“二分法”在扑救新能源汽车火灾中的应用
占捷捷
（上海市浦东新区消防救援支队，上海 201204）
摘要：近年来，新能源车辆火灾事故时有发生，因其火灾扑救方式与传统燃油车存在显著区别，故就新能源汽车原理、锂电池的构造特点以及其火灾特点进行研究，以总结新能源汽车火灾扑救的一些措施，为相关的工作和研究提供参考。
关键词：新能源汽车；火灾；锂电池
中图分类号：D631.6 文献标识码：A 文章编号：2096-1227(2024)04-0035-03
2023年，新能源汽车产销分别完成了958.7万辆和949.5万辆，同比分别增长35.8%和37.9%，新车销量达到汽车新车总销量的31.6%。2024年，新能源汽车产销也将达到1150万辆左右的规模，增长20%左右[1]。
随着新能源汽车销量持续增长，车辆基数不断扩大，安全隐患也在增多，火灾数量呈逐年攀升趋势。新能源汽车火灾有燃烧猛烈、持续时间长、爆炸危险性高等特点，使得其火灾扑救战术也和传统燃油车存在显著差异。在扑救新能源汽车火灾时，应采取“二分法”进行针对性处理。一方面，要关注车体部分，燃烧物为塑料、橡胶、织物、汽油等常规可燃物，扑救过程中应重点防止轮胎、油箱爆燃爆炸。另一方面，要关注电池组、电控、电路组成的三电系统，重点是电池组的冷却、高压电路系统的防触电。
1常见新能源汽车原理分析
新能源汽车在车身结构方面与传统燃油车的区别主要在动力系统方面，了解车辆结构与工作原理，特别是电池位置和燃烧特性、电路系统的电压电流参数等，有助于更加快速有效的处理新能源汽车火灾。
目前，在售新能源汽车主要有两大类：一是混合动力车型新能源汽车；二是纯电车型新能源汽车。其中，混合动力系统的原理比较复杂，根据油电混合的程度分为轻混和重混[2]。轻混系统基本以镍氢电池为电源，发生燃烧或爆炸的可能性非常低。故以下提到的混动车型均指以锂电池为电源的重混车型。纯电车型的结构较为简单，各厂家的不同量产车型工作原理基本类似，均采用大型锂电池组串联作为动力电源。
1.1 常见混动车辆的结构及工况参数
混动车型经过数十年的发展，厂家对车身结构、工作原理进行了不断改进。灭火救援当中，需要关注混动车辆电池组的种类、体积、重量、电量和电压（高压）及布置位置、电控系统的电压及布置方式。
混动车型当中，电池布置位置多种多样，主要布置位置有后备箱、后排座椅下方、底盘中央等位置。生产年代较近的车辆多采取底盘下方布置的方案。生产年代较早的则多采取后备箱或座椅下方布置的方案。
常见混动车辆的工作原理为电池组输出直流电（300～400V）经逆变器逆变为交流电（400～600V）输出至电机与发动机共同驱动车辆。常见混动车辆纯电续航里程50～150km，电池充电电量为10～30kW·h，电池体积和质量根据续航里程增大而增大，质量为100～300kg。
1.2 常见纯电车辆的结构及工况参数
纯电新能源车型工作原理较为简单，电池组输出直流电（300～400V）经逆变器逆变为交流电（400～600V）输出至电机驱动车辆。为了提高车辆性能，某些纯电车辆逆变器输出的交流电压可达800V。由于电池组体积较大，布置方式多为车辆底盘下方，质量为400～700kg，少数车型可达900kg，满电电量约为30～60kW·h。
2常见锂电池组结构及燃烧特点
2.1 新能源车用锂离子电池的分类及特点
在售的绝大多数新能源车都使用锂离子电池，单体电池串联成为电池包，电池包串联成为电池组，电池组继续串联或并联为车辆供电。柱状18650锂电池组成电池模块见图1。
按正负极材料分为磷酸铁锂离子电池、三元锂离子电池（镍钴锰酸锂离子电池、镍钴铝酸锂离子电池）等。按照封装形式可分为柱状、方形、软包等[3]。其中，磷酸铁锂电池的优点是有着较为稳定的电化学性能，在充放电过程中不易燃烧爆炸，在短路、挤压、针刺甚至高温（130℃左右）烘烤等过程当中仍然能表现出优良的安全性；缺点是电量密度低、一致性差、不耐低温。而三元锂离子电池则电量密度高、一致性好、较为耐低温；缺点是化学性质活泼，受挤压、穿刺、高温等影响容易发生燃烧和爆炸。
封装形式也一定程度影响了电池的安全性，如某车型采用的18650、26700等柱状单体外壳为铝制，较为坚硬，内部失稳后产生大量气体短时间膨胀发生爆炸。而软包电池，如某品牌生产的刀片电池，其封装材料为膜状，伸缩性能较好，内部产生气体后会发生鼓包形变，不容易爆炸。
2.2 锂离子电池的燃烧特性
