波胆官方网站-浅谈新能源汽车火灾事故原因分析及扑救措施
摘要:近年来,我国多项新能源汽车支持政策的出台使得新能源汽车行业在我国发展态势良好。但随着新能源汽车的大规模普及,动力电池具有的不可避免的自反应放热特性受到了广泛关注,越来越多的新能源汽车火灾事故也出现在大众视野,该类事故给消防救援部门带来了一系列新挑战。本文主要根据新能源汽车结构,深入分析了新能源汽车火灾事故发生的原因及事故特点,并有针对性地提出了新能源汽车火灾可采取的几点扑救措施,为应急救援工作的开展提供参考。
关键词:新能源汽车;火灾;扑救措施
引言
经过近几年的“节能减排”,世界各国已经达成了一个共识,那就是汽车新能源化是全球汽车发展的基本方向。据不完全统计,我国2021年新能源汽车销量达到298.9万辆,同比增长169.1%。随着我国新能源汽车销量快速增长,保有量不断提高,新能源汽车自燃、爆炸等安全事故频频发生,引起了社会的持续关注,也对国家消防应急管理和新能源汽车行业的发展提出了巨大的挑战。面对这些事故继续沿用传统燃油汽车火灾的扑救经验已经无法满足实际需要。相反,如果循规蹈矩,无异于“火上浇油”,甚至还可能让人员生命受到威胁。因此,加强新能源汽车火灾防控及扑救对策研究是很有必要的。
一、新能源汽车动力源
新能源汽车是指采用新型动力系统,完全或主要依靠新型能源驱动的汽车。目前我国主流的新能源汽车类型主要包括:纯电动车、插电混合动力汽车和燃料电池汽车。新能源汽车主要以锂电池作为动力源。按照正极材料不同分类,锂电池主要分为:磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、三元锂,其特性如表1所示。
二、新能源汽车火灾事故原因分析
(一)锂电池热失控
锂电池热失控是新能源汽车火灾事故的主要原因。
锂电池热失控是指由于各种原因使电池产生的热量远大于散发的热量,导致热量大量堆积从而引起电池燃烧甚至爆炸,同时伴有大量有害气体产生。电池热失控可以分为三个阶段:一阶段———电池内部热失控阶段。在这一阶段,电池由于内部短路产生大量热量,各类离子和枝晶沉积在电解液中导致电池内阻变大,产热进一步增加,直至SEI膜分解。随着SEI膜的分解反应进行,锂离子又与电解液产生化学反应,直至隔膜完全分解,此时电池完全短路,电池内部温度急剧上升。二阶段———电池鼓包阶段。该阶段是电池热失控的拐点阶段,主要由于正极材料、粘结剂、电解液都在这一阶段分解。三阶段———电池热失控,爆炸失效阶段。由于电池内部电解液的分解产生大量易燃易爆气体,让电池体积不断膨胀,压力不断上升,到达临界点随之发生爆炸。
表1 不同种类锂电池特性对比
钴酸锂
锰酸锂
三元材料
磷酸铁锂
正极分解温度
180度
>180度
>180度
600度仍稳定
循环寿命
短
一般
短
长
容量(Wh/kg)
150-160
100-110
150-200
100
价格
中
低
低
低
(二)锂电池热失控原因分析
内部产热和外部滥用是电池热失控的两大触发原因。
1.外部滥用引发
一般情况下,由外部滥用引发锂电池热失控的原因有三个,分别为机械滥用、电滥用、热滥用。机械滥用是指锂电池单体或电池组由于受到碰撞、挤压、穿刺等外力作用下产生形变或不同位置发生相对位移造成电池内部短路。电滥用一般包括外短路、过充、过放几种形式,其中过充电容易导致锂电池热失控。热滥用一般由于外部环境温度过高或温度控制系统失效所导致。局部过热是发生在电池组中典型的热滥用情况。以上三种外部滥用形式很少独立存在,都是由其中某一种形式发展而来,环环相扣,但结果都是发生了热失控。
2.内部产热引发
内部短路广义上指由于各种原因导致电池正负极直接接触的现象,根据接触的面积不同,所造成的后果不同。若电池正负极接触面积小,由内短路产生的热量也较小,对电池的热失控几乎没有影响,这种情况常见于电池的制造瑕疵、老化等,但随着时间的推移,电池内部残余电解液逐渐增加,电池内阻减小,由内短路产生的热量逐渐增加,引发热失控的风险则会大大提升。
