電動汽車鋰電池火災特性及滅火技術

文/劉子華

（寧德時代新能源科技股份有限公司 福建省寧德市 352110）

通過對現階段我國純電動汽車的銷售情況分析，可知目前銷售量約為56 萬輛，截止2018年五年所銷售的新型能源汽車數量為25.6 萬輛，并且該年的新能源汽車產量達到50.4 萬輛。隨著我國經濟實力的提升，我國越來越重視節能環保政策，而新能源汽車作為節能環保汽車的代表，具有良好的發展前景，但是在實際應用，以鋰電池作為能源的電動汽車，在進行滅火處理時，容易出現中毒、觸電或燒傷等危害，因此需要重視電動汽車鋰電池的滅火技術，從而降低事故出現的概率。

1 電動汽車火災特點與滅火危險性

1.1 火勢蔓延迅速，燃燒溫度高

當電動汽車鋰電池出現熱失控問題后，一般在燃燒過程中釋放大量的易燃氣體，導致火勢蔓延迅速，提高燃燒溫度。例如，在2015年12月8日，在江蘇省如皋市，一輛電動汽車在正常行駛過程中突然出現明火，并且火勢非常迅速擴大，導致車內一名乘坐人遇難。在2016年3月14日，江西撫州某地，一輛電動汽車與汽車相撞，出現起火情況，導致駕駛員在車內遇難。通過分析以往電動汽車鋰電池出現火災的情況，可知鋰電池在燃燒過程中，所向外噴射的最遠距離能夠達到6m，并且還伴隨著大量的噴射物向火焰周圍散射；通過實際測試鋰電池內部燃燒溫度，其能夠最高達到926℃，遠遠超過普通汽油燃燒時389℃溫度。因此當鋰電池電動汽車出現失火情況后，不采取對應的措施，容易對周邊環境造成嚴重的影響，尤其是在燃燒過程中，鋰金屬遇到水源就會出現爆炸情況，而一般情況下，在出現鋰電池火災后，往往都會有水源在火災周邊，因此會造成較大的安全事故。

1.2 中毒、爆炸危險

在化學表中，鋰金屬屬于較為活潑的金屬，當其暴露在空氣中時，容易與空氣中的氧氣迅速反應，產生距離的效果，例如，爆炸和燃燒。鋰電池在燃燒過程中，還會與空氣中的氧氣等氣體進行氧化，生成甲苯、苯乙烯、一氧化碳和氟化氫等氣體，這些氣體都具有不同程度的毒性，如果長期待在這種環境下，容易出現中毒或窒息的問題，嚴重威脅被困人員和救援人員的生命安全。由于鋰電池要為電動車提供動力，因此其內部系統具有較大的直流電和交流電，遠遠超過人體所能承受的最高電壓，當其出現漏電情況后，被困人員如果誤觸，易出現觸電傷亡情況。例如，在2015年 7月 22日在福建省廈門市出現鋰電池電動汽車火災問題，電動車內部的鋰電池組出現爆裂和擊穿痕跡，通過分析燃燒物質和過程，得知在燃燒過程中，出現過劇烈的爆炸情況，并且其含有的大電壓出現電弧擊穿情況，將車體擊穿，因此當鋰電池電動汽車出現火災情況后，易出現爆炸、擊穿和熔融問題。

1.3 滅火技術要求高，持續時間長

由于鋰電池電動汽車燃燒過程時間較長，因此在處理火災時，應當采取新型的滅火技術，才能有效解決電動汽車鋰電池火災。例如，某地消防中在對鋰電池電動汽車進行處理火災時，需要采用耐高壓的絕緣剪才能剪斷鋰電池內部線路，當發生火災時，鋰電池內部會出現短路瞬間產生2000℃以上溫度，會將絕緣剪的剪頭進行融化，因此需要不能采用常規滅火器具。在2017年 1月 15日，天津某地出現電動汽車火災情況，當地消防部門立即觸動，但是在施工過程中已經解決明火，隨著一段時間后，出現二次起火現象，而當時所采用的的滅火技術并不成熟，因此在救援過程中，不能進行全方位的考慮，容易留下安全隱患。[3]

2 電動汽車主要結構及火災危險性

2.1 電動汽車的主要結構

為了提高電動汽車鋰電池滅火技術，首先要充分的掌握電動汽車的主體結構，才能夠根據實際情況，制定合理的滅火方案。鋰電池電動汽車主要由電力驅動系統、電源控制系統和輔助系統構成，在實際運行過程中，需要各系統的相互結合，才能保證電動汽車的穩定運行。

