锂电池电动汽车灭火救援技术探讨

概述：锂电驱动的电动车是指装配有锂电池的新能源车辆。近些年，由于传统的汽油发动机对环境造成的污染及石油资源短缺的问题日益严重，使得人们开始关注到新型环保型交通工具——电动车的发展趋势。其中，完全依靠电力驱动、可实现真正的“零排放”的全电动汽车被视为电动车的主要研究领域。此外，得益于其卓越的特性，锂电池已逐渐取代其他类型的电池，并作为下一代电动汽车的最优选择。然而，随着锂电池电动车行业持续稳定增长的同时，锂电池的安全隐患也引起了广泛的关注。通过最新的调查研究表明，电动汽车出现起火的主要原因就是由于锂电池过热失控引起，与此相应的灭火救援技术成为社会关注的焦点。

关键词：锂电池；电动汽车；起火原因；热失控；灭火技术

引言

由于环境污染和能源日渐紧缺的情况日趋严峻，国家把新能源汽车作为战略性新兴产业，带动了锂电池等一系列新能源技术的快速发展，但电动汽车运行时伴随着锂电池不断地进行充放电工作，其中产生的化学反应非常复杂，在这个过程中需要特别注意锂电池起火的防控。本文对电动汽车锂电池的结构、热失控、起火原因、灭火救援技术等展开了详细的探究，主要分析了锂电池电动汽车的起火原因和灭火技术这两方面。其中针对锂电池电动汽车发生火灾时容易发生爆炸、中毒、复燃等危险情况，提出了在电动汽车灭火救援时应采取的对应措施和具备的相应技能。以便进一步提升电动汽车的灭火救援效率。

1电动汽车锂电池结构特点和起火原因

1.1电动汽车锂电池结构与特点

锂电池是A.Armand在20世纪80年代提出的，它完成了化学能和电能间的相互转换，锂离子在正负极材料间不断嵌入和脱离来完成电池的充放电过程。锂电池由正负极材料、隔膜、电解液、集流体和外壳组成。许多正极材料，例如LiNiO2、LiMnO2和LiFePO4，都具有较高的电池性能。相比之下，负极材料主要是石墨，它们可以有效地将电池中的活性物质转换为可供输出的电流。电解质溶液存在正负电极和隔膜空隙间，它起着传导电子的作用，隔膜用来分隔正负极，防止正负极接触出现短路和提高正负极间的浓度差，提升了锂电池的储存效率。

1.2电动汽车锂电池起火原因

在锂离子电池保持正常运行状况下，电池内基本没有产生锂离子的不可逆损失与副反应，但在外界或其自身内部等各种因素的影响下，造成了本身温度的升高，当物质内部的热量释放超过其向周围环境散发的热量时，就会出现热量逃逸的情况。由于热量不断累积，这会造成温度的不断升高，同时反应速率也会在温度的驱使下呈指数级增长。当产生的热量逐渐增大，当温度升高到超过了分离器的崩溃温度，就会造成电池的不可逆热失控。这是电池最为严重的失效模式，在电池内的副反应发展到一定的阶段时，可能导致动力电池的完全失效，从而导致火灾、爆炸等巨大的事故，这将对群众的生命安全和财富安全带来极大的危害。

以下可能导致电动汽车锂电池起火的原因有：

（一）充电引发火灾：电动汽车在进行充电时，电池内部可能会积聚过多热量和气体，从而导致火灾。这可能是由于充电器故障、电池故障、电路问题或使用不当的充电器等因素引起的。此外，使用低质量的充电设备也会增加起火的风险。

（二）高温起火：电池内部温度过高是引发火灾的一个新的因素。除了充电过度导致高温引发爆燃外，过度放电、内部短路或外部因素也是事故多发的原因。高温的停放环境或长时间高强度行驶后，同样会导致电池内部化学反应失控，产生高热量和可燃气体，进而引发火灾。

