电动汽车火灾预防与救援研究

随着国家对电动汽车的推广及电动汽车技术水平的不断提高，我国电动汽车保有量逐年大幅提升。电动汽车因其动力电池的性能、结构特点和目前快速发展中性能、技术的不完善，在使用、维护和保养中火灾事故比传统汽车多，发生火灾后扑救难度大，造成的损失大。探究电动汽车火灾的特点，提出科学合理的电动汽车火灾预防措施和电动汽车火灾后高效扑救和救援方式方法，对保障人民生命财产安全具有重大意义。关键词：电动汽车；火灾；预防；救援电动汽车是利用动力电池中储存的电能作为动力，并综合了车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，原理和结构先进、节能环保、高度智能化的新型汽车。自2012年国务院正式发布了《节能与新能源汽车产业发展规划》，明确以纯电动汽车为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要战略取向以来，电动汽车得到了广大民众的青睐，社会拥有量迅速增加。保有量持续增长同时，电动汽车自燃、起火等安全事故频发，据不完全统计，2021年我国新能源汽车火灾事故约3000起。和传统燃油汽车相比，电动汽车火灾高发、火灾损失严重、火灾扑救难度大等问题也影响了电动汽车的推广使用。一、电动汽车火灾特点（一）火灾发生突然，火势蔓延速度快电动汽车动力主要靠高电压、大容量的蓄电池提供，动力蓄电池结构主要由正极、负极、隔膜、电解液组成，其正极材料目前多采用锂化合物，负极材料是锂-碳层间化合物，隔膜为PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯），电解液为溶解有锂盐LiPF6（六氟磷酸锂）、LiAsF6（六氟合砷酸锂）等有机溶剂。这些材料活性强，具有易高温、易燃易爆、热量传播快的特点。同时，汽车上电子产品、内饰等大量采用了高分子聚合物，一旦发生火灾，火焰的最高温度可高达到920℃左右，足以引燃电池周边任何可燃物，火势会迅速蔓延。火势蔓延速度往往比传统燃油车更快，为车上人员撤离和灭火带来了困难[1]。（二）火灾会产生大量有毒烟雾和其他有害物质和传统汽车相比，电动汽车采用了大量现代材料技术和先进电子技术，内部装修装饰材料众多，燃烧过程会伴有大量有毒烟气；动力电池用锂离子电池本身在燃烧过程中也会产生大量氟化物、烯烃、烷烃、醚等化合物，这些物质均具有不同程度的毒性，这些有毒烟雾对车上人员及救援人员生命安全、环境安全构成较大威胁；动力电池的电解液为有机易挥发性液体，有较强的腐蚀性，对人体的危害极大，可以通过吸入、食入、经皮吸收等途径侵入人体，造成人畜中毒，电解液还很容易燃烧，遇明火、高热时引起燃烧的危险性很大。如果发生泄漏，由于其蒸气比空气重，能快速在较低处扩散到相当远的地方，遇明火会引起回燃，给消防安全带来隐患。（三）易复燃爆炸并有触电风险，持续高温高压，危险性大，灭火难度大电动汽车起火后，大功率高电压电池内部会不断发生电化学反应，在能量耗尽前持续反应发热，导致火灾燃烧持续时间长、温度高。动力电池本身空间狭小密闭，在安全阀失效的情况下，能量积压足以引发爆炸；动力电池基本电压通常为300V-700V，远超人体安全电压，火灾时容易发生漏电产生电击危险[2]。（四）灭火介质和灭火手段缺乏，灭火效果差电动汽车最主要的起火位置在其动力电池，而动力电池装在汽车底部，为了保护电池在行驶中不受损伤，制造厂往往设计了比较坚固的电池箱，为了防止电池浸水短路，电池箱密封要求很高，外部雨水及灰尘几乎无法进入。