電動汽車火災撲救的作戰(zhàn)安全探究

■ 徐升智 廣西消防救援總隊柳州市支隊柳北區(qū)大隊

根據(jù)相關(guān)部門預測，我國“十四五”期間，新能源汽車產(chǎn)銷規(guī)模將突破千萬輛大關(guān)，而新能源汽車的崛起，為我國“雙碳”目標的落實起到了巨大的推動作用。然而，電動汽車火災問題始終是電動汽車為人詬病的弊端，大量電動汽車火災給人民群眾的生命財產(chǎn)造成巨大威脅，也給消防部門的滅火工作帶來巨大壓力。因此，進行電動汽車火災撲救的作戰(zhàn)安全研究是有效促進消防救援人員作戰(zhàn)安全，提升消防救援機構(gòu)面對電動汽車火災的處理能力，降低電動汽車火災危害的關(guān)鍵舉措。

一、電動汽車的行業(yè)發(fā)展概況

自2020 年開始，隨著社會公眾對電動汽車的了解以及國家政策的推動，電動汽車的銷量開始快速增長。相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2021 年全年電動車售出288.32 萬輛，占整個乘用車銷售市場的13.88%。同時，國務院下達2030 年完成市場40%占有率的銷售目標。

盡管電動汽車銷量的增高極大限度推進了我國節(jié)能減排、“雙碳”目標落實的進程，但頻繁發(fā)生的電動車火災問題也深受廣大社會公眾的關(guān)注，“自燃”成了電動汽車逃不開的話題。近期，國家應急管理部門面向社會公布新能源汽車著火數(shù)據(jù)，2022 年第一季度，電動汽車領(lǐng)域便發(fā)生了640 起自燃事故，對比2021 年同期上升32%，平均每天有7 起電動車火災發(fā)生，超出交通工具火災8.8% 的平均增幅。整個2021 年，我國新能源汽車火災累積發(fā)生數(shù)量接近3000 起，相比傳統(tǒng)燃油汽車，電動汽車有著更高的火災風險指數(shù)。

二、電動汽車的普遍結(jié)構(gòu)、原理

電動汽車的結(jié)構(gòu)包含電機驅(qū)動控制系統(tǒng)、車輛控制器以及輔助系統(tǒng)三大模塊。其中電機驅(qū)動控制系統(tǒng)為電動汽車核心結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)包含電動機驅(qū)動系統(tǒng)、機械傳動機構(gòu)。電動機驅(qū)動系統(tǒng)包含電動機、控制器、功率轉(zhuǎn)換器、監(jiān)測傳感器以及電源。電池系統(tǒng)采取先并聯(lián)后串聯(lián)組合形式，同時包括溫度傳感器、高壓控制互鎖以及電壓檢測功能模塊[1]。

三、電動汽車火災特點與火災危險性

（一）火災特點

電動汽車火災的第一特點為空間狹小、逃生困難。電動汽車車輛內(nèi)部空間十分狹小，一旦發(fā)生火災，留給駕駛員與乘客的反應時間十分有限，并且當電動汽車并非自燃而是車輛撞擊事故導致火災，該情況下往往車體嚴重變形，為人員逃生帶來極大阻礙。第二特點在于火災撲救難度大。電動汽車發(fā)生火災期間，動力電池電芯會有外殼材料包裹，消防中心救火人員很難第一時間發(fā)現(xiàn)起火點，且各種滅火藥劑很難第一時間作用至電池電芯。同時，電池內(nèi)部分成分在高溫環(huán)境下會產(chǎn)生氯化物，成為火災撲滅后復燃的重要因素，為火災撲救帶來巨大困難。

（二）危險性

電動汽車火災除了高溫與濃煙危害之外，同樣存在中毒危險與觸電危險。電動汽車全身纏繞大量電纜，其電壓通常在300V 至400V 之間，遠遠高出人體可承受最大電壓安全值。一旦發(fā)生火災極易導致車輛內(nèi)人員出現(xiàn)觸電情況。同時，在電池失控時，所產(chǎn)生的氣體包括烷烴、一氧化碳、烯烴、電解液蒸汽，這些物質(zhì)存在不同程度的毒性，若逃離不及時可能導致車內(nèi)人員出現(xiàn)中毒反應[2]。

