淺談新能源汽車火災(zāi)處置對策與研究

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：目前，新能源汽車因其環(huán)保等特性受到大眾的歡迎，銷量直線上升。雖然新能源汽車解決了尾氣排放問題，但其自燃、爆炸等安全事故值得研究。因此，現(xiàn)就新能源汽車的主要構(gòu)造、電力供應(yīng)系統(tǒng)以及鋰電池結(jié)構(gòu)特點、其引發(fā)的火災(zāi)特性進行分析，并提出相應(yīng)的處置對策，以期為相關(guān)研究提供參考。

關(guān)鍵詞：新能源汽車；火災(zāi)處置；電力供應(yīng)系統(tǒng)；鋰電池

一、新能源汽車的主體構(gòu)成分析

1新能源汽車的主體構(gòu)成

新能源汽車推進系統(tǒng)主要由三大部分構(gòu)成：電力供應(yīng)系統(tǒng)、電動推進系統(tǒng)、支持系統(tǒng)。

電力供應(yīng)系統(tǒng)由電池、能源管理系統(tǒng)和充電裝置構(gòu)成，其主要功能是向電機提供動力，同時監(jiān)控電池狀態(tài)和管理充電過程。在安裝至車輛之前，通過串聯(lián)或并聯(lián)的方法，將12V或24V電池組配置成低電壓供電系統(tǒng)。考慮到新能源汽車需要較高的運行速度，這些車輛往往依賴于高電壓供電。可通過將多個12V或24V電池組通過特定方式連接，形成高壓電池組，通過DC/DC轉(zhuǎn)換器調(diào)整電壓以滿足電機需求。

電動推進系統(tǒng)由電控單元、功率轉(zhuǎn)換模塊、電動機、傳動系統(tǒng)和輪胎構(gòu)成，主要功能是*效地將電池中的電能轉(zhuǎn)換成輪胎的旋轉(zhuǎn)動力，在減速或制動時將能量回收到電池中，以實現(xiàn)能源利用。

支持系統(tǒng)包括額外的動力源、助力轉(zhuǎn)向、導(dǎo)航、人工智能等，旨在提高駕駛體驗與乘坐舒適性。

2新能源汽車電池主要結(jié)構(gòu)

磷酸鐵鋰電池較好的熱穩(wěn)定性成為各大廠商的優(yōu)先選擇對象。因此，它也成為消防救援隊伍的主要研究對象。

鋰離子蓄電池由正*、負*、隔膜、電解溶液構(gòu)成。其中鋰離子蓄電池的正*材料主要由氧化鋰鈷、鎳酸鋰、錳酸鋰和磷酸鋰構(gòu)成；鋰離子電池的負*材料通常采用鋰與碳之間形成的層狀化合物，即LixC6。作為電池隔離層的材料，主要是由聚丙烯和聚乙烯構(gòu)成。電解質(zhì)部分則含有如六氟磷酸鋰和六氟合鋰等有機溶劑，而電池內(nèi)的有機溶液是通過將磷酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和硝酸二乙酯等按照一定比例混合調(diào)配而得到的。

3鋰離子蓄電池的著火特性

鋰電池儲存著大量電能在體積中，安全問題主要熱失控引起，有機小分子連鎖反應(yīng)是引發(fā)熱失控的關(guān)鍵因素。在鋰離子電池的熱失控過程可分為三個主要階段：起始階段，電池內(nèi)部溫度達到90～100℃時，會引發(fā)負*材料的熱分解，釋放出大量的熱量與氧氣。積能階段，在鋰離子電池內(nèi)部溫度達到250～350℃時，鋰離子與電解質(zhì)中的有機溶劑（如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯等）開始發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成如甲烷、乙烷等易燃碳氫化合物氣體，引起電池體積*大。氧化爆炸階段，在電池充電過程中，正*材料與電解質(zhì)之間可能會發(fā)生激烈的氧化反應(yīng)，釋放出大量高溫和有害氣體，這種情況下電池有可能自行點火或者發(fā)生爆炸。

二、新能源汽車的火災(zāi)風(fēng)險性及救援難點

作為能量儲存裝置，電池易受外部環(huán)境或內(nèi)部質(zhì)量問題的影響，導(dǎo)致熱失控現(xiàn)象發(fā)生，從而引發(fā)火災(zāi)或爆炸等嚴重后果。新能源汽車中的電池安全問題是其安全性關(guān)注的*心點。這些車輛在發(fā)生火災(zāi)時的特性與傳統(tǒng)燃油汽車存在明顯的差異，主要體現(xiàn)在：

