电动汽车消防灭火方法探索_彭长剑.pdf

33电力安全技术第24卷(2022年第12期)电动汽车消防灭火方法探索彭长剑1，凌和平2(1.广东省消防总队深圳支队福田大队，广东 深圳 518000；2.比亚迪汽车工业有限公司，广东 深圳 518118)Exploration on Fire Fighting Methods for Electric VehiclesPENG Changjian1,LING Heping2(1.Futian Fire and Rescue Section of Shenzhen Branch of Guangdong Public Security Fire Control Corps,Shenzhen 518000;2.BYD Auto Industry Co.,Ltd.,Shenzhen 518118)摘 要 电动汽车灭火方法优化和灭火效率提升一直是行业的重点研究课题。通过电动汽车火烧试验和电动汽车灭火案例分析，探究不同因素对灭火效率的影响以及总结出电动汽车的灭火经验，以提升电动汽车火灾防护能力和灭火效能。关键词 电动汽车；电池系统；灭火试验；灭火总结Abstract:Optimization of the fire extinguishing methods and the fire extinguishing efficiency of electric vehicles has always been among the key research topics in the industry.Through electric vehicle fire test and fire extinguishing case analysis of electric vehicles,the influence of different factors on fire extinguishing efficiency are studied,and the fire extinguishing experience of electric vehicles,so as to improve the fire protection ability and fire extinguishing efficiency of electric vehicles.Key words:electric vehicle;battery system;fire extinguishing test;fire extinguishing summary中图分类号:TM08 文献标识码:A 文章编号:1008-6226(2022)12-0033-040引言电动汽车因其具有结构简单、噪音低、零排放等优点，已成为新能源汽车的重要发展方向。电动汽车主要以锂离子动力电池为动力源1，且随着动力性、续航里程的明显提升，其产量与市场占有率逐年增加，并形成了一定的市场规模2。在逐渐走进千家万户的同时，电动汽车的起火事故也不断增多，其安全性已成为行业发展面临的重大挑战3-5，也是当前亟待解决的问题6。1电动汽车火灾防护现状目前行业内改善电动汽车安全性能的措施主要分为提升电池系统安全性和整车高压系统安全防护两个方面，国家也出台了相关安全性标准，并且不断更新完善。总结已开展的研究，电动汽车火灾的控制难点和危害性主要体现在几个方面6。(1)起火后，火势发展迅速，燃烧温度高，突发性强，预测困难。(2)锂离子电池具有热失控蔓延速度快、燃烧时间持久的特点7。(3)动力电池系统安装在底盘下部，由于存在车身和隔热等结构防护，很难将水直接喷射到起火动力电池上，导致灭火困难。(4)电动汽车燃烧会释放大量浓烟和有毒气体，不仅污染周边环境，而且容易造成被困人员和救援人员中毒窒息。(5)灭火技术要求高，电动汽车的高压线路一旦处置不当，很可能对救援人员造成电击伤害。第24卷(2022年第12期)电力安全技术34(6)灭火后，动力电池存在复燃的可能性。