（三）碰撞会引发火灾：车辆碰撞时，电池可能损坏，导致内部化学反应失控，产生大量热量和气体，从而引发火灾。此外，碰撞还可能导致电池与其他部件短路，起火亦不可预测。

（四）电池损伤起火：电池在使用过程中可能会遭受撞击、挤压或损坏，这些情况会导致电池内部短路或电极直接接触，它引发电池热失控随时可能发生。

（五）电池老化起火：随着电池使用时间的增加，电池会出现老化、膨胀、变形等现象，这些现象都会导致电池内部结构变化，使电池热失控的风险增加。据统计，充电起火占据电动汽车起火主导地位，在集中的停车充电场所，一台电动汽车发生火灾后，极大可能引燃周边其他车辆，这种连锁反应往往导致的灾害更加严重，所以重点关注停车充电场所的电动汽车火灾防控更具有现实意义。

1.3其他着火情况

尽管新能源汽车在静止状态下也可能引发火灾，然而起因却相当多样化，主要源于外部力量的影响。我们可以将其归纳成三大类别：首先，由于高温环境导致的车辆内部过热而引发的火灾；其次，由车辆自身的电气线路故障引发的火灾；最后，则是人为或意外点燃的车内易燃物品所造成的火灾。以上三个类型的火灾并不局限于新能源汽车，而且它们的产生和新能源车的结构没有必然联系，因此我们无需对此做过多探讨。

2电动汽车锂电池火灾特点

（一）当一场火灾爆发时，它的威胁迅猛地扩散开来，而这些威胁来自于一种以-低温、低能耗的特殊的动力储能系统，这种系统通常包含一个正极、一个负极、一个隔膜和一个电解液，它们的正极部分通常使用锂离子，而负极部分则使用了-低温、低能耗的聚丙烯、PE和六氟磷酸锂、六氟合砷酸锂等有机合成介质。这些材料活性强，具有易高温、易燃易爆、热量传播快的特点。随着技术的进步，汽车上的电子产品和内饰等大多使用了高分子聚合物，但一旦出现火灾，火焰的最高温度可以升至920℃，这将使得电池周围的可燃物受到极大的威胁，火势也将迅速扩散。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。

（二）由于电动汽车内部结构复杂，管道交错，大多数都是易燃物质，因此，一旦发生火灾，其蔓延速度会变得异常迅猛。从电池开始燃烧到火势猛烈，仅仅只需要6秒的时间。而且，火焰的喷射距离也很远，可以达到5m之外。当汽车发生火灾时，火焰会迅速蔓延，并且可能会持续90分钟，而且温度也有可能达到916℃。这样的情况下，火势就会迅速扩散到整个车厢，造成更大的破坏。

（三）电动汽车的发展使得它们使用的现代化的材料、电子元件以及各种新型的设备，使得它们能够更加高效地运行。然而，与传统的汽车相比，电动汽车所使用的电子元件可能更加复杂，而且它们的电子元件可能更加昂贵，因此它们可能更容易受到污染。此外，电池的电解液可能含有氟化物、烯烃、烷烃、醚等化学物质，而这类物质的浓度可能很高，因此，电池的使用可能导致严重的健康问题。这种化学物质具有非常强的腐蚀作用，它的潜在威胁非常巨大，它可以通过呼吸道、摄取物、接触物质或者皮肤接触的方式进入人类，导致严重的健康问题。此外，它的溶剂也非常易燃，一旦受到明火或者高温的影响，就会产生严重的爆炸风险。

（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。

（五）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。由于动力电池的尺寸有限，当其中的安全阀出现故障的时候，其内部的能量会被大幅度地累加，从而导致300V到700V的高电压，这个高度明显高于人类的安全范围，因此，一旦出现火灾，就会有可怕的漏电和电击风险。

3电动汽车锂电池灭火技术和灭火措施

3.1电动汽车锂电池灭火技术

当电动汽车发生火灾时，由于其能量密度较高，火势强劲，容易引发爆炸，释放出有毒气体，因此，灭火剂的应用受到了极大的限制，国内外均已开展了大量的研究，但仍未达到理想的效果。

