摘要:近年來,我國多項(xiàng)新能源汽車支持政策的出臺(tái)使得新能源汽車行業(yè)在我國發(fā)展態(tài)勢(shì)良好。但隨著新能源汽車的大規(guī)模普及,動(dòng)力電池具有的不可避免的自反應(yīng)放熱特性受到了廣泛關(guān)注,越來越多的新能源汽車火災(zāi)事故也出現(xiàn)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(zhàn)。本文主要根據(jù)新能源汽車結(jié)構(gòu),深入分析了新能源汽車火災(zāi)事故發(fā)生的原因及事故特點(diǎn),并有針對(duì)性地提出了新能源汽車火災(zāi)可采取的幾點(diǎn)撲救措施,為應(yīng)急救援工作的開展提供參考。

引言

      經(jīng)過近幾年的“節(jié)能減排",世界各國已經(jīng)達(dá)成了一個(gè)共識(shí),那就是汽車新能源化是全球汽車發(fā)展的基本方向。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國2021年新能源汽車銷量達(dá)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(fā)生,引起了社會(huì)的持續(xù)關(guān)注,也對(duì)國家消防應(yīng)急管理和新能源汽車行業(yè)的發(fā)展提出了巨大的挑戰(zhàn)。面對(duì)這些事故繼續(xù)沿用傳統(tǒng)燃油汽車火災(zāi)的撲救經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)無法滿足實(shí)際需要。相反,如果循規(guī)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(qiáng)新能源汽車火災(zāi)防控及撲救對(duì)策研究是很有必要的。

一、新能源汽車動(dòng)力源

      新能源汽車是指采用新型動(dòng)力系統(tǒng),主要依靠新型能源驅(qū)動(dòng)的汽車。目前我國主流的新能源汽車類型主要包括:純電動(dòng)車、插電混合動(dòng)力汽車和燃料電池汽車。新能源汽車主要以鋰電池作為動(dòng)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(zāi)事故原因分析

      (一)鋰電池?zé)崾Э?/span>

      鋰電池?zé)崾Э厥切履茉雌嚮馂?zāi)事故的主要原因。

      鋰電池?zé)崾Э厥侵赣捎诟鞣N原因使電池產(chǎn)生的熱量遠(yuǎn)大于散發(fā)的熱量,導(dǎo)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?zé)崾Э乜梢苑譃槿齻€(gè)階段:一階段———電池內(nèi)部熱失控階段。在這一階段,電池由于內(nèi)部短路產(chǎn)生大量熱量,各類離子和枝晶沉積在電解液中導(dǎo)致電池內(nèi)阻變大,產(chǎn)熱進(jìn)一步增加,直至SEI膜分解。隨著SEI膜的分解反應(yīng)進(jìn)行,鋰離子又與電解液產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),直至隔膜分解,此時(shí)電池短路,電池內(nèi)部溫度急劇上升。二階段———電池鼓包階段。該階段是電池?zé)崾Э氐墓拯c(diǎn)階段,主要由于正極材料、粘結(jié)劑、電解液都在這一階段分解。三階段———電池?zé)崾?/span>控,爆炸失效階段。由于電池內(nèi)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(dá)臨界點(diǎn)隨之發(fā)生爆炸。

表1 不同種類鋰電池特性對(duì)比

(二)鋰電池?zé)崾Э卦蚍治?/span>

      內(nèi)部產(chǎn)熱和外部濫用是電池?zé)崾Э氐膬纱笥|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?zé)崾Э氐脑蛴腥?/span>個(gè),分別為機(jī)械濫用、電濫用、熱濫用。機(jī)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(duì)位移造成電池內(nèi)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(dǎo)致鋰電池?zé)崾Э?。熱濫用一般由于外部環(huán)境溫度過高或溫度控制系統(tǒng)失效所導(dǎo)致。局部過熱是發(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(dú)立存在,都是由其中某一種形式發(fā)展而來,環(huán)環(huán)相扣,但結(jié)果都是發(fā)生了熱失控。

