電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池組火災(zāi)預(yù)防及對(duì)策

電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池組火災(zāi)預(yù)防及對(duì)策摘要：目前，我國(guó)的各行各業(yè)建設(shè)的發(fā)展迅速，電動(dòng)汽車(chē)是新能源研究的重要對(duì)象，也是生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的新方向。電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行主要?jiǎng)恿υ谟趧?dòng)力電池組。作為國(guó)家重點(diǎn)扶持項(xiàng)目，電動(dòng)汽車(chē)很大程度上改變了我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)。但是實(shí)際應(yīng)用中卻頻繁出現(xiàn)動(dòng)力電池組火災(zāi)現(xiàn)象，威脅到電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行安全，為大眾帶來(lái)安全風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)這種情況，必須加大對(duì)電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池組火災(zāi)研究力度，做好火災(zāi)預(yù)防工作，保障電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行安全。關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；動(dòng)力電池組；火災(zāi)預(yù)防；對(duì)策引言隨著我國(guó)持續(xù)不斷地實(shí)施新能源汽車(chē)戰(zhàn)略，電動(dòng)汽車(chē)(EV、HEV、PHEV)行業(yè)成為國(guó)家重點(diǎn)扶持的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，對(duì)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)改革、打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)具有重要意義。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年全國(guó)純電動(dòng)汽車(chē)(EV)銷(xiāo)售完成97.2萬(wàn)輛，占新能源汽車(chē)全年銷(xiāo)售總量的80.60%；截止2019年底，全國(guó)純電動(dòng)汽車(chē)保有量310萬(wàn)輛，占新能源汽車(chē)保有總量的81.19%，純電動(dòng)汽車(chē)已成為新能源汽車(chē)發(fā)展的主流。然而近年來(lái)，電動(dòng)汽車(chē)引發(fā)的火災(zāi)已造成了巨大的生命和財(cái)產(chǎn)損失，讓電動(dòng)汽車(chē)安全性受到質(zhì)疑，加劇了人們對(duì)電動(dòng)汽車(chē)安全隱患的憂(yōu)慮。1電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池組火災(zāi)特點(diǎn)分析1.1燃燒速度快、溫度高電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池核心為鋰離子，實(shí)際使用中，溫度會(huì)對(duì)存儲(chǔ)性能、循環(huán)性能、使用壽命等造成影響，溫度過(guò)高或者過(guò)低，電池的使用容量、殘余容量、恢復(fù)容量都會(huì)發(fā)生變化。大倍率充電會(huì)產(chǎn)生過(guò)多熱量，破壞電池?zé)崞胶?，不能及時(shí)將化學(xué)反應(yīng)放出熱量迅速疏散，就會(huì)引發(fā)熱失控現(xiàn)象。一旦出現(xiàn)熱失控，電池起火，燃燒速度非?？?，并伴隨大量易燃?xì)怏w，迅速升高燃燒溫度。2019年4月22日上海一小區(qū)地下車(chē)庫(kù)內(nèi)特斯拉突然自燃起火。事發(fā)當(dāng)?shù)卣块T(mén)、物業(yè)居委、消防部門(mén)，以及涉事車(chē)主和特斯拉方面在內(nèi)，進(jìn)行了非公開(kāi)磋商，并給出了調(diào)查報(bào)告，認(rèn)定起火部位位于車(chē)輛底盤(pán)電池系統(tǒng)第15、16號(hào)模組處，起火原因?yàn)殡姵毓收掀鸹?。根?jù)電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)事件統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，過(guò)去8年中，國(guó)內(nèi)新能源車(chē)著火事件中與動(dòng)力電池相關(guān)案例為92例，占比高達(dá)86%，直指電動(dòng)汽車(chē)上化學(xué)性質(zhì)最活躍的鋰離子動(dòng)力電池。