室外集中停車充電場(chǎng)所電動(dòng)汽車火災(zāi)滅火探究

摘要：我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)銷量實(shí)現(xiàn)了多年的穩(wěn)定增長(zhǎng)，新能源汽車發(fā)展態(tài)勢(shì)良好。由前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《中國(guó)電動(dòng)汽車行業(yè)市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》研究顯示：在我國(guó)新能源汽車市場(chǎng)，電動(dòng)汽車已經(jīng)占據(jù)了主導(dǎo)地位，面對(duì)近年來(lái)電動(dòng)車火災(zāi)事故頻發(fā)的現(xiàn)實(shí)，其安全問(wèn)題也日益凸顯，新能源車本身的安全問(wèn)題和停放場(chǎng)所的安全問(wèn)題，成為了我們研究的對(duì)象。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；電池?zé)崾Э兀换馂?zāi)及滅火；停車場(chǎng)

0 前言

電動(dòng)汽車在行駛、撞擊、充電等多方面存在電池?zé)崾Э鼗馂?zāi)風(fēng)險(xiǎn)，而停放場(chǎng)所電動(dòng)車自然現(xiàn)象也常見報(bào)道。新能源汽車電池起火與傳統(tǒng)燃油車的滅火方式存在本質(zhì)上的不同，給滅火救援帶來(lái)極大的困難，而且新能源汽車燃燒劇烈的程度和燃燒的危害程度超出了常規(guī)，因此，有效應(yīng)對(duì)電動(dòng)汽車在熱失控引發(fā)導(dǎo)致的火災(zāi)問(wèn)題，特別是停車充電場(chǎng)所新能源車爆燃安全問(wèn)題更迫切需要得到重視。應(yīng)對(duì)室外電動(dòng)汽車充電火災(zāi)，本文探討增設(shè)室外集中充電停車場(chǎng)所消防噴淋設(shè)施的措施。

1 電動(dòng)汽車火災(zāi)特點(diǎn)

純電動(dòng)汽車車輛結(jié)構(gòu)、動(dòng)力來(lái)源和驅(qū)動(dòng)方式與燃油汽車不同，動(dòng)力電池包電壓高，能量密度大，高壓線束分布廣，事故突發(fā)性強(qiáng)，不可控性大，易引發(fā)除事故車本身之外的火災(zāi)、爆炸等連鎖反應(yīng)，火災(zāi)危險(xiǎn)性明顯高于傳統(tǒng)的燃油汽車。

電動(dòng)汽車的電池起火快，易爆燃，一旦起火，一般都會(huì)火勢(shì)猛烈，燃燒持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，而常規(guī)滅火器也很難撲滅。

動(dòng)力電池發(fā)生火災(zāi)，具有火點(diǎn)隱蔽難控和可燃?xì)怏w噴射火等多種燃燒形態(tài)，火勢(shì)蔓延迅速、火焰溫度高，火災(zāi)撲救技術(shù)要求高，這讓消防救援技術(shù)面臨新的考驗(yàn)。

電池火災(zāi)事故潛在危險(xiǎn)性大，燃燒產(chǎn)生大量有毒有害、易燃易爆氣體，伴隨觸電、爆炸、中毒、灼傷和腐蝕等危險(xiǎn)，安全防護(hù)要求高，警戒范圍大，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)處置風(fēng)險(xiǎn)很高。

新能源汽車發(fā)展迅速，傳統(tǒng)室外停車場(chǎng)安全設(shè)施不足，駕駛?cè)藛T對(duì)新能源車爆燃的特性認(rèn)識(shí)不足，停車場(chǎng)管理人員對(duì)它的安全應(yīng)急處置措施有限。

2 電動(dòng)汽車起火的原因分析

（1） 充電起火：電動(dòng)汽車在充電時(shí)，電池內(nèi)部可能產(chǎn)生過(guò)多的熱量和氣體，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)。這可能是由于充電器故障、電池故障、電路問(wèn)題或使用不當(dāng)?shù)某潆娖鞯纫蛩匾鸬?。此外，使用低質(zhì)量的充電設(shè)備也會(huì)增加起火的風(fēng)險(xiǎn)。