图1 锂电池热失控诱因
(三)新能源汽车火灾事故类型分析
根据相关统计资料,纯电动车型是发生新能源火灾事故较多的车型。因过度充电、放电是导致新能源火灾事故的首要诱因,占总事故一半以上,其次为碰撞后和行驶中的自燃。可见新能源汽车在静置、行驶、充电状态下均可能发生热失控起火事故(见表2)。因此消防人员在处理事故时应针对不同情况采取相应措施,从而能够快速处理事故,争取救援时间。
表2 新能源汽车各状态下火灾事故成因分析
车辆状态
成因
行驶中
单体不一致性变差,部分单体异常发热
碰撞后
电池模组产生变形,单体电池漏电,短路高低压线束、继电器、电连接等失效
静置中
单体内部热量蓄积,隔膜破损,引起内短路
充电中
电池负极析锂,引起内短路单体一致性差导致部分单体过充
浸水后
接插件内触片、端子锈蚀、外短路
其他
低压线束、高压线束、继电器、电连接等部件失效导致起火
(四)新能源汽车火灾事故特点
锂电池是新能源汽车区别于传统燃油汽车的重要标志,同时也为人们带来了新的火灾防治特点。
1.火灾发生难预测
新能源汽车锂电池的热失控事故,按发生时间大致分为两类,一是电池组受到碰撞、挤压、穿刺等外力作用导致电池产生形变,从 而短路发生热失控,燃 烧甚至爆炸,这类事故往往发生的速度快,危害性高。二是由于车辆浸水、过充或电池老化导致电池组内部短路,产生缓慢的化学反应,且无法被汽车热管理系统检测,当超过临界温度即发生热失控,这类事故往往发生在车辆行驶中或静置时,难以被预测。
2.火势蔓延快、燃烧温度高
新能源汽车锂电池出现热失控后,会在燃烧过程中释放大量的易燃气体,导致火势快速蔓延,电池内温度迅速升高。有相关部门通过实际测试,锂电池内部燃烧温度能达到1000℃以上,远远超过普通汽油、柴油燃烧时的温度。锂电池在燃烧过程中会产生大量可燃混合物并向周围喷溅,喷射火焰的距离可以达到6m。因此当锂电池电动汽车发生火灾时,容易对周边环境和人员造成严重危害。
3.火灾有害气体多
汽车在燃烧过程中会产生大量有毒气体,如一氧化碳、二氧化硫等,但新能源汽车与传统汽车间中的区别是新能源汽车的锂电池燃烧会额外产生氟化氢等多种有毒气体,另外由于新能源汽车特性,搭载的电子元器件较多,一旦发生燃烧,也会产生大量有毒有害气体,这些物质均有不同程度的毒性,吸入会危害救援人员的身体健康。
4.触电风险大
新能源汽车一般配备了高电压大容量电池组,一些车型的驱动电压高达500V以上,火灾发生时可能导致高压电线裸露、接地,使车身带电或在现场一定范围内形成跨步电压,若处理不当,更容易引起电池内部短路,不但会导致火势进一步加重,还有可能对消防救援人员造成电击伤害。
5.火灾持续时间长
由于锂电池燃烧特性,在明火被扑灭后,电池内部仍可能持续升温导致电池复燃。试验发现处理新能源车辆火灾事故所需的总用水量和所需时间都明显大于传统燃油车辆火灾事故。因此应对新能源车辆火灾事故对于消防人员的体力和装备指挥调度提出了更严苛的要求。
三、新能源汽车火灾扑救措施
(一)强化接警调度
指挥中心接到锂电池汽车报警,应立即向报警人询问起火车辆的品牌、型号,同时查询车辆的电池种类和容量等相关信息,做好相应准备。如若现场的火灾规模较大,应及时与******、供电企业、医疗等应急联动单位联系,并派遣火灾救援专家、技术人员等到达火灾现场进行协同处置。优先考虑调派重型泡沫水罐车,保证足够用水量,携带破拆工具、有毒气体探测仪、水幕水带及个人防护装备[7]。
(二)选择合适灭火器
根据德国国家消防局总部制定的电动汽车事故处理标准,一般情况下,使用消防用水是可以成功扑救锂离子电池汽车起火事故,但用水量大,所需时间长。对于小型火焰可以用灭火器扑灭,使用干粉或泡沫灭火器,保持灭火器标签上标明的距离;对于已成型的汽车火灾可用水、压缩泡沫灭火器扑救;应减少传统大型泡沫灭火器的使用,由于锂电池在热失控发生后会释放出可燃气体,运用依靠阻止与可燃气体接触原理的泡沫灭火器不仅灭火效果会因此受到影响,还会影响锂电池内部热量的散发。