1火災(zāi)突發(fā)性與燃燒速度

在使用過程中，過度充電、水分侵入、物理撞擊或高溫都可能對新能源汽車電池造成損害，提高火災(zāi)風(fēng)險。上海消防研究所的一項實驗顯示，通過并聯(lián)電池芯并采用穿刺技術(shù)引起內(nèi)部短路來模擬熱失效情形，結(jié)果表明動力電池一旦發(fā)生熱失效便能迅速著火。從著火到達燃燒*峰的時間僅需6s，而要將火撲滅則需耗時達3min，此期間內(nèi)部溫度可高達916℃。電池一旦發(fā)生熱失控，就會快速釋放出大量易燃的氣體或液體，導(dǎo)致火勢迅速蔓延，大大減少了報警、調(diào)度和救援操作的有效時間。

2火災(zāi)車輛狀況復(fù)雜

在新能源汽車發(fā)生火災(zāi)時，鋰離子電池燃燒會釋放大量的熱和氣體。若電池的安全閥功能失效，釋放的能量有可能觸發(fā)車輛爆炸。與傳統(tǒng)燃油車類似，新能源車輛內(nèi)部裝有大量裝飾材料和電子設(shè)備，它們在燃燒時會產(chǎn)生諸多有害氣體。電池燃燒還會產(chǎn)生大量有毒物質(zhì)，如氟化物、烯烴、烷烴、醚等。鋰離子電池中的電解液是易揮發(fā)且具有強腐蝕性的有機液體，它能通過呼吸、皮膚吸收等途徑進入人體，易引起現(xiàn)場救援人員和被困者中毒或窒息。此外，新能源汽車采用的高電壓大容量電池基礎(chǔ)電壓可達380V，不當處理會導(dǎo)致觸電事故發(fā)生。

3起火車輛復(fù)燃概率高

新能源汽車蓄電池被金屬殼保護，直接用水槍滅火比較困難，難以迅速且*底地撲滅火勢。即使表面的火焰被熄滅，內(nèi)部的熱反應(yīng)仍在進行，很容易導(dǎo)致電池再次著火。

4起火車輛撲救困難，專業(yè)技術(shù)要求高

鋰離子蓄電池內(nèi)部成分在高溫下會產(chǎn)生氧化物，即使在氧氣不足的情況下仍能持續(xù)燃燒，且其內(nèi)部的電芯外部由外殼材料包圍，滅火劑難以作用到電芯內(nèi)部。目前，救援隊伍內(nèi)部對于此類汽車火災(zāi)撲救多采用遠距離灑水、翻轉(zhuǎn)事故車輛、拆卸撬開電池包、長時間不間斷注水等滅火方式。相對于傳統(tǒng)汽車滅火，此類汽車火災(zāi)存在滅火效不佳、安全隱患更大、滅火時間更長等問題。

三、新能源汽車火災(zāi)常見撲救技戰(zhàn)術(shù)

在接到新能源汽車火災(zāi)報警時，事先的準備至關(guān)重要，包括進行詳盡的詢問、給出具體指導(dǎo)和確保正確的引導(dǎo)。當指揮*心接收到關(guān)于新能源汽車的火警信息時，應(yīng)立即獲取車輛的品牌和型號信息，并利用新能源汽車的數(shù)據(jù)資源，如服務(wù)手冊、救援指南等，查找必要的信息。這樣可以快速了解車輛的電池類型、電池容量、*大工作電壓和高壓電路的布局。同時，聯(lián)系當?shù)氐能囕v銷售商以獲得*新的車輛信息，并以此對趕往現(xiàn)場的救援隊伍進行簡要說明，特別強調(diào)個人安全保護的重要性。再次與報警人員聯(lián)系，給出明確的指導(dǎo)建議。例如，如果電池組已經(jīng)起火，通常的滅火器可能無法有效撲滅火勢，應(yīng)告知報警人停止嘗試滅火并指導(dǎo)其向下風(fēng)方向疏散，以保證人員安全。

在到達火災(zāi)現(xiàn)場后，緊急指揮人員*須立即了解關(guān)鍵情況，包括火源的具體位置、有無人員被困及其位置和受傷情況，要注意電池組單元損壞、起火、泄漏情況，還要留意車輛發(fā)動機區(qū)域、前蓋、門、行李廂等是否有任何特殊標志，以準確判定車輛類型。基于現(xiàn)場獲得的具體信息，進行科學(xué)且合理的應(yīng)急部署與行動計劃制定。