为了避免动力电池起火事故，大多数新能源车企采取控制或保护电池系统的方式，在出厂前进行整车安全性测试，如碰撞、翻滚、涉水、底部防护等，在一般危险情况下利用车身结构强度达到保护电池系统的目标8；同时，在电池系统内部铺设一层防火毡，在车身发生起火或局部过热时，产生的热量和火势不会立即蔓延到整个电池系统，避免火势迅速扩大，为灭火争取更多的时间9。对于安装在电动汽车底部的电池系统，相关的防护结构虽保护了电池系统，但也使得消防水不能直接喷射到电池系统上，给灭火带来了困难；除动力电池系统外，车身本身的可燃物和电气系统都可能是起火的原因10。因此，当车身起火后火势得不到及时控制，将会造成更大的破坏11，这就对电动汽车灭火效率的提升提出了更高要求。2电动汽车火烧试验2.1试验对象试验采用三款结构与功能都较为完整的电动汽车车身，具有相同的内饰结构和驱动系统，在搭载电池系统后均可正常行驶。车身具备自动断高压电功能，即整车在火灾、碰撞等事故发生时，监测系统会自动报警同时使动力电池系统的继电器断开，使车身与动力电池的高压电隔离，降低电气火灾发生的可能，也确保了乘车人员不会触电。动力电池系统采用磷酸铁锂/石墨材料体系的锂离子动力电池串联组成，且动力电池单体与系统均满足 GB 380312020电动汽车用动力蓄电池安全要求中的性能与安全要求。在试验前，电池系统充电至 100%荷电状态(stateofcharge，SOC)。2.2整车起火与灭火方法2.2.1引燃方法试验所用的三款车身分别命名为车身 A、车身B、车身 C。车身 A 不搭载动力电池系统，车身 B与车身 C 搭载 100%SOC 的动力电池系统。为避开前舱的可燃部件，将引燃位置选取在前舱最前端，并选取酒精块为引燃物，泡沫棉为助燃物。2.2.2灭火方法试验采用消防水枪在车身周围喷水灭火，水源为自来水，具体方案如下。(1)车身 A 在车身完全燃烧时进行喷水灭火。(2)车身 B 在车身完全燃烧使电池系统发生热失控并经过蔓延后进行喷水灭火。(3)车身 C 在车身充分燃烧且电池系统充分热失控后火势逐渐减弱时进行喷水灭火。灭火过程中使用测温枪进行温度监测，在车身各处不高于 100 时，停止灭火；为了减少电池系统复燃带来的影响，车身 B 和车身 C 在试验后12 h 内利用测温设备对车身底部与电池系统位置进行温度监控，若存在异常高温，及时喷水降温，测温间隔为 30 min。2.3试验结果与讨论2.3.1车身 A 测试点燃放置在整车前舱前端位置的酒精块，开始试验。试验初期，火势由小变大逐渐蔓延至前舱，前舱内的塑料护板与绝缘屏蔽层等可燃物使火势进一步增大，前舱完全燃烧，燃烧过程中有大量黑烟产生(注意采取保护措施，防止吸入烟气)；试验进行到 27 min 时，火势已经从车身前舱位置蔓延到全部车身，此时前舱、车内、车轮以及车身边缘位置都在燃烧，车身内的多处结构已经因火势和高温而被严重破坏；27 min 44 s 时，利用消防车高压水枪进行喷水灭火，火焰逐渐熄灭，产生的黑烟逐渐变化为白色烟雾；喷水灭火 2 min 48 s 后，扑灭可见明火，但仍有大量白色浓烟；持续向车身喷水，使车身降温以防止复燃；喷水灭火 11 min 12 s 后停止，白色烟雾开始散去，静置观察 30 min，白色烟雾消失，无明火出现，试验完成，消防用水量约为 4 t。根据视频和现场监测的结果，在试验开始5 min 后，烟气蔓延到车身内部；10 min 后，火势蔓延至车内。所以，不考虑风向影响，驾乘人员预计有 5 min 逃离危险的时间。白色烟雾产生的原因判断有 2 点：一是可燃物不充分燃烧产生的烟；二是喷水产生的水蒸气在空气中遇冷液化而产生。