研究表明，锂电池火灾的防治有着重要的意义。目前，灭火剂的分类和研究主要依据它们的作用原理。根据燃烧的三个关键因素，灭火剂能够有效地阻断助燃剂与可燃物之间的接触，降低可燃物的温度，并且抑制它们的化学反应。尽管现有的灭火剂可以有效地抑制锂电池内部自身分解产生的放热反应，但由于缺乏氧气，因此只能采取降温的方式来扑灭火灾。此外，由于锂电池通常被多层防护层包裹，使得火灾的扑灭变得更加困难。综合国内外的相关研究，降低电池温度是主要的灭火策略。经过专家的测试，发现不同类型的灭火剂对于锂电池的灭火效果存在显著差异，其中，干粉灭火剂、HFC 灭火剂、水、全氟己酮和 CO2 都可以有效地抑制外部火势，但是，在降温方面，水的效果最为显著，而CO2 的效果则较弱。尽管干粉灭火剂的降温效果不太理想，但它却能够有效地阻止火势的扩散。针对不同类型的火源如：FK-5-1-12和 HFC 的应用进行了深入的研究；同时还包括了其他一些新的化学物质比如新一代卤代烃（Harborside）等也参与到了这个领域当中去。这些试验结果表明所有的测试材料都能够有效降低温度以防止进一步的热量累积从而达到控制燃烧的目的。然而值得注意的是某些特定的类型的新能源车用的高容量正极电芯却无法得到良好的保护措施而导致其发生热失控的现象出现。

3.2电动汽车锂电池灭火措施

电动汽车火灾因其电池系统的特殊性，呈现出蔓延速度快、温度高、可能产生有毒气体等特点，使得火灾救援工作面临严峻挑战。传统的灭火方法可能难以迅速控制火势。因此，针对电动汽车火灾的救援对策需突出快速响应、专业处置和安全优先。

（一）快速评估火势

在电动汽车发生火灾时，首要任务是快速识别火源位置并评估火势的大小。由于电动汽车的电池组可能隐藏在车身底部或车厢内部，消防员需要迅速确定火势是否已蔓延到电池组，并预测火势可能的发展方向。

（二）断电与隔离

纯电动汽车的电池组通常带有高压电，因此灭火前必须首先断电。消防员应使用适当的工具和方法，迅速切断电池与车辆电气系统的连接，并确保电池组与救援人员和其他设备之间保持安全距离，以防触电。

（三）确保人员安全

在电动汽车发生火灾时，首要任务是确保人员安全，疏通道路，保障消防员能够顺利到达现场，利用专业设备评估火势和烟雾情况。迅速疏散乘客，引导他们通过安全出口或紧急疏散门逃离车厢。消防员将采取有效的灭火措施，以阻止火势进一步蔓延，避免造成更为严重的损失。在灭火过程中，消防员还会密切监测火场情况，确保没有遗漏的乘客或危险物品，减少火灾带来的损失。如果火势过大或存在爆炸风险，消防员应迅速撤离现场，确保自身安全。在撤离前，应设置监控设备，持续观察火势发展情况，以便在火势减弱或稳定后重新展开灭火行动。

（四）选择适当的灭火器材

对于电动汽车火灾来说，灭火剂的选择至关重要。由于电池组可能包含锂金属等易燃材料，在火灾中可能会弯曲、变形、损坏，释放有毒气体，因此应避免使用干粉或二氧化碳灭火器等。相反，应优先考虑使用大量水或其他非导电灭火剂，以降低电池组内部的温度并扑灭火源。在灭火过程中，消防员应使用水枪或其他灭火设备，对准火源进行灭火，并持续对电池组进行冷却，以防止电池热失控导致火势重新蔓延。同时，要注意控制灭火剂的用量，避免过多水分渗入电池组内部，造成进一步损害。此外，确保灭火器具的种类和数量充足，并定期进行检查和维护。

4电动汽车火灾的预防管控措施

4.1人防

（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，车辆发生脱底或者碰撞时，容易引起电池变形、线路短路，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。

（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）加强电动汽车火灾消防宣传教育，增强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，增强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。