（1）鋰電池電動汽車的電源系統主要由鋰電池組、能源管理系統和充電機構成，其主要起到的作用是向電動車的發動機提供能源，使其能夠進行工作，并且其還能檢測電源運行情況和控制充電時間。鋰電池電動汽車還需要安裝蓄電池，主要將低壓電源通過串并聯的方式來為鋰電池組提供充電標準。

（2）鋰電池電動汽車電力驅動系統是由功率轉換器、車輪、內部發動機等模塊構成，其能夠將存儲在鋰電池組內部的能源通過轉換器將其轉換為動能，并將電動汽車制動時所產生的動能重新轉換為電能，并將其存入鋰電池組內，節約部分能源。

（3）鋰電池電動汽車的輔助系統主要是由導航系統、空調器等基礎模塊構成，其能夠提高電動汽車的操作便利性和舒適感。

2.2 鋰電池主要結構及火災危險性

通過分析現階段能源汽車的占有率，可知目前市場上80%以上的電動汽車的動力源為鋰電池，而現階段鋰電池主要有磷酸鐵鋰電池及三元鋰電池構成。在實際應用中，磷酸鐵鋰電池對比于三元鋰電池其所能儲存的電能較低，但是其熱穩定性比三元鋰電池好，因此被廣泛的應用于電動汽車中，針對這種情況，滅火技術應當將磷酸鐵鋰電池作為主要研究目的。

（1）鋰電池的基礎結構。鋰電池主要由四部分構成，分別為正極、負極、電解 液和隔膜。通常情況下，正極材料使用鋰化合物；負極主要采用鋰—碳層間化合物；電解液主要采用鋰化合物的有機溶液，溶劑為碳酸丙烯酯、甲乙基碳酸酯等溶液按照規定的標準混合得到；隔膜材料為 PP 或 PE。

（2）鋰電池火災危險性。在實際運行過程中，如果電動汽車出現鋰電池火災情況，其會出現放熱連鎖反應，并且會促進鋰電池內部反應向正反應進行，持續增加溫度，嚴重時容易出現爆炸情況。

2.3 鋰電池火災撲救技術

2.3.1 滅火藥劑

通過實際分析我國現階段使用滅火劑使用種類可知，主要有氫氟碳類滅火劑（如七氟丙烷）、干粉滅火劑、熱氣溶膠滅火劑、 惰性氣體滅火劑、細水霧滅火劑等，另外，在一些較為特殊的場所還應用新型的滅火劑，但是新型滅火劑還處在研發過程中，難以保證滅火效果，因此沒有進行大規模推廣和使用，例如 Novec1230 等新型滅火劑。由于新能源汽車起步較晚，對于鋰電池火災的處理經驗較少，并沒有制定專門的滅火劑撲滅鋰電池火災效能的專門標準和規范。通常情況下，在出現鋰電池起火問題后，會就近選擇滅火器進行滅火。而在處理鋰電池火災問題時，要根據起火環境因素、噴射殘留情況、滅火效果和藥劑使用情況等選擇合適的滅火劑。在實際應用中，還需要綜合性的考慮鋰電池起火的具體環境，如果起火環境為較為開放的區域時，要盡可能避免使用氣體滅火劑，以免對周邊生態環境造成不可逆轉的損傷。除此之外，在鋰電池起火過程中，會隨著時間的增加而增加燃燒強度，因此要檢測鋰電池滅火濃度，要根據監測數據來選擇惰性較大的滅火劑，保證鋰電池滅火效果。

2.3.2 滅火原則

一般情況下，鋰電池火災主要出現的原因是電池內部突發性出現熱量增加導致熱失控問題，如果沒有預防措施，熱失控會一直向著正反應進行，并且其屬于不可逆的氧化還原反應，當發生鋰電池火災情況后，將外部明火撲滅后，熱失控反應還在持續的反應中，進而大大增加鋰電池火災復燃的概率，造成嚴重的后果。

針對這種情況，應當制定嚴格控制熱失控反應的滅火原則，在實際滅火過程中，需要做好以下三種措施，

（1）要將鋰電池火災周圍的明火進行撲滅，以此來控制火災蔓延速度；

（2）要減緩熱失控正反應速率，緩解鋰電池內部資源的消耗，使其能夠按照正常反應速率進行釋放，避免積累大量的熱量；

（3）要持續降低鋰電池外部溫度。在熱失控反應過程中，高溫是促進正反應速率增大的關鍵因素，因此需要向鋰電池外部進行持續的噴水，降低熱失控反應效率，從而起到滅火的效果。