在遇到有人員被困情況下，優(yōu)先考慮人員安全與救助，盡力營救車內(nèi)被困者。若車門因故障無法開啟，應(yīng)采用多方位入手策略，如破碎車窗玻璃，并使用水槍產(chǎn)生水霧對抗火焰，以阻止火勢擴散，贏得救援時間。同時可應(yīng)用液壓擴張器、切割器、千斤頂、消防斧等救援工具，以破拆車頂或拆卸車門等手段進行救援。在執(zhí)行車體破拆作業(yè)時，使用霧化水流進行噴灑，減少火花產(chǎn)生。

考慮到新能源汽車火災(zāi)特殊風(fēng)險屬性，在當前消防技術(shù)條件下，優(yōu)先考慮的是人員救援，目標是確保人員安全、阻止火勢進一步發(fā)展并盡可能減少損失。基于火災(zāi)發(fā)生的具體位置與現(xiàn)場主要任務(wù)，應(yīng)有選擇性地決定采取何種滅火及救援策略，具體的方法如下：①降溫冷卻方法。在沒有起火的情況下，可以采用傳統(tǒng)車輛火災(zāi)處置的方式來撲滅汽車的火災(zāi)。當蓄電池著火時，需采用出水降溫冷卻的方法。②覆蓋隔離法。當新能源汽車火災(zāi)處于發(fā)展及*面燃燒階段時，在確保車內(nèi)無人員被困的情況下，可利用超大型滅火毯對車輛進行覆蓋，覆蓋前應(yīng)將車輛內(nèi)飾與外圍的明火打滅，利用窒息滅火原理，快速撲滅明火，此方法能有效控制消滅車輛可燃物明火，但對阻止蓄電池組的熱失控沒有任何作用。③圍擋浸泡法。當新能源汽車處于燃燒、電池包熱失控?zé)o法控制階段時。在無被困人員的前提下，救援人員需在水槍的掩護和滅火毯覆蓋法相配合的情況下，在現(xiàn)場組裝圍擋設(shè)備擋板，將著火車輛包圍，然后對圍擋內(nèi)部進行灌水操作，冷卻車輛底盤及電池包，達到撲滅火勢目的。此方法能有效控制電池包熱失控，起到*面降溫效果，防止車輛復(fù)燃。④快速轉(zhuǎn)移法。當火災(zāi)發(fā)生在如停車場、地下車庫等對周圍有較大影響且現(xiàn)場不可控時，救援人員需利用水槍從著火車輛后方兩側(cè)抵近滅火，控制外圍火勢。然后利用滅火毯對事故車進行覆蓋，控制火勢和煙氣擴散，同時保護救援人員免受毒煙、漏電、爆炸、噴射火傷害。在現(xiàn)場指揮員、安全員和專業(yè)技術(shù)人員的監(jiān)督下，采用邊揭毯、邊牽引、邊冷卻的方式，協(xié)力將著火車輛牽引至空曠安全地帶進行處置。也可借鑒森林草原火災(zāi)處置措施中“防火隔離帶"思路，選用托底式搬運機器人和拖輪式搬運機器人對事故車輛的毗鄰車輛進行快速轉(zhuǎn)移，對著火車輛進行孤立處置。

四、針對新能源車輛的消防處理流程與方法

1現(xiàn)場風(fēng)險評估

指揮員和安全員在做好個人防護的前提下，攜帶紅外熱成像儀，測溫儀、漏電探測器、絕緣斷線鉗、可燃氣體檢測器、有毒氣體檢測器、佩戴電絕緣手套等器材至著火車輛附近，對汽車進行危險評價，并切斷車輛電源。

2現(xiàn)場安全管控

指揮員要根據(jù)事故嚴重性來確定警戒區(qū)域、安全區(qū)。需負責(zé)組織救援人員疏散旁觀者，與交通管理部門合作，確保周邊交通的順暢，將事故現(xiàn)場分為多個專門區(qū)域，包括火災(zāi)撲救區(qū)域、設(shè)備替換區(qū)、傷員轉(zhuǎn)移及待命區(qū)域。對于特別嚴重情況，還需要設(shè)立臨時指揮*心、人員集結(jié)點、物資補給區(qū)。

現(xiàn)場外圍安全員需協(xié)同公安、交通等部門，對事故警戒范圍進行嚴格封控，在距離事故現(xiàn)場不小于50m處進行警戒，高速公路距離則增加到150m，如遇到特殊天氣，可適當擴大警戒范圍，火場安全員需對進入火災(zāi)撲救區(qū)人員的安全防護情況進行詳細檢查并做好登記，

每10min提醒內(nèi)攻人員內(nèi)攻時間和注意氣瓶余量。應(yīng)當成立偵察小組，在現(xiàn)場持續(xù)使用可燃氣體探測器進行監(jiān)測，根據(jù)情況適時更改安全警戒線。指揮員需攜帶溫度測量工具，實時監(jiān)控事故車輛的電池溫度，并據(jù)此調(diào)整警戒區(qū)域的范圍。