(三)做好个人安全防护
消防人员在新能源汽车火灾扑救中应做好个人安全防护,除佩戴消防头盔、手套、空气呼吸器等基本防护装备外,还须根据现场情况穿着绝缘服、绝缘靴等特殊防护装备。
(四)规范现场处置
1.消防人员到达火灾现场后,应立即划分警戒区域,
设立警戒标识,控制火灾现场,并疏散无关人员[8]。
2.若有条件接近起火车辆,应尽快通过操作手动应急断路器或者断开汽车锂电池的正负极等方式切断车辆电源,并拔掉动力控制器的保险丝。
3.根据车辆的状态,采取支撑、牵拉等方式对车辆进行稳固,防止车体结构发生位移导致锂电池热失控加剧,保证作业安全。
4.设立安全观察小组,充分利用热成像仪等检测设备对起火车辆及周边环境进行持续监测,发现车体漏电、温度急剧升高、有害气体产生等异常情况时注意加强防护,必要时撤离现场,并采用雾状射流掩护。
四、安科瑞汽车充电桩运营管理平台
充电运营管理平台是基于物联网和大数据技术的充电设施管理系统，可以实现对充电桩的监控、调度和管理、提供充电桩的利用率和充电效率，提升用户的充电体验和服务质量。用户可以通过APP或小程序提前预约充电，避免在充电站排队等待的情况，同时也能为充电站提供更准确的充电需求数据，方便后续的调度和管理。通过智能监控设备，对充电桩的功率、电压、电流等参数进行实时监控，及时发现和处理充电桩故障和异常情况对充电桩的功率进行控制和管理，确保充电桩在合理的功率范围内充电，避免对电网造成过大的负荷。
3.1功能介绍
3.1.1充电服务
充电设施搜索，充电设施查看，地图寻址，在线自助支付充电，充电结算，导航等。
3.1.2首页总览
总览当日、当月开户数、充值金额、充电金额、充电度数、充电次数、充电时长，累计的开户数、充值金额、充电金额、充电度数、充电次数、充电时长，以及相应的环比增长和同比增长以及桩、站分布地图导航、本月充电统计。
3.1.3交易结算
充电价格策略管理，预收费管理，账单管理，营收和财务相关报表。
3.1.4故障管理
故障管理故障记录查询、故障处理、故障确认、故障分析等管理项，为用户管理故障和查询提供方便。
3.1.5统计分析
统计分析支持运营趋势分析、收益统计，方便用户以曲线、能耗分析等分析工具，浏览桩的充电运营态势。
3.1.6运营报告
按用户周期分析汽车、电瓶车充电站、桩运行、交易、充值、充电及报警、故障情况，形成分析报告。
3.1.7APP、小程序移动端支持
通过模糊搜索和地图搜索的功能，可查询可用的电桩和电站等详细信息。扫码充电，在线支付:扫描充电桩二维码，完成支付，微信支付完成后，即可进行充电。
3.1.8资源管理
充电站档案管理，充电桩档案管理，用户档案管理，充电桩运行监测，充电桩异常交易监测。
3.2产品选型
名称
型号
图例
功能
交流充电桩
AEV-AC007D系列
● 急停保护● 漏电保护（选配）● 防雷保护● 过热保护● 接地保护● 短路保护● 过载保护● 过压保护● 浪涌保护● 欠压保护
AEV200-AC007D系列
互联网版本汽车充电桩
AEV200系列
● 高性能STM芯片● 人机交互界面● 完善的保护功能● 高性能性价比● 智能型RS232/RS485/CAN以太网通讯● 无线通信功能● 双***智能输出
国网标准化版本汽车充电桩
AEV300系列
国家电网版本符合国家标准，同时又符合国家电网公司企业标准，满足国家电网平台接入标准
3.3 改造项目充电桩配置安装推荐表
表3.1 改造项目充电桩配置安装推荐表
四、安科瑞智慧用电管理云平台
安科瑞AcreICloud-6000安全用电管理云平台是针对我国当前电气火灾事故频发而研发的一套电气火灾预警和预防管理系统。该系统是基于移动互联网、云计算技术，通过物联网传感终端，将办公建筑、学校、医院、工厂、体育场馆、宾馆、福利院等人员密集场所的电气安全数据，实时传输至安全用电管理服务器，为用户提供不间断的数据跟踪、统计分析和安全监管。平台将发现的各种安全隐患信息及时告警提醒，并推送给相关人员，以便及早发现和消除隐患，真正做到防患于未然。