四、電動汽車滅火危險性與作戰(zhàn)安全要點

（一）滅火危險性

消防救援機構(gòu)到達電動汽車火災現(xiàn)場開展滅火作戰(zhàn)階段，首先需要面對與火災期間電動汽車內(nèi)乘客相同的高溫危險性、濃煙危險性、觸電危險性以及中毒危險性。其次，消防救援隊伍需要面對電解液飛濺帶來的危險性?；馂钠陂g，電池電解液會參與電池內(nèi)部反應，電解液屬于強酸性、強堿性物質(zhì)，具有極強腐蝕性與揮發(fā)性。汽車運行期間電池溫度可達到500℃，電解液會迅速溶解，消防救援期間一旦出現(xiàn)電解液泄露、飛濺，將會嚴重濺傷消防人員以及火災現(xiàn)場待解救人員。最后，電動汽車滅火階段，消防中心救火人員需要面臨較大的電池爆炸危險。電動汽車電池結(jié)構(gòu)如同十分密閉的壓力容器，倘若電池出現(xiàn)違反操作規(guī)程或是被外力強烈撞擊，電池的壓力將會瞬間超出安全極限而產(chǎn)生爆炸。在燃燒或是爆炸的電池快危及整個電池組情況下，將產(chǎn)生更大規(guī)模爆炸。此外，倘若電動汽車燃燒階段，電池受熱溫度過高，副反應被處罰，電池無法有效散發(fā)熱量，熱失控狀態(tài)將加劇，可能引發(fā)更大的爆炸。

（二）作戰(zhàn)安全要點

消防救援機構(gòu)開展電動汽車火災滅火救援作戰(zhàn)期間，作戰(zhàn)安全要點第一在于合理設置警戒區(qū)域，實現(xiàn)現(xiàn)場無關(guān)人員、車輛與危險區(qū)域的有效隔離。第二在于合理設置陣地與安全員，從而充分掌握火災現(xiàn)場實時情況，助力火災撲滅與救援工作。第三在于選擇合理的滅火藥劑，最大化發(fā)揮滅火功能，快速撲滅火情并降低風險。第四在于嚴格遵循電動汽車滅火原則。第五在于制定合理的滅火策略，需確保滅火策略符合電動汽車火災現(xiàn)場實際情況。第六在于有效調(diào)集社會力量，創(chuàng)造良好滅火與救援作戰(zhàn)環(huán)境[3]。

五、電動汽車火災撲救的作戰(zhàn)安全戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法

（一）科學設置警戒區(qū)域

在消防救援機構(gòu)首批救援隊伍到達電動汽車火災現(xiàn)場后，首先，需及時規(guī)劃警戒區(qū)域，快速將無關(guān)人員隔離至警戒區(qū)外部，針對來往人員采取嚴格的檢查制度，同時做好登記工作。其次，消防救援機構(gòu)應將警戒氛圍劃分為1、2、3、4 四個區(qū)域，1 區(qū)表示電動汽車火災發(fā)生嚴重區(qū)域以及在發(fā)生爆炸情況期間可能波及的區(qū)域。2 區(qū)為一旦發(fā)生爆炸將會波及、但是危害相對較小的區(qū)域。3 區(qū)表示會受電動汽車鋰電池火災蔓延影響的區(qū)域。4 區(qū)為安全區(qū)域。最后，首批到達電動汽車火災現(xiàn)場的消防救援機構(gòu)及時向知情人士詢問現(xiàn)場是否存在被困人員，并了解電動汽車鋰電池存放等具體情況，對火災現(xiàn)場非消防救援人員進行疏散，安排偵查人員自3區(qū)開始，逐步深入面向火場進行偵查，且水槍陣地同樣由3 區(qū)開始逐漸推進。對于火災現(xiàn)場的處置，應在電動汽車相關(guān)專業(yè)人員指導下進行。

（二）合理設置陣地與安全員

消防救援機構(gòu)在電動汽車火災現(xiàn)場需要在專家、專業(yè)人員配合、指導之下，結(jié)合電動汽車火災現(xiàn)場實際情況，基于之前劃分的1 區(qū)、2 區(qū)、3 區(qū)、4 區(qū)來確定陣地設置，有序開展滅火人員分工，合理安排3 區(qū)水槍陣地推進速度，規(guī)避突發(fā)性爆炸帶來的傷害。同時，一般來講電動汽車鋰電池內(nèi)部短路以及電池組過熱是電動汽車火災主要引發(fā)原因，通常在著火爆炸之前會產(chǎn)生大量煙塵與熱量。消防救援機構(gòu)應在電動汽車火災現(xiàn)場四周設立安全員，密切觀察火場煙塵與熱量釋放情況。且內(nèi)攻人員需要攜帶可燃氣體監(jiān)測儀器、測溫儀器，隨時實現(xiàn)爆炸危險的監(jiān)控。

（三）滅火藥劑

當下我國廣泛應用的滅火藥劑包括氫氟碳滅火劑、細水霧滅火劑、熱氣溶膠滅火劑、干粉滅火劑、惰性氣體滅火劑等一系列新型滅火藥劑。然而，目前我國并未針對電動汽車火災從事滅火劑效能測試與方法檢測。因此，滅火劑選擇階段必須充分參考現(xiàn)場實際環(huán)境、消防救援機構(gòu)滅火經(jīng)驗，并深度分析誤噴危害、滅火濃度、噴射殘留以及藥劑用量，且一并關(guān)注火災的具體空間情況、火災場景。

