电动汽车火灾特性及灭火技术分析

摘要：本文主要电动汽车锂电池发生火灾的特点和灭火技术进行深入分析，并从电动汽车的结构和火灾危害性为基准，结合实际情况，研究所采用灭火措施的有效性。在实际灭火措施中，要做好判断电动汽车的标识、划出安全灭火区域，并做好相关的防护和防触电保护等措施，以此来提高电动汽车锂电池的灭火技术，促进电动汽车行业的可持续发展。

关键词：新能源汽车；火灾危险性

通过对现阶段我国纯电动汽车的销售情况分析，可知目前销售量约为56万辆，截止2018年五年所销售的新型能源汽车数量为25.6万辆，并且该年的新能源汽车产量达到50.4万辆。随着我国经济实力的提升，我国越来越重视节能环保政策，而新能源汽车作为节能环保汽车的代表，具有良好的发展前景，但是在实际应用，以锂电池作为能源的电动汽车，在进行灭火处理时，容易出现中毒、触电或烧伤等危害，因此需要重视电动汽车锂电池的灭火技术，从而降低事故出现的概率。

1电动汽车火灾特点与灭火危险性

1.1火势蔓延迅速，燃烧温度高。当电动汽车锂电池出现热失控问题后，一般在燃烧过程中释放大量的易燃气体，导致火势蔓延迅速，提高燃烧温度。例如，在2015年12月8日，在江苏省如皋市，一辆电动汽车在正常行驶过程中突然出现明火，并且火势非常迅速扩大，导致车内一名乘坐人遇难。在2016年3月14日，江西抚州某地，一辆电动汽车与汽车相撞，出现起火情况，导致驾驶员在车内遇难。通过分析以往电动汽车锂电池出现火灾的情况，可知锂电池在燃烧过程中，所向外喷射的最远距离能够达到6m，并且还伴随着大量的喷射物向火焰周围散射；通过实际测试锂电池内部燃烧温度，其能够最高达到926℃，远远超过普通汽油燃烧时389℃温度。因此当锂电池电动汽车出现失火情况后，不采取对应的措施，容易对周边环境造成严重的影响，尤其是在燃烧过程中，锂金属遇到水源就会出现爆炸情况，而一般情况下，在出现锂电池火灾后，往往都会有水源在火灾周边，因此会造成较大的安全事故。1.2中毒、爆炸危险。在化学表中，锂金属属于较为活泼的金属，当其暴露在空气中时，容易与空气中的氧气迅速反应，产生距离的效果，例如，爆炸和燃烧。锂电池在燃烧过程中，还会与空气中的氧气等气体进行氧化，生成甲苯、苯乙烯、一氧化碳和氟化氢等气体，这些气体都具有不同程度的毒性，如果长期待在这种环境下，容易出现中毒或窒息的问题，严重威胁被困人员和救援人员的生命安全。由于锂电池要为电动车提供动力，因此其内部系统具有较大的直流电和交流电，远远超过人体所能承受的最高电压，当其出现漏电情况后，被困人员如果误触，易出现触电伤亡情况。例如，在2015年7月22日在福建省厦门市出现锂电池电动汽车火灾问题，电动车内部的锂电池组出现爆裂和击穿痕迹，通过分析燃烧物质和过程，得知在燃烧过程中，出现过剧烈的爆炸情况，并且其含有的大电压出现电弧击穿情况，将车体击穿，因此当锂电池电动汽车出现火灾情况后，易出现爆炸、击穿和熔融问题。1.3灭火技术要求高，持续时间长。由于锂电池电动汽车燃烧过程时间较长，因此在处理火灾时，应当采取新型的灭火技术，才能有效解决电动汽车锂电池火灾。例如，某地消防中在对锂电池电动汽车进行处理火灾时，需要采用耐高压的绝缘剪才能剪断锂电池内部线路，当发生火灾时，锂电池内部会出现短路瞬间产生2000℃以上温度，会将绝缘剪的剪头进行融化，因此需要不能采用常规灭火器具。在2017年1月15日，天津某地出现电动汽车火灾情况，当地消防部门立即触动，但是在施工过程中已经解决明火，随着一段时间后，出现二次起火现象，而当时所采用的的灭火技术并不成熟，因此在救援过程中，不能进行全方位的考虑，容易留下安全隐患。[3]