当电池起火后，其内部会因热失控而发生连续化学反应，目前采用隔绝空气方式的消防泡沫对该反应无能为力，消防用水也无法进入电池内部降温。因此，动力电池起火后往往只能任由其不断发展直至化学反应结束，给及时灭火、控制火灾扩大带来很大困难。二、电动汽车火灾发生原因（一）车辆交通事故撞击引起火灾电动汽车发生交通事故时，车辆往往会发生激烈碰撞、倾翻等，和传统汽车一样，电路短路、油液泄漏、金属严重摩擦等原因导致车辆起火。此外，电动汽车上的高压高能动力电池可能会受到挤压，导致内部极板间短路，引起猛烈燃烧甚至爆炸。当碰撞或者在崎岖路面上行驶也可能造成动力电池外壳破损，导致电解液泄漏，与车上其他物质发生化学腐蚀，造成高温高热引燃车辆[3]。（二）车辆动力电池故障引起火灾电池燃烧或者爆炸，通常是因为电池在充放电过程中热量集聚过快过多，难以扩散出去，累积到电芯或电路起火点造成。电动汽车用动力电池额定电压高、行驶及充电过程中电流大，功率大，电池内部容易出现短路、过充过放等现象，引起电池热失控，引燃车辆可燃物；动力电池本身结构或工艺缺陷、内部正负极及电解液材料杂质等也会导致内部短路引起火灾。据有关部门统计，动力电池本身故障引起的火灾在电动汽车火灾中占比高达80%以上。（三）充电机起火引起的电动汽车火灾车辆充电过程中，电流和功率较大，充电机自身电气元件容易发热，充电机本身元器件质量、制造和安装质量等引起充电机起火，引燃充电中的车辆，也是电动车常见火灾起因，约占电动车火灾的5%。（四）外部火源引起的电动汽车火灾当电动汽车停放环境不当，受周围高温火源烘烤、人为纵火、烟花爆竹飞火等引发火灾、车内打火机、酒精、香水等易蒸发燃烧液体高温暴晒引起的火灾。还有部分火灾由车内加装和使用大功率用电设备、电路过载引起。（五）车辆运动机械部件狀态异常造成摩擦高温起火電动汽车电机及车轮轴承润滑不良、机械损伤，变速箱漏油、车辆制动器工作状态不好等引起异常摩擦高温，引燃车辆电路绝缘层、轮胎等，导致车辆火灾发生。三、电动汽车火灾预防措施（一）提高安全驾驶技能，加强安全防范意识，减少和防止碰撞事故发生和传统燃油汽车相比，电动汽车工作电压高，电池安装在底部，车辆发生托底或者碰撞时，容易引起电池变形、线路断路，引发车辆火灾。因此，电动汽车驾驶员更应加强安全驾驶、文明驾驶意识，避免车辆发生托底、碰撞事故[4]。（二）提高电动汽车电力系统安全性，防止电池及其他电气设备过热、短路汽车生产企业在设计制造电动车时，要通过强化电池安全设计，优化电池组结构，提高电池组散热性能，降低电池热失控风险；提高车辆电气安全标准，制定并执行严格的电气安全规范，确保车辆电气系统在异常情况下能够迅速切断电源；在车辆易发生高温部位如电机、电池、电控设备及制动器等关键部位安装温度传感器、烟雾报警器等，并充分利用远程监控技术，实时监测电动车温度异常情况。在电动汽车上配备车载灭火装置，关键部位安装自动灭火装置，一旦发现和探测到火源，能够迅速启动灭火。（三）注重车辆日常维护保养，预防和减少火灾事故发生由于电动车发展迅猛，技术还不够成熟，质量还不够稳定。在电动车辆使用过程中，要改变经销商宣传的电动汽车不需要维护或者免维护的宣传口号，严格规范进行车辆日常检查和维护，保持车辆外观干净整洁；驾驶员要经常检查车辆动力电池外壳技术状态，检查整车高压防护情况，行驶过程随时观察仪表显示，发现温度异常、液体泄漏、动力不足等异常时，及时请专业人员排除。