根據(jù)消防救援機構(gòu)救火經(jīng)驗，在制定電動汽車火災撲救戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法階段，鋰電池電動汽車火災首先可采用水＋二氧化碳滅火劑進行撲滅，考量到鋰電池存放、堆積的情況，最佳方案是采用水進行撲救，充分發(fā)揮水對于鋰電池的降溫作用。其次，面對電動汽車火災不應使用泡沫滅火劑撲救，泡沫將會影響電動汽車鋰電池內(nèi)部熱量的有效散發(fā)，當鋰電池處于熱失控狀態(tài)可能會釋放出氧氣與可燃氣體，因此采用抑制、窒息、隔離原理滅火的二氧化碳抑或是泡沫滅火劑，將影響電動汽車火災撲救效果。最后，當電動汽車鋰電池有大量煙霧冒出，應采取外圍向鋰電池部位噴水降溫，防止鋰電池爆炸。倘若電動汽車鋰電池已經(jīng)發(fā)生爆炸、燃燒，應及時使用水撲滅明火，隨后持續(xù)噴水為鋰電降溫，溫度降低到一定程度后快速轉(zhuǎn)移車輛殘骸避免出現(xiàn)復燃。

（四）滅火原則

電動汽車火災期間，鋰電池的熱失控隸屬不可逆、自反應性氧化還原反應，這一機理導致電動汽車火災相比燃油汽車火災有更高的復燃可能。因此，針對電動汽車火災的作戰(zhàn)，第一必須及時撲滅明火，避免火災出現(xiàn)蔓延情況。第二必須快速降低熱失控反應速率，盡快將電動汽車鋰電池熱失控反應所產(chǎn)生的熱量有效釋放。第三，必須持續(xù)使用水進行鋰電池降溫，將復燃可能降到最低。第四，準確掌握鋰電池火災傷亡半徑。通常，鋰電池電芯能量密度=120Wh/kg，以焦耳進行換算，1kg磷酸鐵鋰電池電芯包含120×3600J=0.43mJ，1g 劑量TNT 炸藥，可釋放4184J 能量，換算之后可得出1kg 磷酸鐵鋰電芯蘊涵能量為103g 的TNT 炸藥。根據(jù)TRN 當量與鋰質(zhì)量，消防隊伍應以表1 為依據(jù)，進行傷亡半徑計算：

表1 鋰電池傷亡半徑計算表

（五）滅火策略

基于鋰電池的性質(zhì)，可將電動汽車火災形式分為兩類：第一類為三元鋰電池為代表的主動式噴射火災。第二類為以磷酸鐵鋰電池為代表的被動式預混氣體火災。電動汽車鋰電池著火形式雖然不同，但可采用一致的滅火策略。在電動汽車火災初期，通常為火焰強度最強階段，此刻若電動汽車處于密閉環(huán)境可能發(fā)生爆炸。針對這一特點，滅火階段應該用“預先抑制＋早期噴放”策略，通過對氣體、煙霧的監(jiān)測，在鋰電池出現(xiàn)明火之前便噴射滅火劑，形成現(xiàn)場的惰化環(huán)境降低明火出現(xiàn)概率，抑或是降低電動汽車鋰電池火焰強度避免火焰快速蔓延，導致大規(guī)模轟然。當電動汽車處于開放空間之下，應采取水或是其他類型持續(xù)降溫型滅火劑。

（六）調(diào)集社會力量

消防救援機構(gòu)到達電動汽車火災現(xiàn)場后，應結(jié)合現(xiàn)場實際情況，在調(diào)集消防中心救火人員滅火力量同時及時調(diào)集社會聯(lián)動力量，聯(lián)合交通警務部門進行周邊區(qū)域道路臨時管制，禁止無關(guān)人員、無關(guān)機動車接近火災現(xiàn)場。同時，聯(lián)動附近公安部門力量進行火災周邊秩序維護，在保障周邊人民群眾安全同時，順利開展火災撲救工作[4]。

六、電動汽車滅火救援訓練安全注意措施

除實施上述滅火救援作戰(zhàn)安全戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法消防救援機構(gòu)，日常開展電動汽車滅火救援訓練期間，第一需要注意加強消防人員火災現(xiàn)場判斷能力的訓練，通過課程講解、實訓演練，使其掌握電動汽車不同火災環(huán)境下的應對思維、應對方法。第二，加強消防人員個人安全的培訓，使其在參與電動汽車沒貨期間可保證個人的防護安全。第三，加強消防人員各種電動汽車火災監(jiān)測儀器的使用培訓，包括漏電探測儀等，確保到達火災現(xiàn)場后可快速基于相關(guān)儀器掌握火災實際情況，預測火災蔓延程度以及爆炸風險[5]。

七、結(jié)語

電動汽車火災相比燃油汽車火災有著更大的撲滅困難以及更高的安全風險，制定科學、合理的電動汽車火災撲救作戰(zhàn)安全戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法，直接關(guān)乎著電動汽車火災危害的有效控制。除了借鑒本文研究成果，消防救援機構(gòu)還應加強電動汽車火災的燃燒規(guī)律，并通過有效的模擬實戰(zhàn)演練，提升火災撲救階段進攻路線的合理性，以更進一步提升電動汽車火災撲滅、救援工作的效率。