2电动汽车主要结构及火灾危险性

2.1电动汽车的主要结构。为了提高电动汽车锂电池灭火技术，首先要充分的掌握电动汽车的主体结构，才能够根据实际情况，制定合理的灭火方案。锂电池电动汽车主要由电力驱动系统、电源控制系统和辅助系统构成，在实际运行过程中，需要各系统的相互结合，才能保证电动汽车的稳定运行。（1）锂电池电动汽车的电源系统主要由锂电池组、能源管理系统和充电机构成，其主要起到的作用是向电动车的发动机提供能源，使其能够进行工作，并且其还能检测电源运行情况和控制充电时间。锂电池电动汽车还需要安装蓄电池，主要将低压电源通过串并联的方式来为锂电池组提供充电标准。（2）锂电池电动汽车电力驱动系统是由功率转换器、车轮、内部发动机等模块构成，其能够将存储在锂电池组内部的能源通过转换器将其转换为动能，并将电动汽车制动时所产生的动能重新转换为电能，并将其存入锂电池组内，节约部分能源。（3）锂电池电动汽车的辅助系统主要是由导航系统、空调器等基础模块构成，其能够提高电动汽车的操作便利性和舒适感。2.2锂电池主要结构及火灾危险性。通过分析现阶段能源汽车的占有率，可知目前市场上80%以上的电动汽车的动力源为锂电池，而现阶段锂电池主要有磷酸铁锂电池及三元锂电池构成。在实际应用中，磷酸铁锂电池对比于三元锂电池其所能储存的电能较低，但是其热稳定性比三元锂电池好，因此被广泛的应用于电动汽车中，针对这种情况，灭火技术应当将磷酸铁锂电池作为主要研究目的。（1）锂电池的基础结构。锂电池主要由四部分构成，分别为正极、负极、电解液和隔膜。通常情况下，正极材料使用锂化合物；负极主要采用锂—碳层间化合物；电解液主要采用锂化合物的有机溶液，溶剂为碳酸丙烯酯、甲乙基碳酸酯等溶液按照规定的标准混合得到；隔膜材料为PP或PE。（2）锂电池火灾危险性。在实际运行过程中，如果电动汽车出现锂电池火灾情况，其会出现放热连锁反应，并且会促进锂电池内部反应向正反应进行，持续增加温度，严重时容易出现爆炸情况。2.3锂电池火灾扑救技术。2.3.1灭火药剂。通过实际分析我国现阶段使用灭火剂使用种类可知，主要有氢氟碳类灭火剂（如七氟丙烷）、干粉灭火剂、热气溶胶灭火剂、惰性气体灭火剂、细水雾灭火剂等，另外，在一些较为特殊的场所还应用新型的灭火剂，但是新型灭火剂还处在研发过程中，难以保证灭火效果，因此没有进行大规模推广和使用，例如Novec1230等新型灭火剂。由于新能源汽车起步较晚，对于锂电池火灾的处理经验较少，并没有制定专门的灭火剂扑灭锂电池火灾效能的专门标准和规范。通常情况下，在出现锂电池起火问题后，会就近选择灭火器进行灭火。而在处理锂电池火灾问题时，要根据起火环境因素、喷射残留情况、灭火效果和药剂使用情况等选择合适的灭火剂。在实际应用中，还需要综合性的考虑锂电池起火的具体环境，如果起火环境为较为开放的区域时，要尽可能避免使用气体灭火剂，以免对周边生态环境造成不可逆转的损伤。除此之外，在锂电池起火过程中，会随着时间的增加而增加燃烧强度，因此要检测锂电池灭火浓度，要根据监测数据来选择惰性较大的灭火剂，保证锂电池灭火效果。2.3.2灭火原则。一般情况下，锂电池火灾主要出现的原因是电池内部突发性出现热量增加导致热失控问题，如果没有预防措施，热失控会一直向着正反应进行，并且其属于不可逆的氧化还原反应，当发生锂电池火灾情况后，将外部明火扑灭后，热失控反应还在持续的反应中，进而大大增加锂电池火灾复燃的概率，造成严重的后果。针对这种情况，应当制定严格控制热失控反应的灭火原则，在实际灭火过程中，需要做好以下三种措施，（1）要将锂电池火灾周围的明火进行扑灭，以此来控制火灾蔓延速度；（2）要减缓热失控正反应速率，缓解锂电池内部资源的消耗，使其能够按照正常反应速率进行释放，避免积累大量的热量；（3）要持续降低锂电池外部温度。在热失控反应过程中，高温是促进正反应速率增大的关键因素，因此需要向锂电池外部进行持续的喷水，降低热失控反应效率，从而起到灭火的效果。2.3.3灭火策略。通过对大量锂电池起火情况分析可知，现阶段锂电池起火形式主要有主动式喷射火形式和被动式预混气体火形式。主动式喷射火形式主要是以三元锂电池为代表，而被动式预混气体火形式主要以磷酸铁锂电池为代表。虽然起火形式不相同，但是在实际灭火过程中，都需要遵循的灭火策略。结合以上起火数据分析，能够得知在锂电池起火过程中，无论是哪种形式的起火形式，都是在刚出现火灾时火焰强度属于最强状态，而起火位置发生在密闭空间内，长时间的起火会增加空间内部气压，当其超过临界点后，会造成严重的爆炸问题。因此根据这种起火特点，制定“预先抑制—早期喷放”的灭火策略，在实际应用中，其能够先检测锂电池热失控初期情况，例如，出现异常气味、大量烟雾等，在这种情况下，应当锂电池喷放灭火剂，使其周围形成惰性环境，避免出现明火情况。而对于在开放环境下出现的锂电池起火情况，应当持续性的使用降温性灭火性对锂电池进行降温操作，并在有效的时间内，将未起火的锂电池与起火的电池进行分离，例如用大量的沙子进行覆盖等措施，以此来降低锂电池火灾影响范围。针对现阶段出现的多起锂电池火灾情况，我国制定了《电动汽车锂离子电池箱火灾防控装置性能要求和测试方法》。在该标准中明确规定锂电池电池箱火灾防控装置在外观与标志、故障报警、启动反馈、灭火性能等方面的防火措施，尤其是在灭火过程中，要重点考虑控制灭火时间、箱内温度、压力变化情况，并及时处理箱外出现明火的问题，从而提高锂电池灭火效果。