      2.內(nèi)部產(chǎn)熱引發(fā)

      內(nèi)部短路廣義上指由于各種原因?qū)е码姵卣?fù)極直接接觸的現(xiàn)象,根據(jù)接觸的面積不同,所造成的后果不同。若電池正負(fù)極接觸面積小,由內(nèi)短路產(chǎn)生的熱量也較小,對(duì)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(shí)間的推移,電池內(nèi)部殘余電解液逐漸增加,電池內(nèi)阻減小,由內(nèi)短路產(chǎn)生的熱量逐漸增加,引發(fā)熱失控的風(fēng)險(xiǎn)則會(huì)大大提升。

圖1 鋰電池?zé)崾Э卣T因

      (三)新能源汽車火災(zāi)事故類型分析

      根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料,純電動(dòng)車型是發(fā)生新能源火災(zāi)事故較多的車型。因過度充電、放電是導(dǎo)致新能源火災(zāi)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?？梢娦履茉雌囋陟o置、行駛、充電狀態(tài)下均可能發(fā)生熱失控起火事故(見表2)。因此消防人員在處理事故時(shí)應(yīng)針對(duì)不同情況采取相應(yīng)措施,從而能夠快速處理事故,爭取救援時(shí)間。

表2 新能源汽車各狀態(tài)下火災(zāi)事故成因分析

      (四)新能源汽車火災(zāi)事故特點(diǎn)

      鋰電池是新能源汽車區(qū)別于傳統(tǒng)燃油汽車的重要標(biāo)志,同時(shí)也為人們帶來了新的火災(zāi)防治特點(diǎn)。

      1.火災(zāi)發(fā)生難預(yù)測(cè)

      新能源汽車鋰電池的熱失控事故,按發(fā)生時(shí)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(dǎo)致電池產(chǎn)生形變,從 而短路發(fā)生熱失控,燃 燒甚至爆炸,這類事故往往發(fā)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(dǎo)致電池組內(nèi)部短路,產(chǎn)生緩慢的化學(xué)反應(yīng),且無法被汽車熱管理系統(tǒng)檢測(cè),當(dāng)超過臨界溫度即發(fā)生熱失控,這類事故往往發(fā)生在車輛行駛中或靜置時(shí),難以被預(yù)測(cè)。

      2.火勢(shì)蔓延快、燃燒溫度高

      新能源汽車鋰電池出現(xiàn)熱失控后,導(dǎo)致火勢(shì)快速蔓延,電池內(nèi)溫度迅速升高。有相關(guān)部門通過實(shí)際測(cè)試,鋰電池內(nèi)部燃燒溫度能達(dá)到1000℃以上,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通汽油、柴油燃燒時(shí)的溫度。鋰電池在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量可燃混合物并向周圍噴濺,噴射火焰的距離可以達(dá)到6m。因此當(dāng)鋰電池電動(dòng)汽車發(fā)生火災(zāi)時(shí),容易對(duì)周邊環(huán)境和人員造成嚴(yán)重危害。

       3.火災(zāi)有害氣體多

       汽車在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量有毒氣體,如一氧化碳、二氧化硫等,但新能源汽車與傳統(tǒng)汽車間中的區(qū)別是新能源汽車的鋰電池燃燒會(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(xiǎn)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(qū)動(dòng)電壓高達(dá)500V以上,火災(zāi)發(fā)生時(shí)可能導(dǎo)致高壓電線裸露、接地,使車身帶電或在現(xiàn)場(chǎng)一定范圍內(nèi)形成跨步電壓,若處理不當(dāng),更容易引起電池內(nèi)部短路,不但會(huì)導(dǎo)致火勢(shì)進(jìn)一步加重,還有可能對(duì)消防救援人員造成電擊傷害。