锂离子电池化学性质极为活泼，在绝氧条件下即可发生剧烈燃烧，并产生大量有毒气体。触发锂离子电池热失控的原因有针刺、过充、电池内短路、电池自身老化、环境温度过高等。电池内部短路和过充是造成锂离子电池热失控的最主要原因[4]。实验表明，在130℃以上对钴酸锂电池（LCO）、镍钴锰酸锂电池（NMC）、磷酸铁锂电池（LFP）这三种电池泄漏气体的组分进行采样分析，发现其主要成分大致相同。主要成分由CO2、CO、H2、CH4、C2H4、HF等气体组成，且在一般情况下CO、CO2、H2的组分占到了70%以上[5]。从燃烧产物判断，锂电池燃烧具有一定的毒性（CO）和腐蚀性（HF），需要做好个人防护。电池组的燃烧程度除了与本身化学特性相关外，主要影响因素是电池电量，电池电量越高，电池的燃烧猛烈程度越大，爆炸危险性越高[6]。
电池组的燃烧温度可达800℃以上，猛烈燃烧持续时间可达1h，燃烧产生的气体会裹挟电解液等物质形成“白烟”喷射而出。由于燃烧过程存在可燃气体、电解液和固体残渣等，因此锂电池模组火灾可初步判定为气体火（C类火）、液体火（B类火）和固体火（A类火）综合的火灾。见图2。
3“二分法”扑救新能源车火灾
3.1 判别车型、确定电池位置
在到达现场时，应首先根据车牌颜色、车辆标志型号、是否有排气管等外部特征判别车辆是否为新能源汽车及车辆的具体类型（混动、纯电）。在判别车辆类型后，可通过外部观察及经验积累确定电池包的位置，为后续冷却电池组做好准备。在到场后，应派专人寻找可靠连续的水源，为冷却电池组做准备，并呼叫联勤单位增派吊车等起重车辆，拿取破拆器材，为后期吊升或破拆车辆做准备。
3.2 切断动力电源、扑灭车体火势
新能源车辆的工作电压为400～800V，均远低于随车配备的绝缘手套、灭火救援靴等装备绝缘电压，但应注意水渍可能影响这些装备的绝缘防护性能。到场后应迅速用车载泡沫、干粉等高效灭火剂对车体火势进行打击压制，同时注意对混动车型油箱的冷却，打击火势初期应佩戴绝缘手套、灭火救援靴，采取点射的方式防止触电。安全员要利用漏电检测棒检测车体带电情况。
在打击火势的同时，迅速寻找车辆电源保险或电池组橙色电源主电缆（见图3），在做好绝缘防护的前提下采用断线剪等工具将动力电源与车体断开。部分车型电池与车身采用插销式连接方式，主电缆不在明显位置，应询问厂家工作人员切断电源的方式。
3.3 冷却电池组防止发生爆炸
在车体火势得到控制后，应迅速转换开花模式用水对电池组进行冷却。由于大部分车辆电池组位于后备箱、底盘下方等水流难以到达的地方，应利用吊车起重设备将电池位于底盘的车体吊升，或多人将车辆掀起至侧卧位。对电池位于后备箱的车辆可将后车门或后备箱进行破拆，方便水流冷却。此外，电池包外部会有坚硬的钢制或铝制保护壳，应利用已有裂口或破拆创造裂口的方式将水灌入电池防护壳内，对电池组进行直接有效的冷却。
在冷却过程中，战斗员应佩戴正压式空气呼吸器并站在上风方向，防止有毒有害气体造成伤害。安全员应持续利用红外热成像仪、测温枪等装备关注电池组温度，引导水枪手对高温部位进行冷却降温。
3.4 平稳控制温度，择机彻底终止锂电池化学反应
新能源电池的燃烧持续时间较长，在不充分燃烧的情况下，整个过程可能持续数小时，冷却并不能解决问题。在电池包明火熄灭、温度持续控制在稳定范围内后，可考虑采用浸润法彻底扑灭电池火。
对电池包不大的混动车型，可采取边冷却边破拆的方法将电池包与车体分离，并将电池包置于附近水塘或满灌水的大桶内，让电池包充分冷却直至完全熄灭。对电池包较大的纯电车型，可考虑将车辆整体吊至附近河流、大型水塘内；或采取破拆肢解电池包的方式，将保护壳完全拿掉，使电池组完全暴露后用大量水浇灌直至完全熄灭。
4结束语
随着新能源车辆销量的不断攀升，其火灾事故也呈现出逐年上升的趋势。针对这一新挑战，本文剖析了新能源车辆及其火灾特点，以及锂电池的构造特性，进而提出“二分法”这一针对性扑救新能源车辆火灾的策略。这一战术战法是对新灾害类型应对方式的一次探索和尝试，需要在以后的实战中不断检验和完善。
参考文献
[1]中国网.中国发布丨2023年我国汽车产销量创新高 新能源汽车销量增长37.9%[EB/OL].http://news.china.com.cn/2024-01/19/content_116952446.html
[2]余借光.并联式混合动力汽车节能减排性能提升的控制策略研究[D].大连:大连理工大学,2017.
[3]马迷娜.车用三元锂离子电池组电气故障特征及其诊断方法研究[D].合肥:中国科学技术大学,2021.
[4]房家庆.锂离子电池热失控蔓延规律及抑制方法研究[D].南京:南京理工大学,2022.
[5]陈昶,刘金柱,邢学彬,等.锂离子电池热失控产生烟气成分研究综述[J].当代化工研究,2021(20):20-21.
[6]王功全,孔得朋,平平,等.锂离子电池热失控模型综述[J].电气工程学报,2022,17(4):61-71.
作者简介：占捷捷（1988—），男，湖北黄冈人，本科，初级专业技术职务，消防救援一级指挥员，研究方向：灭火救援、防火监督。
转载请注明来自：