3安全防護

安全防護關(guān)系到消防人員的生命安全，也是消防安全工作順利完成的保障。消防指戰(zhàn)員需要根據(jù)現(xiàn)場實際狀況采取個人防護措施，包括穿戴完整滅火、救援防護服。接近著火車輛的工作人員應(yīng)立即裝備空氣呼吸器，并正確穿戴絕緣手套、絕緣靴等防護裝備。

4處置流程

在進行破拆、撲滅火勢和救援工作，要遵循“救人*一，科學(xué)施救"的原則，如果條件許可，應(yīng)盡快切斷車輛電源，并把車鑰匙放入信號屏蔽袋中或置于車輛10m外的位置。但是，還要針對不同的情況進行處置，具體內(nèi)容如下：

針對電池?zé)崾Э亍④囕v未出現(xiàn)明火的情況。在降溫冷卻組的掩護下，滅火組使用汽車底盤便攜式滅火裝具對車輛底盤處裸露燃燒的電池進行射水冷卻。與此同時，其他人員預(yù)組裝圍擋，如果蓄電池的冷卻效果不佳，現(xiàn)場火勢有進一步擴散的趨勢時，在水槍掩護下在事故車輛四周迅速搭建圍擋，采取射水注水或直接注水法，向圍擋內(nèi)注水淹沒電池包，持續(xù)降溫冷卻至電池包溫度降至安全范圍。

針對車輛車廂內(nèi)已起火、車輛進入*面燃燒階段的情況。在射水降溫冷卻組水槍手的掩護下，滅火組需使用大號滅火毯，對事故車輛進行*面覆蓋。在可靠近起火車輛情況下，射水降溫冷卻組配合破拆小組破拆車窗，插入水槍進行注水滅火，達到撲滅車廂內(nèi)明火、冷卻整車目的。滅火組其余人員預(yù)搭建圍擋，當電池冷卻效果不理想、火勢有進一步擴大蔓延趨勢時，在水槍掩護下在事故車輛四周迅速搭建圍擋，采取射水注水或直接注水法，向圍擋內(nèi)注水淹沒電池包，持續(xù)冷卻直至電池包溫度降至安全范圍。

注意，以上處置流程需車內(nèi)無人員被困的情況下實施。

5注意事項

新能源汽車火災(zāi)處置還有一些事項要注意，具體如下：

*一，嚴禁在情況不明、未做好個人防護的情況下，盲目翻轉(zhuǎn)車輛；嚴禁對帶有鮮艷橙色標記的高壓線路系統(tǒng)進行剪、切和拆卸，以免導(dǎo)致高壓系統(tǒng)與外部絕緣發(fā)生故障，導(dǎo)致觸電事故發(fā)生。

*二，在處置過程中，*須嚴格佩戴個人安全防護措施，近距離操作人員*須做好防觸電保護及全包裹式防護，嚴防觸電、電池電解液噴濺、熱失控高溫可燃氣體噴射、爆炸等傷害。

*三，指揮員和安全員需持續(xù)監(jiān)控著火車輛的狀態(tài)，利用熱成像相機監(jiān)測電池部位的溫度。如果發(fā)現(xiàn)電池溫度突然升高或有大量煙霧釋放，*須立即發(fā)出撤退信號，并指導(dǎo)人員撤到安全區(qū)。

五、安科瑞智慧消防云平臺

1平臺概述

安科瑞智慧消防云平臺依托物聯(lián)網(wǎng)、云計算、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、AI等技術(shù)，對充電站配電系統(tǒng)的運行、電能消耗、電能質(zhì)量、充電安全和行為安全進行實時監(jiān)控和預(yù)警，為充電站的可靠、安全、經(jīng)濟運行提供保障，并及時切除安全隱患、避免電氣火災(zāi)發(fā)生，從而保障人員的生命財產(chǎn)安全，打造“安全、*效、舒適、綠色"的“人—車—樁—電網(wǎng)—互聯(lián)網(wǎng)—多種增值業(yè)務(wù)"的智慧充電站，提升充電站的社會和經(jīng)濟價值。

2適用場合

可廣泛應(yīng)用于醫(yī)院、學(xué)校、酒店、體育場等公共建筑；商業(yè)廣場、產(chǎn)業(yè)園等綜合園區(qū)；企業(yè)、住宅小區(qū)等場所。

3組網(wǎng)架構(gòu)

平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)，主要由終端感知設(shè)備、邊緣計算網(wǎng)關(guān)和能效管理平臺層三個部分組成，詳細拓撲結(jié)構(gòu)如下：