（2） 高溫起火：電池內(nèi)部溫度過(guò)高是引發(fā)火災(zāi)的一個(gè)新的因素。除了充電過(guò)度導(dǎo)致高溫引發(fā)爆燃外，過(guò)度放電、內(nèi)部短路或外部因素也是事故多發(fā)的原因。高溫的停放環(huán)境或長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度行駛后，同樣會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)失控，產(chǎn)生高熱量和可燃?xì)怏w，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)。

（3） 碰撞起火：當(dāng)車輛發(fā)生碰撞時(shí)，電池可能會(huì)受到損壞，導(dǎo)致電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)失控，產(chǎn)生大量熱量和氣體，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)。此外，碰撞還可能導(dǎo)致電池與其他部件短路，起火亦不可預(yù)測(cè)。

（4） 電池?fù)p傷起火：電池在使用過(guò)程中可能會(huì)遭受撞擊、擠壓或損壞，這些情況會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部短路或電極直接接觸，它引發(fā)電池?zé)崾Э仉S時(shí)可能發(fā)生。

（5） 電池老化起火：隨著電池使用時(shí)間的增加，電池會(huì)出現(xiàn)老化、膨脹、變形等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象都會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，使電池?zé)崾Э氐娘L(fēng)險(xiǎn)增加。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，充電起火占據(jù)電動(dòng)汽車起火主導(dǎo)地位，在集中的停車充電場(chǎng)所，一臺(tái)電動(dòng)汽車發(fā)生火災(zāi)后，極大可能引燃周邊其他車輛，這種連鎖反應(yīng)往往導(dǎo)致的災(zāi)害更加嚴(yán)重，所以重點(diǎn)關(guān)注停車充電場(chǎng)所的電動(dòng)汽車火災(zāi)防控更具有現(xiàn)實(shí)意義。

3 電池?zé)崾Э氐奈：?/p>

目前，我國(guó)大部分電動(dòng)汽車都采用鋰電池。在鋰離子電池發(fā)生熱失控時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量可燃和有毒氣體。根據(jù)國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)的報(bào)告，有毒氣體主要包括一氧化碳（CO）、氧化氮（NO）、氟化氫（HF）、二氧化硫（SO2）、氯化氫（HCl）和氰化氫（HCN）。而易_{1WsU/HDoyBUfPuxOUM2rNvrbhRbaoi7sUZxfGBIKF6M=}燃易爆氣體則包括氫氣（H2）和甲烷（CH4）等［1-3］。易燃易爆氣體的爆炸性很強(qiáng)，最低的爆炸下限為4.83%，最高的爆炸上限達(dá)到73.77%［1］。

當(dāng)鋰離子電池發(fā)生熱失控時(shí)，除了產(chǎn)生熱量外，還會(huì)產(chǎn)生易燃易爆氣體，導(dǎo)致電池內(nèi)部氣壓升高。一旦氣壓超過(guò)一定限度，電池表層就會(huì)破裂，并向外噴射氣體以釋放壓力。電動(dòng)汽車火災(zāi)中會(huì)釋放大量有毒氣體，其中，氟化氫有毒氣體是鋰離子電動(dòng)汽車燃燒與燃油汽車燃燒釋放氣體的最大區(qū)別［2］。然而，這種嚴(yán)重的污染對(duì)人的健康和環(huán)境的影響尚未納入專家的研究范圍。

當(dāng)電池的放熱溫度較高時(shí)（研究表明熱失控電池內(nèi)部溫度可達(dá)1 000 ℃），噴射出的氣體很容易被點(diǎn)燃，從而引發(fā)射流火現(xiàn)象。當(dāng)狹小空間內(nèi)存在多個(gè)電池時(shí)，單個(gè)電池的熱失控可能導(dǎo)致其他電池的溫度上升，進(jìn)而引發(fā)連鎖反應(yīng)。這種多米諾骨牌效應(yīng)會(huì)疊加能量，使燃燒迅速蔓延，人們應(yīng)對(duì)的時(shí)間非常有限。