在使用车辆过程中，尽可能减少对车辆电路的改装，减少车上大功率电器的使用，防止电路过载起火。（四）国家和行业管理部门要规范充电设施建设，强化充电设施安全监管国家制定统一充电接口标准，确保不同品牌和型号的电动汽车都能够使用符合标准的充电设施；充电企业对充电设施进行定期检查和维护，确保设施安全可靠；开发和推广智能充电技术，实现充电设施与车辆、车主之间的实时通信，自动调节充电电流和电压，及时探测和发现火灾风险因素，降低火灾发生几率。（五）加强电动汽车火灾消防宣传教育，提高火灾防范意识和技能通过各种宣传方式，向公众普及电动汽车火灾的危害严重性和防范知识，提高车主在车辆停放、充电、驾驶操作中的安全防范意识；在驾驶员考试培训中，加入电动车辆火灾防范内容，提高驾驶员的安全意识和规范操作；在日常消防演习和演练中，组织针对电动汽车火灾的消防演习和演练内容，提高应急救援能力。（六）设计发明电动汽车火灾专用消防设备设施，提高灭火效果针对电动汽车火灾特点，发明灭火效果好的介质阻绝燃烧过程和烈度，发明专用破拆设备，在火灾发生后能迅速破拆电池箱，使灭火介质进入燃烧物内部。四、电动汽车灭火救援措施和其他类型的火灾一样，当发生电动车火灾时，要遵循反应迅速、科学施救、确保生命安全原则，立即采取救援灭火措施或者组织社会专业救援力量赶赴现场灭火救援。同时，也要根据电动汽车的火灾特点，采取针对性灭火救援措施。（一）迅速离开车辆，保持安全距离电动汽车智能化、自动化程度较高，起火后低压系统往往会断电，造成车门、车窗打不开、逃生通道失效等。因此，电动汽车有碰撞、托底现象或者有起火迹象时，车上人员首先要迅速离开车辆，和车辆保持安全距离，不要因抢救车上财物而贸然接近冒烟、发热车辆，防止造成人员伤亡[5]。（二）准确判断起火位置，及时采取减损措施发现车辆冒烟起火后，驾驶员应迅速离开车辆、及时报警后，在确保安全前提下，观察起火部位。电动汽车起火的初始0-3分钟，火势较小，如果不是车辆底部动力电池起火，要尽快断开低压电路或者应急开关，并利用车载灭火器、路旁沙土、渠水等一切灭火资源对起火部位进行覆盖，压制和延缓火势蔓延，为专业救援争取时间，尽最大可能减少损失。冒烟起火5分钟后若火势没有得到控制，那么将很快进入爆燃阶段，车辆周边温度非常高，这时要尽快远离起火现场，等待消防救援。（三）持续降温，确保灭火电动汽车起火后，动力电池火灾明火扑灭后其内部化学物质会不断继续反应，还会再次起火甚至造成爆炸，会释放出可燃气体和氧气，用窒息、抑制或隔离原理灭火的二氧化碳或者泡沫灭火剂的灭火效果就会受到影响，灭火效果不明显。因此，灭火时应采用针对性专用设备及灭火器，并用大量高压水对电池内外降温，确保化学反应完全停止，方可离开火场。（四）救援人员应和起火车辆保持安全距离电动汽车火灾扑救中，消防指战员必须做好个人安全防护，穿着全棉防静电内衣、灭火防护服，佩戴消防头盔、手套、靴子、头套、空气呼吸器等基本防护装备，迅速设置隔离带。根据电池起火、泄漏等情况，采取相应措施控制火势蔓延，避开有毒烟雾[6]。（五）严格按照相关技术标准进行维修，避免二次火灾发生在电动车故障里，动力电池和高压系统故障占比较大。在拆装和维修过程中，注意加强安全防护和火灾防范，对发生碰撞车辆，一定按照维修工艺要求，拆下动力电池单独保管，维修场所要有良好