4參考選型

5相關(guān)產(chǎn)品介紹

5.1 7KW交流充電樁AEV-AC007D

產(chǎn)品功能

（1）智能監(jiān)測：充電樁智能控制器對充電樁具備測量、控制與保護的功能，如運行狀態(tài)監(jiān)測、故障狀態(tài)監(jiān)測、充電計量與計費以及充電過程的聯(lián)動控制等。

（2）智能計量：輸出配置智能電能表，進行充電計量，具備完善的通信功能，可將計量信息通過RS485分別上傳給充電樁智能控制器和網(wǎng)絡(luò)運營平臺。

（3）云平臺：具備連接云平臺的功能，可以實現(xiàn)實時監(jiān)控，財務(wù)報表分析等等。

（4）保護功能：具備防雷保護、過載保護、短路保護，漏電保護和接地保護等功能。

（5）材質(zhì)可靠：保證長期使用并抵御復(fù)雜天氣環(huán)境。

（6）適配車型：滿足國標充電接口，適配所有符合GB/T 20234.2-2015國標的電動汽車，適應(yīng)不同車型的不同功率。

（7）資產(chǎn)安全：產(chǎn)品全部由中國平安保險承保，充分保障設(shè)備、車輛、人員的安全。

5.2 直流充電樁系列

5.3電氣火災(zāi)探測器ARCM300-Z

5.4限流式保護器ASCP200

產(chǎn)品功能：

（1）短路保護：保護器實時監(jiān)測用電線路電流，當線路發(fā)生短路故障時，能在150微秒內(nèi)實現(xiàn)快速限流保護，并發(fā)出聲光報警信號；

（2）過載保護：當線路電流過載且持續(xù)時間超過動作時間（3~60秒可設(shè)）時，保護器啟動限流保護，并發(fā)出聲光報警信號；

（3）表內(nèi)超溫保護：當保護器內(nèi)部器件工作溫度過高時，保護器實施超溫限流保護，并發(fā)出聲光報警信號；

（4）組網(wǎng)通訊：保護器具有1路RS485接口，可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

6平臺功能

6.1 登錄

6.2首頁

平臺首頁顯示充電站的位置及在線情況，統(tǒng)計充電站的充電數(shù)據(jù)

6.3實時監(jiān)控

（1）充電站監(jiān)控

可以按站點名稱進行篩選，顯示站點詳情、充電槍列表、統(tǒng)計訂單信息、故障記錄，點擊某個充電槍編號后在進入充電槍監(jiān)控頁面實時監(jiān)測變壓器負荷（搭配ACM300T、ADW300），當負荷超過50%時，系統(tǒng)會限制新增開始充電的充電樁的功率，降為50%，當變壓器負荷超過80%時，系統(tǒng)將不允許新增充電樁開始充電，直到負荷下降為止。如圖所示：

統(tǒng)計當前充電站各充電樁回路的數(shù)據(jù)；通過卡片的形式展現(xiàn)充電樁的數(shù)據(jù)；顯示故障列表；如圖所示：

（2）充電樁監(jiān)控

顯示充電樁充電數(shù)據(jù)；顯示各回路的充電狀態(tài)；可以對充電中的回路進行手動終止；顯示訂單信息、故障信息；如圖所示：

（3）設(shè)備監(jiān)控

顯示限流式保護器的狀態(tài)，包括線路中的剩余電流、溫度及異常報警，如圖所示：

6.4 故障管理

（1）故障查詢

故障查詢中記錄了登錄用戶相關(guān)聯(lián)的所有故障信息。如圖所示：

（2）故障派發(fā)

故障派發(fā)中記錄了當前待派發(fā)的故障信息。如圖所示：

（3）故障處理

故障處理中記錄了當前待處理的故障信息。如圖所示：

6.5能耗分析

在能耗分析中，可查看*定時段關(guān)聯(lián)站點和關(guān)聯(lián)樁的能耗信息并顯示對應(yīng)的能耗趨勢圖。如圖所示：

6.6故障分析

在故障分析中，可查看相關(guān)時間內(nèi)的故障數(shù)、故障狀態(tài)、故障類型、趨勢分析以及故障列表。如圖所示：

6.7財務(wù)報表

在財務(wù)報表中，可根據(jù)時間查看關(guān)聯(lián)站點的財務(wù)數(shù)據(jù)。如圖所示：

6.8收益查詢

在收益查詢中，可查看總的收益統(tǒng)計、收益變化曲線圖、支付占比餅圖以及實際收益報表。如圖所示：

7案例實景

參考文獻

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