      5.火災(zāi)持續(xù)時(shí)間長

      由于鋰電池燃燒特性,在明火被撲滅后,電池內(nèi)部仍可能持續(xù)升溫導(dǎo)致電池復(fù)燃。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)處理新能源車輛火災(zāi)事故所需的總用水量和所需時(shí)間都明顯大于傳統(tǒng)燃油車輛火災(zāi)事故。因此應(yīng)對(duì)新能源車輛火災(zāi)事故對(duì)于消防人員的體力和裝備指揮調(diào)度提出了更嚴(yán)苛的要求。

三、新能源汽車火災(zāi)撲救措施

      (一)強(qiáng)化接警調(diào)度

      指揮中心接到鋰電池汽車報(bào)警,應(yīng)立即向報(bào)警人詢問起火車輛的品牌、型號(hào),同時(shí)查詢車輛的電池種類和容量等相關(guān)信息,做好相應(yīng)準(zhǔn)備。如若現(xiàn)場(chǎng)的火災(zāi)規(guī)模較大,應(yīng)及時(shí)與公安交警、供電企業(yè)、醫(yī)療等應(yīng)急聯(lián)動(dòng)單位聯(lián)系,并派遣火災(zāi)救援專家、技術(shù)人員等到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行協(xié)同處置。優(yōu)先考慮調(diào)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(cè)儀、水幕水帶及個(gè)人防護(hù)裝備[7]。

      (二)選擇合適滅火器

      根據(jù)德國國家消防局總部制定的電動(dòng)汽車事故處理標(biāo)準(zhǔn),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(shí)間長。對(duì)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(biāo)簽上標(biāo)明的距離;對(duì)于已成型的汽車火災(zāi)可用水、壓縮泡沫滅火器撲救;應(yīng)減少傳統(tǒng)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?xì)?/span>體,運(yùn)用依靠阻止與可燃?xì)怏w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(nèi)部熱量的散發(fā)。

      (三)做好個(gè)人安全防護(hù)

      消防人員在新能源汽車火災(zāi)撲救中應(yīng)做好個(gè)人安全防護(hù),除佩戴消防頭盔、手套、空氣呼吸器等基本防護(hù)裝備外,還須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況穿著絕緣服、絕緣靴等特殊防護(hù)裝備。

       (四)規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)處置

      1.消防人員到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)后,應(yīng)立即劃分警戒區(qū)域,

      設(shè)立警戒標(biāo)識(shí),控制火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng),并疏散無關(guān)人員[8]。

      2.若有條件接近起火車輛,應(yīng)盡快通過操作手動(dòng)應(yīng)急斷路器或者斷開汽車鋰電池的正負(fù)極等方式切斷車輛電源,并拔掉動(dòng)力控制器的保險(xiǎn)絲。

      3.根據(jù)車輛的狀態(tài),采取支撐、牽拉等方式對(duì)車輛進(jìn)行穩(wěn)固,防止車體結(jié)構(gòu)發(fā)生位移導(dǎo)致鋰電池?zé)崾Э丶?/span>劇,保證作業(yè)安全。

      4.設(shè)立安全觀察小組,充分利用熱成像儀等檢測(cè)設(shè)備對(duì)起火車輛及周邊環(huán)境進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè),發(fā)現(xiàn)車體漏電、溫度急劇升高、有害氣體產(chǎn)生等異常情況時(shí)注意加強(qiáng)防護(hù),必要時(shí)撤離現(xiàn)場(chǎng),并采用霧狀射流掩護(hù)。

四、安科瑞汽車充電樁運(yùn)營管理平臺(tái)