3锂电池电动汽车灭火救援措施

3.1警戒。当锂电池电动汽车熄火后，驾应当及时在车辆车轮处放置防滑器等固定装置，并将车辆的档位置于P档，采取紧急制动器，避免在后期救援过程中出现车辆滑动问题。消防人员应当利用先进的气体检测仪，对电动汽车周边的环境进行实时的检测，当其出现有毒性气体后，要采取防护措施。并采用测温仪器对事故电动车辆锂电池的位置检测，增加警戒范围，并疏散群众。对于电动车辆内部无人出现的自燃情况，消防人员可以在距离起火车辆约15m处进行灭火，确保消防人员的安全性。3.2防护。在电动汽车锂电池灭火过程中，需要做好消防人员的呼吸防护和防触电措施，首先在进入灭火现场时，要检查所佩戴空气呼吸器是否能够正常使用，并保证其内部的密闭性和供气时间符合救援标准。通常情况下，所佩戴的灭火或救援手套没有绝缘功能，因此要佩戴不低于1级标准的灭火设备。3.3断电。当锂电池电动车辆出现火灾情况时，第一时间要将电动车辆进行断电操作，才能进行灭火救援。（1）注意防触电。当车辆出现熄火后，锂电池供电系统会自动将内部电压进行切断，但是会有特殊情况发生，导致其没有及时切断高压供电线路，因此在灭火或破拆过程中不要直接触碰锂电池高压组件，避免出现击穿情况。针对这种情况，需要及时的测定电动车辆外表的电压情况，如果符合标准值，可以使用水源进行灭火。当锂电池接触到水源后，要采取相关的保护措施，在保证车内人员安全的情况下，再采取专业的灭火措施。（2）车体未变形时断电。这种情况下，需要将车内的电源控制线进行切断，并将锂电池控制系统中的保险丝进行拆除。当进行断电过程时，还需要将车辆钥匙进行屏蔽，并控制其与车辆保持至少10米以上的距离。（3）变形车辆断电。通过分析以往实际案例，可知消防人员能够将车辆进行翻转并卸除掉锂电池，解决火灾隐患。在生产锂电池电动汽车时，其电源控制线放置到后备箱内，因此在出现紧急情况后，要做好相应的绝缘保护措施，并对车辆进行按照实际位置进行切割，将电源线进行准确的切断。

4结论

综上所述，通过分析电动汽车锂电池火灾特性，应当重视火灾中出现的有毒气体、触电和爆炸等问题，并采取有效的灭火技术，进而解决电动汽车锂电池的火灾隐患，促进电动汽车的可持续发展。

参考文献

[1]邢志祥,刘敏,吴洁,杨亚苹.锂离子电池火灾危险性的研究现状分析[J].消防科学与技术,2019,38(06):880-884.

[2]刘敏,陈宾,张伟波,陈晓宇,蒋旭吟.电动汽车锂电池热失控发生诱因及抑制手段研究进展[J].时代汽车,2019(06):87-88.

[3]黄昊.车用三元锂电池典型诱导火灾抑制技术试验研究[A].中国消防协会.2018中国消防协会科学技术年会论文集[C].中国消防协会:中国消防协会,2018:4.

作者:刘子华 单位:宁德时代新能源科技股份有限公司