2.3.2车身 B 测试车身 B 燃烧前期现象与车身 A 相同，但在火焰向车内蔓延过程中，发生了安全气囊着火爆炸(进行灭火操作前，需清楚安全气囊位置，警惕其爆炸危险)；在点火 33 min 16 s 后，动力电池系统发生热失控，此时火势已经蔓延至整个车身，车身上多35第24卷(2022年第12期)电力安全技术处出现剧烈的电弧现象；试验进行到39 min 43 s时，火势没有减轻，电池系统热失控尚未结束，此时开始喷水灭火，喷水后同样会产生大量的白色烟雾；喷水灭火约 2 min 58 s 后，明火基本扑灭，持续喷水灭火，多处位置不断有小火苗“窜出”，电池系统还在发生热失控；喷水 14 min 20 s 时，还有部分白色烟雾从车身底部电池系统散出；喷水灭火36 min 41 s 时，白色烟雾基本散去，停止水枪喷水，改为“水雾”喷水；“水雾”喷水 12 min 14 s 时，白色烟雾完全散去；“水雾”喷水 30 min 后观察，水可以通过底盘流向电池系统，持续不断降温且电池系统失效，试验完成。试验后监测温度 12 h，未出现异常现象，消防用水量约为 15 t。灭火过程中出现了小火苗，主要是电池包内高压线束绝缘层损坏以及车身金属结构和电池系统间绝缘结构和位置发生改变，金属结构接触到高压线束，发生短路产生电弧，外在表现为火星或火苗向周围散发。电弧产生时会伴随极高的温度，进一步引发锂离子电池热失控。2.3.3车身 C 测试结果点火 31 min 40 s 后，火势蔓延至整个车身；34 min 38 s 时，电池系统开始热失控，此时有明显的火焰从车身右侧底部喷出，并且伴有电弧；试验进行到 63 min 时，火势彻底减弱，但在车身底部位置还有火焰存在，电池系统还在起火，此时进行灭火；喷水 2 min 12 s，明火被扑灭，灭火过程中产生大量的白色烟雾；喷水 14 min 3 s，停止灭火，此时有轻微的白色烟雾产生，16 min 12 s 后白色烟雾彻底消失。试验后监测温度 12 h，未出现异常现象，消防用水量约为 5 t。在车身 C 灭火过程中，随着喷水的进行，白色烟雾呈逐渐减弱的趋势，表明电池系统已全部热失控。事后拆解进行分析，车身底盘位置有两个烧穿的孔洞，分别在电池总正、总负极铜排对应的位置，判断是电池系统绝缘遭到破坏后，正负极铜排接触到车身底盘钢结构发生剧烈短路导致。由此推断，起火过程中，即使电池系统与车身之间高压回路已经断开，火焰蔓延至动力电池绝缘结构和车身支撑结构后，使其损坏失效，车身是有可能带有高压电的，对于灭火人员存在较大的触电风险，故在灭火救援时应避免处于电池系统与车身高压电回路之间。2.4试验结论与总结电动汽车火烧试验过程中，车身 A、车身 B、车身 C 在灭火过程中分别用水 4 t，15 t，5 t，灭火用时分别为 11 min 12 s，36 min 41 s，14 min 3 s，试验过程分析得出。(1)由于电动汽车电池系统一般放置于车身底盘下部，消防用水无法直接喷射到电池上，故搭载有电池系统且发生热失控的车身 B、车身 C 的灭火用水量和时间均高于车身 A。(2)同样，由于不能有效地阻止电池热失控，车身 B 灭火用水量远远高于车身 A 与 C。(3)对比车身 A 和 C 的灭火过程，虽灭火时机不同，但车身C的灭火用水量并不比车身A的少，也一定程度上反映了电池灭火的难度。(4)对比车身 B 和车身 C 的试验时间，车身 B火势进行和灭火共用时 76 min 24 s，车身 C 共用时 74 min 3 s。从灭火效率看，电池发生热失控后，若无有效的手段去阻止热失控的进行，对灭火行动的人力物力均会产生浪费；从环保角度看，及时灭火可减少黑烟的产生。通过试验论证，在电池发生热失控时，应及时将消防水直接喷射到电池上，通过不断降温等来阻止热失控的发生，才能从根本上提升灭火效率。3案例分析与总结案例一：2020-05-26，深圳市福田区皇岗路与莲科路路口发生一起两车追尾交通事故。事故发生后，电动货车底盘位置电池发生起火，火势蔓延迅速，并出现了爆燃现象。期间有人尝试上前施救以及用灭火器灭火，但电动货车燃烧猛烈，灭火效果不佳，待消防救援力量到场后，由于火势发展迅速，大火已将整台车吞噬，导致驾驶人当场死亡。案例二：2019-09-16T0