2.3.3 滅火策略

通過對大量鋰電池起火情況分析可知，現階段鋰電池起火形式主要有主動式噴射火形式和被動式預混氣體火形式。主動式噴射火形式主要是以三元鋰電池為代表，而被動式預混氣體火形式主要以磷酸鐵鋰電池為代表。雖然起火形式不相同，但是在實際滅火過程中，都需要遵循的滅火策略。結合以上起火數據分析，能夠得知在鋰電池起火過程中，無論是哪種形式的起火形式，都是在剛出現火災時火焰強度屬于最強狀態，而起火位置發生在密閉空間內，長時間的起火會增加空間內部氣壓，當其超過臨界點后，會造成嚴重的爆炸問題。因此根據這種起火特點，制定“預先抑制—早期噴放”的滅火策略，在實際應用中，其能夠先檢測鋰電池熱失控初期情況，例如，出現異常氣味、大量煙霧等，在這種情況下，應當鋰電池噴放滅火劑，使其周圍形成惰性環境，避免出現明火情況。而對于在開放環境下出現的鋰電池起火情況，應當持續性的使用降溫性滅火性對鋰電池進行降溫操作，并在有效的時間內，將未起火的鋰電池與起火的電池進行分離，例如用大量的沙子進行覆蓋等措施，以此來降低鋰電池火災影響范圍。針對現階段出現的多起鋰電池火災情況，我國制定了《電動汽車鋰離子電池箱火災防 控裝置性能要求和測試方法》。在該標準中明確規定鋰電池電池箱火災防控裝置在外觀與標志、故 障報警、啟動反饋、滅火性能等方面的防火措施，尤其是在滅火過程中，要重點考慮控制滅火時間、箱內溫度、壓力變化情況，并及時處理箱外出現明火的問題，從而提高鋰電池滅火效果。

3 鋰電池電動汽車滅火救援措施

3.1 警戒

當鋰電池電動汽車熄火后，駕應當及時在車輛車輪處放置防滑器等固定裝置，并將車輛的檔位置于P 檔，采取緊急制動器，避免在后期救援過程中出現車輛滑動問題。消防人員應當利用先進的氣體檢測儀，對電動汽車周邊的環境進行實時的檢測，當其出現有毒性氣體后，要采取防護措施。并采用測溫儀器對事故電動車輛鋰電池的位置檢測，增加警戒范圍，并疏散群眾。對于電動車輛內部無人出現的自燃情況，消防人員可以在距離起火車輛約15m 處進行滅火，確保消防人員的安全性。

3.2 防護

在電動汽車鋰電池滅火過程中，需要做好消防人員的呼吸防護和防觸電措施，首先在進入滅火現場時，要檢查所佩戴空氣呼吸器是否能夠正常使用，并保證其內部的密閉性和供氣時間符合救援標準。通常情況下，所佩戴的滅火或救援手套沒有絕緣功能，因此要佩戴不低于1 級標準的滅火設備。

3.3 斷電

當鋰電池電動車輛出現火災情況時，第一時間要將電動車輛進行斷電操作，才能進行滅火救援。

（1）注意防觸電。當車輛出現熄火后，鋰電池供電系統會自動將內部電壓進行切斷，但是會有特殊情況發生，導致其沒有及時切斷高壓供電線路，因此在滅火或破拆過程中不要直接觸碰鋰電池高壓組件，避免出現擊穿情況。針對這種情況，需要及時的測定電動車輛外表的電壓情況，如果符合標準值，可以使用水源進行滅火。當鋰電池接觸到水源后，要采取相關的保護措施，在保證車內人員安全的情況下，再采取專業的滅火措施。

（2）車體未變形時斷電。這種情況下，需要將車內的電源控制線進行切斷，并將鋰電池控制系統中的保險絲進行拆除。當進行斷電過程時，還需要將車輛鑰匙進行屏蔽，并控制其與車輛保持至少10 米以上的距離。

（3）變形車輛斷電。通過分析以往實際案例，可知消防人員能夠將車輛進行翻轉并卸除掉鋰電池，解決火災隱患。在生產鋰電池電動汽車時，其電源控制線放置到后備箱內，因此在出現緊急情況后，要做好相應的絕緣保護措施，并對車輛進行按照實際位置進行切割，將電源線進行準確的切斷。

4 結論

綜上所述，通過分析電動汽車鋰電池火災特性，應當重視火災中出現的有毒氣體、觸電和爆炸等問題，并采取有效的滅火技術，進而解決電動汽車鋰電池的火災隱患，促進電動汽車的可持續發展。