4.1功能介绍
4.1.1实时监测
可查看设备的状态、实时数据、历史数据，巡检记录和报警信息。
4.1.2报警推送
可提供短信、邮件、APP推送、语音外呼、语音播报、微信小程序推送、微信公众号推送、钉钉推送通知等多种方式进行异常通知。
4.1.3隐患管理
隐患查询→隐患派发→隐患处理，通过隐患的完整流程，形成闭环，跟踪每一个隐患的工单状态。
4.1.4远程控制
管理人员可以远程设定探测器的各种参数值，或者对监控设备进行分闸、合闸、复位、消音、自检和远程设置等操作，方便管理，同时提高工作效率。
4.1.5用户报告
针对项目一个周期内的用电数据进行汇总，生成安全用电分析报告。
4.2产品选型
名称
型号
图片
功能
智慧用电
在线监测装置
ARCM300T-Z型
●支持1路剩余电流和4路温度检测；
●三相电压、电流、频率、功率和电能等电参量检测；
●具有漏电、超温、过欠压、过流等多种保护功能；
●支持本地485通讯，可选配4G/NB无线上传功能；
●导轨式安装，LCD液晶显示，声光报警；
●一般设置在低压柜出线回路和楼层配电箱内。
ARCM300D-Z型
●支持1路剩余电流和2路温度检测；
●单相电压、电流、频率、功率和电能等电参量检测；
●具有漏电、超温、过欠压、过流等多种保护功能；
●支持本地485通讯，可选配4G/NB无线上传功能；
●导轨式安装，LCD液品显示，声光报警；
●一般设置在三级配电箱出线回路和PZ30箱内。
ARCM300-Z型
●支持1路剩余电流和4路温度检测；
●三相电压、电流、频率、功率和电能等电参量检测；
●具有漏电、超温、过欠压、过流等多种保护功能；
●支持本地485通讯，可选配4G/NB无线上传功能；
●导轨式安装，LCD液晶显示，声光报警；
●一般设置在低压柜出线回路和楼层配电箱内。
ARCM300-ZD型
●支持1路剩余电流和2路温度检测；
●单相电压、电流、频率、功率和电能等电参量检测；
●具有漏电、超温、过欠压、过流等多种保护功能；
●支持本地485通讯，可选配4G/NB无线上传功能；
●导轨式安装，LCD液晶显示，声光报警；
●一般设置在三级配电箱出线回路和PZ30箱内。
ARCM310-NK型
●实时监测回路剩余电流、温度、单/三相电流、电压、频率、功率和电能等参量；
●具有剩余电流、超温、过欠压和过流等保护功能；
●带开合闸控制功能；
●支持RS485通讯，标准Modbus-RTU协议；
●导轨式安装；
●声光报警，LCD液晶显示；
●可选配4G上传功能；
●适用于0.4kV电压等级TN-C-S、TN-S及局部TT系统。
故障电弧探测器
AAFD-40Z
●实时监测单相回路的故障电弧；
●支持1路剩余电流、2路温度、单相电压、电流、功率、电能等电参量，RS485通讯，支持4G上传方案；
●具有故障电弧、漏电、超温、过欠压、过流等多种保护功能；
●支持本地485通讯，可选配46无线上传功能；
●导轨式安装，LCD液晶显示；
●一般设置在三级配电箱出线回路和PZ30箱内，额定电流40A以内。
多回路
故障电弧
AAFD-DU型
●实时监测32路的故障电弧；
●支持1路剩余电流、4路温度检测；
●具有故障电弧、漏电、超温等多种保护功能；
●支持本地485通讯，可选配4G无线上传功能；
●导轨式安装，LCD液晶显示；
●一般设置在三级配电箱出线回路和PZ30箱内。
故障电弧传感器
AAFD-DU-M7/M12
●具有光报警功能；●采用二总线通讯，螺钉固定安装；●可检测回路中的故障电弧；●需与故障电弧集中显示单元配套使用。
电气防火限流式保护器
ASCP200系列
●150μs内短路限流；
●支持1路剩余电流、1路温度检测；
●具有过载、超温、过欠压、漏电保护功能；
●支持本地485通讯，可选配4G/NB无线上传功能；
●导轨式安装，LCD液晶显示；
●额定电流单相40A、63A。
4.3 现场图片
安装在汽车充电桩前端
电动汽车充电桩集中安装