      充電運(yùn)營管理平臺(tái)是基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的充電設(shè)施管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)充電樁的監(jiān)控、調(diào)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(yàn)和服務(wù)質(zhì)量。用戶可以通過APP或小程序提前預(yù)約充電，避免在充電站排隊(duì)等待的情況，同時(shí)也能為充電站提供更準(zhǔn)確的充電需求數(shù)據(jù)，方便后續(xù)的調(diào)度和管理。通過智能監(jiān)控設(shè)備，對(duì)充電樁的功率、電壓、電流等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理充電樁故障和異常情況對(duì)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(nèi)充電，避免對(duì)電網(wǎng)造成過大的負(fù)荷。

3.1功能介紹

3.1.1充電服務(wù)

充電設(shè)施搜索，充電設(shè)施查看，地圖尋址，在線自助支付充電，充電結(jié)算，導(dǎo)航等。

3.1.2首頁總覽

        總覽當(dāng)日、當(dāng)月開戶數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時(shí)長，累計(jì)的開戶數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時(shí)長，以及相應(yīng)的環(huán)比增長和同比增長以及樁、站分布地圖導(dǎo)航、本月充電統(tǒng)計(jì)。

3.1.3交易結(jié)算

充電價(jià)格策略管理，預(yù)收費(fèi)管理，賬單管理，營收和財(cái)務(wù)相關(guān)報(bào)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(rèn)、故障分析等管理項(xiàng)，為用戶管理故障和查詢提供方便。

3.1.5統(tǒng)計(jì)分析

統(tǒng)計(jì)分析支持運(yùn)營趨勢(shì)分析、收益統(tǒng)計(jì)，方便用戶以曲線、能耗分析等分析工具，瀏覽樁的充電運(yùn)營態(tài)勢(shì)。

3.1.6運(yùn)營報(bào)告

按用戶周期分析汽車、電瓶車充電站、樁運(yùn)行、交易、充值、充電及報(bào)警、故障情況，形成分析報(bào)告。

3.1.7APP、小程序移動(dòng)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(xì)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(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，用戶檔案管理，充電樁運(yùn)行監(jiān)測(cè)，充電樁異常交易監(jiān)測(cè)。

3.2產(chǎn)品選型

3.3 改造項(xiàng)目充電樁配置安裝推薦表

表3.1 改造項(xiàng)目充電樁配置安裝推薦表

四、安科瑞智慧用電管理云平臺(tái)

        安科瑞AcreICloud-6000安全用電管理云平臺(tái)是針對(duì)我國當(dāng)前電氣火災(zāi)事故頻發(fā)而研發(fā)的一套電氣火災(zāi)預(yù)警和預(yù)防管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算技術(shù)，通過物聯(lián)網(wǎng)傳感終端，將辦公建筑、學(xué)校、醫(yī)院、工廠、體育場(chǎng)館、賓館、福利院等人員密集場(chǎng)所的電氣安全數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)傳輸至安全用電管理服務(wù)器，為用戶提供不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤、統(tǒng)計(jì)分析和安全監(jiān)管。平臺(tái)將發(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(jiān)測(cè)

可查看設(shè)備的狀態(tài)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)，巡檢記錄和報(bào)警信息。

4.1.2報(bào)警推送

可提供短信、郵件、APP推送、語音外呼、語音播報(bào)、微信小程序推送、微信公眾號(hào)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→隱患派發(fā)→隱患處理，通過隱患的完整流程，形成閉環(huán)，跟蹤每一個(gè)隱患的工單狀態(tài)。

4.1.4遠(yuǎn)程控制

管理人員可以遠(yuǎn)程設(shè)定探測(cè)器的各種參數(shù)值，或者對(duì)監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行分閘、合閘、復(fù)位、消音、自檢和遠(yuǎn)程設(shè)置等操作，方便管理，同時(shí)提高工作效率。

4.1.5用戶報(bào)告

針對(duì)項(xiàng)目一個(gè)周期內(nèi)的用電數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，生成安全用電分析報(bào)告。

4.2產(chǎn)品選型

4.3 現(xiàn)場(chǎng)圖片

安裝在汽車充電樁前端

電動(dòng)汽車充電樁集中安裝

參考文獻(xiàn)

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