4.2技防

（一）针对电动汽车火灾灭火剂的研究

为了更好地应对电动汽车火灾，我们需要更多地关注灭火剂的选择。目前，我们已经知道了一些常见的灭火剂，例如干粉、细水雾、氢氟碳、惰气和热气溶胶。我们应该继续努力，探索更有效的灭火方法。除了传统的消防药物，近年来也开发了许多先进的消防技术，其中Noveecl1230是其中的典范。这种消防技术可以更好地控制和预防各种类型的火灾，而且它的消防效率也更高，可能比传统的消防药物更加安全可靠。随着科技的进步，电动汽车已成为新能源的重要象征，但仍有许多挑战需要克服。尤其是在应对动力电池组火灾时，由于实践经验的匮乏，目前尚未出现有效的灭火措施和特定的消防药品。此外，目前尚无关于消防药品的统一标准和行业指南，使得消防工作受到一定的限制。

（二）制定统一能够使用符合标准的充电设施

为了保证电动汽车的安全性，政府制定了统一的充电接口标准，以便各种品牌和型号的电动汽车都能够使用相应的充电设备。此外，充电企业还会定期检查并维护这些设备，以确保它们的安全性。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，降低火灾发生概率。

（三）电动汽车锂电池防火研究

可效仿电动自行车高硅锂电池防护贴开展再研究，防火贴由高硅材料组成，具有结构简单、形状可塑、使用方便和高效环保等特点，可广泛应用于锂电池防火、阻燃、隔热和耐高温，有效降低锂电池受损后的热失控速度、保护电芯的整体完整、防止电解液泄漏，较长时间内将锂电池电芯热失控控制在防护包裹范围内，可在一定程度上减少或抑制烟气火势蔓延，甚至可以阻止火灾的发生，最大限度地保护电芯周边缆线、电路板、电气组件、动力系统和设备整体功能完好。由于，灭火贴是通过理化作用自感触发，有效避免了其他灭火方案中因传感器或线束、插件等失效而造成灭火系统未被有效触发的风险。

4.3物防

（一）电动汽车充电场所位置设置

对于电动汽车电池而言，其工作效能受到外部环境要素如气温等的影响极大，尤其是充电过程中的环境温度对其效果有着显著作用。在寒冷的环境中，电池的放电性能会下降，这会导致同等条件下的车辆运行时消耗更多能量并增加电池使用率。同时，由于低温环境会影响到电动车的充电效率，所以需要确保充电设备的适宜温度以方便电池充电。另外，要建立电动汽车充电站点必须满足一定程度的充电容量要求，即充电点的数量应根据充电需求来确定。而且，电动汽车的需求功率与其存量及每日行程长度密切相关，因此，我们需依据这些数据来科学安排城市内的电动汽车充电设施分布。

（二）电动汽车充电场所消防设施设置

对于电动车存储与充能地点必须提供适当的安全装备如必备的救急工具等；而关于车辆充电装置需具有满负状态下的自控停止机制。若该地段的设计中包含了火灾警报体系（包括声音及视觉警示）或其他类似安全措施的话，那么对上述提到的场地的要求应该进一步提升到更高的级别并加装这些相关防护器械。此外还须配置能够触发紧急供电关闭程序并且能在起火之后迅速执行此操作的功能模块——特别是在涉及电力供应方面尤为重要：即当发现着火情况出现的时候立刻将其彻底关掉！与此同时还要启用相应的备份灯光指引路线以便于人们顺利撤离现场。另外也得确保所有相关的电气接入点都使用不易产生浓厚黑烟的产品作为绝缘材料并在必要情况下采取密封处理方式防止空气流通过剩从而引发更大规模的事故风险。若建筑内部设有灭火器材设施，则其内的每个角落都应该能被喷射的水柱覆盖，并且消防设备柜中必须包含消防软管卷轴装置。由于电动车的起火速度较快并可能引发爆炸风险，因此我们建议避免把消防龙头安置于充电区附近，这可能会对救火人员的生命安全造成威胁。理想的情况是，消防龙头应当布置在易于进入和方便操作的地方，比如大门口或楼梯处等等，尽可能远离充电区域。

结语

综上所述，在新能源汽车火灾事故高发背景下，极大地增加了消防部门救援工作压力、强度和难度。为有效扑救新能源汽车火灾事故，消防部门应当了解火灾事故发生原因，明确火灾发生特点，以此为基础制定科学、可行的灭火救援技术方案，掌握新能源汽车灭火救援技术要点，提高火灾扑救成功率，降低人员伤亡和财产损失，保障新能源汽车产业健康发展。