在國(guó)內(nèi)的實(shí)驗(yàn)研究中，發(fā)現(xiàn)單片（單個(gè)電池模塊）或少量電池?zé)崾Э剡^(guò)程中的化學(xué)能與燃燒熱之和分別為其儲(chǔ)存電能的3～4 倍。電池?zé)崾Э剡^(guò)程包括電池膨脹、射流火和穩(wěn)定燃燒等階段。在熱失控過(guò)程中，充電狀態(tài)（SOC）位100% 時(shí)的電池火焰溫度可達(dá)1 500 ℃，且高SOC 的電池具有更高的火災(zāi)危險(xiǎn)性。高SOC 的電池在相同熱源下具有更短的熱失控觸發(fā)時(shí)間和更劇烈的燃燒現(xiàn)象。面對(duì)新能源汽車一旦爆燃就無(wú)法解決的問(wèn)題，事故車環(huán)境危害方面的研究相對(duì)有限。這些都給新能源車火災(zāi)事故時(shí)，空間換安全提出了更高的要求。

4 現(xiàn)有滅火器對(duì)新能源車電池火災(zāi)作用有限

我國(guó)目前主流滅火器種類及使用要求如下：

（1） 水基型滅火器：能迅速降低火場(chǎng)溫度，抑制熱輻射，隔離氧氣來(lái)進(jìn)行滅火，適用于撲滅A 類火災(zāi)。

（2） 干粉式滅火器：主要通過(guò)化學(xué)抑制來(lái)進(jìn)行滅火的，同時(shí)也可起到隔絕氧氣，進(jìn)而窒息滅火，適用撲救A 類、B 類、C 類火災(zāi)。

（3） 二氧化碳滅火器：二氧化碳滅火器一是窒息作用，二是冷卻作用，適用撲滅A 類、。

（4） 潔凈氣體滅火器：潔凈氣體滅火器中的滅火劑與火焰接觸時(shí)發(fā)生一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，使燃燒中斷，適用于B 類、C 類火災(zāi)以及E 類的初期火災(zāi)。

結(jié)合新能源車熱失控機(jī)理，我們認(rèn)為，面對(duì)不需要氧氣參與的持續(xù)劇烈燃爆，目前這些滅火劑都不能有效阻止電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)。事故發(fā)生后如何防止火災(zāi)的擴(kuò)大蔓延和有效止損才是我們應(yīng)該關(guān)注的問(wèn)題。

因此，對(duì)停車場(chǎng)所重新進(jìn)行安全設(shè)計(jì)與安全配置才是我們現(xiàn)在要做的工作。涉及到健康產(chǎn)品的企業(yè)更應(yīng)該積極參與研究。

5 空曠場(chǎng)地上電動(dòng)汽車電池?zé)崾Э氐某Ｒ?guī)操作

因?yàn)殡姵責(zé)崾Э卣麄€(gè)過(guò)程不需要氧氣，就能持續(xù)放熱及噴射易燃易爆氣體，造成目前全世界尚未找到有效的滅火劑；傳統(tǒng)上的滅火劑的滅火機(jī)理都是通過(guò)降溫、窒息（隔絕氧氣）、化學(xué)抑制等手段；常規(guī)的降溫也不能有效阻止電池?zé)崾Э爻掷m(xù)釋放能量。消防研究基金會(huì)進(jìn)行的燃燒試驗(yàn)表明，除非可充電電池被充分冷卻，熱失控過(guò)程被停止，否則，鋰離子電池極易發(fā)生復(fù)燃。

對(duì)此，中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CSAE84-2018《電動(dòng)汽車火災(zāi)事故救援規(guī)程》規(guī)定：當(dāng)高壓電池著火時(shí)應(yīng)使用大量、持續(xù)的水滅火。廣東省的《電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)技術(shù)規(guī)程》、河北省的《電動(dòng)汽車充電站消防安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》等多個(gè)地方標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定：滅火器宜采用水基型手提式滅火器；在充電基礎(chǔ)設(shè)施附近，宜增加配置滅火劑充裝量不小于60 L 的推車式水基型滅火器或推車式水噴霧滅火器。

2022 年3 月12 日至13 日，清華合肥院聯(lián)合海南省消防救援總隊(duì)、安徽省消防救援總隊(duì)、中國(guó)科技大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、合肥科大立安安全技術(shù)有限責(zé)任公司等單位，在合肥市開展了全尺寸電動(dòng)汽車燃燒實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電池艙需要大量冷卻液徹底冷卻防止復(fù)燃［3］。

特斯拉的應(yīng)急救援手冊(cè)中對(duì)電動(dòng)汽車電池火災(zāi)作出明確規(guī)定：如果高電壓電池在火災(zāi)中彎曲、扭曲、損壞，滅火時(shí)消防用水要有足夠的量。

