定灭火设施；救援人员在做好个人防护后，宜用移动式水力排烟机进行主动送风，消除大量浓烟，拔出新能源汽车的充电枪，并使用红外热像仪寻找着火点，使用大量的水进行灭火。（2）个人防护。消防员在处置过程中必须佩戴头盔、头套和灭火防护服，如需处置高压电系统，必须佩戴绝缘手套，灭火时必须保持一定的安全距离，防止电池爆炸和电解液喷溅等危险；锂离子电池起火后产生大量有毒气体，因而必须在火场上风向实施灭火，消防员必须佩戴呼吸防护装备如综合防毒面具、空气呼吸器等。

参考文献：

[1]代旭日，何宁.锂电池火灾特点及处置对策[J].消防科学与技术，2016，35(11):1616-1619.

[2赵铭．锂电池自燃原因及处置对策［J］．中国安全科学学报，2015(4):26-29)

[3]吴忠华，李海宁.电动汽车的火灾危险性探讨[J].消防科学与技术，2014，33(11):1340-1343.

[4]曹丽英，何宁，黄昊，等.电动汽车灭火和应急救援技术研究[C]//2015中国消防协会科学技术年会论文集，2015.