常規(guī)滅火劑可熄滅電池的明火，但目前并沒(méi)有一種適用于所有外部環(huán)境、電池狀態(tài)，以及電池材料的最佳滅火劑［4］。研究表明，水仍然是目前有效的抑制劑，可以撲滅火焰并冷卻電池。在未來(lái)，更多的電動(dòng)汽車和充電站也應(yīng)該具備更好的消防系統(tǒng)。

6 室外充電場(chǎng)所安裝自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的可行性

電池?zé)崾Э匦碌膽?yīng)對(duì)措施未研發(fā)出來(lái)前，采用持續(xù)水降溫是個(gè)阻止電池?zé)崾Э胤啪徎蛲Ｖ拱l(fā)生的有效辦法。

因此，改造傳統(tǒng)停車場(chǎng)所，適應(yīng)新能源車安全的新型停車場(chǎng)所應(yīng)該是我們亟待解決的問(wèn)題。在設(shè)備配置上，對(duì)地上電動(dòng)汽車集中停放充電場(chǎng)所安裝自動(dòng)噴水系統(tǒng)，持續(xù)用水對(duì)起火電動(dòng)汽車降溫阻止電池?zé)崾Э胤啪徎蛲Ｖ故强尚械模彩墙?jīng)濟(jì)有效的。當(dāng)室外電動(dòng)汽車停車充電場(chǎng)所安裝了消防自動(dòng)噴水系統(tǒng)時(shí)，當(dāng)充電汽車起火時(shí)，通過(guò)感煙或感溫探測(cè)器的信號(hào)反饋，噴頭開啟并開始自動(dòng)噴水滅火。

自動(dòng)噴水系統(tǒng)在電動(dòng)汽車熱失控火災(zāi)時(shí)能夠體現(xiàn)多方面的優(yōu)勢(shì)：一是滅火時(shí)不需要大量人員就可自動(dòng)持續(xù)完成滅火任務(wù)，從根本上提高了滅火效率；二是滅火迅速，電池?zé)崾Э貢r(shí)，提前有效控制火災(zāi)擴(kuò)大蔓延，避免損失進(jìn)一步擴(kuò)大，降低了環(huán)境污染；三是不存在救援人員的觸電、中毒、灼傷等一系列安全風(fēng)險(xiǎn)；四是滅火可不需要專業(yè)的消防隊(duì)伍支援，節(jié)約了人力物力資源。

7 結(jié)語(yǔ)

室外停車充電場(chǎng)所電池?zé)崾Э卦缙诂F(xiàn)場(chǎng)人員可用干粉滅火器進(jìn)行應(yīng)急噴灑撲救，一旦電池發(fā)生熱失控，車上及周邊人員應(yīng)盡快撤離起火災(zāi)車輛現(xiàn)場(chǎng)，確保人身安全。室外集中停車充電場(chǎng)所電動(dòng)汽車電池?zé)崾Э睾?，室外充電?chǎng)所使用消防噴淋系統(tǒng)對(duì)起火電動(dòng)汽車持續(xù)進(jìn)行冷卻，可以防止火災(zāi)蔓延擴(kuò)大，且是目前最可行和有效的措施。

參 考 文 獻(xiàn)

［ 1 ］ 陳欽佩，王學(xué)輝，米文忠. 電動(dòng)汽車鋰離子電池系統(tǒng)熱失控氣體毒害及爆炸特性研究[J]. 儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)，2023，12（7）：2256-2262.

［ 2 ］ 楊曉菡，張怡，鄧玲，等. 鋰離子電池汽車全尺寸火災(zāi)試驗(yàn)研究進(jìn)展綜述[J]. 消防科學(xué)與技術(shù)，2024，43（1）：29-33.

［ 3 ］ 清華大學(xué)合肥公共安全研究院. 清華合肥院組織開展電動(dòng)汽車消防安全關(guān)鍵技術(shù)交流會(huì)議暨電動(dòng)汽車燃燒實(shí)驗(yàn)[EB/OL]. （2024-05-02）[2023-04-24].https：//www.tsinghua-hf.edu.cn/display/？id=751，

［ 4 ］ 賈子潤(rùn)，王震坡，王秋詩(shī)，等. 新能源汽車動(dòng)力電池?zé)崾Э貦C(jī)理和安全風(fēng)險(xiǎn)管控方法的研究[J]. 汽車工程，2022，44（11）：1689-1705.