鋰電池燃燒過(guò)程中會(huì)噴射易燃?xì)怏w，噴射距離≥6m，并迅速散射到周?chē)?。電?dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池組中鋰電池燃燒溫度＞926℃，而普通汽油燃燒溫度為389℃，增加了消防難度。鋰電池?zé)崾Э貭顟B(tài)中，SEI膜被迅速分解，鋰電池中的正極與負(fù)極、電解液等發(fā)生明顯氧化還原反應(yīng)，部分銅箔被融化，這期間的溫度甚至超出銅熔點(diǎn)≥1083℃。在這種條件下，化學(xué)反應(yīng)速度明顯加快。針對(duì)鋰電池中電芯燃燒試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，一旦出現(xiàn)明火，產(chǎn)生較大火焰到完全熄滅，間隔時(shí)間僅為7s，由此可見(jiàn)動(dòng)力電池組燃燒速度之快。1.2動(dòng)力電池組火災(zāi)伴隨中毒、爆炸、觸電風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)力電池組火災(zāi)一直困擾著電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展研究，結(jié)合對(duì)動(dòng)力電池組燃燒研究發(fā)現(xiàn)，其核心鋰離子比較活躍，若在空氣中暴露，與空氣中的氧氣產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，并釋放出大量熱量，溫度變化明顯，甚至出現(xiàn)燃燒或者爆炸。鋰電池應(yīng)用中如果出現(xiàn)燃燒現(xiàn)象，直接接觸到空氣氧氣，經(jīng)過(guò)氧化反應(yīng)產(chǎn)生甲苯、氟化氫、苯乙烯等有毒氣體，若長(zhǎng)期不散去，致使人體出現(xiàn)不同程度的中毒現(xiàn)象，這方面也為消防處理以及人員救助帶來(lái)很多不便。電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行主要?jiǎng)恿Ρ闶莿?dòng)力電池組，電動(dòng)汽車(chē)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)運(yùn)行離不開(kāi)直流電、交流電，這些電壓標(biāo)準(zhǔn)非常高，遠(yuǎn)超過(guò)人體接受范圍。一旦電動(dòng)汽車(chē)出現(xiàn)漏電或者其他電流現(xiàn)象，都會(huì)為駕駛?cè)藛T帶來(lái)生命威脅，加劇電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電阻火災(zāi)現(xiàn)象。2動(dòng)力鋰電池的火災(zāi)危險(xiǎn)性研究進(jìn)展電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力鋰電池火災(zāi)事故呈現(xiàn)：一是火勢(shì)蔓延迅速，燃燒溫度高；二是潛在危險(xiǎn)多，有中毒和爆炸危險(xiǎn)；三是持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，存在復(fù)燃可能。研究發(fā)現(xiàn)單個(gè)鋰電池也能釋放出相當(dāng)強(qiáng)的熱量和有毒氣體。NeilS.Spinner等[17]分析出CO、CO2和CH4是電池爆燃產(chǎn)生的主要?dú)怏w，其中電池電解質(zhì)分解產(chǎn)生大量CH4，而CH4與氧氣完全或不完全燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生CO和CO2，揭示了鋰電池火災(zāi)的危險(xiǎn)性。研究了動(dòng)力鋰電池暴露在受控丙烷(C3H8)火災(zāi)中的熱釋放率、有毒氣體排放以及電池溫度和電壓，發(fā)現(xiàn)SOC值越低，氫氟酸(HF)含量越高。發(fā)現(xiàn)鋰電池SOC為0%時(shí)產(chǎn)生氣體中CO含量最大，煙氣毒性最強(qiáng)；50%時(shí)煙氣生成量最大，但CO含量相對(duì)較少，鋰電池噴射式燃燒的特征最明顯等。以電動(dòng)客車(chē)常用的磷酸鐵鋰電池為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)快速充電的鋰電池點(diǎn)燃時(shí)間短且燃燒強(qiáng)度大；豎直放置的鋰電池比水平放置的更易發(fā)生燃爆現(xiàn)象。熱過(guò)載條件下三元鋰電池的熱失控實(shí)驗(yàn)，依次經(jīng)歷了“變形-冒煙-火星四濺-著火”四個(gè)階段，對(duì)鋰電池?zé)崾Э匾莩龅臍怏w進(jìn)行了分析，有大量CO、H2、CH4、乙炔(C2H2)、乙烯(C2H4)、五氟磷酸(PF5)等有毒有害氣體產(chǎn)生。對(duì)單體三元鋰電池實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)：最長(zhǎng)噴射距離可達(dá)5m，火點(diǎn)最遠(yuǎn)距離可達(dá)6m，得出三元鋰電池?zé)崾Э貎?nèi)部溫度較高，大于逸出可燃?xì)怏w的點(diǎn)火能，形成噴射火。在全密閉環(huán)境開(kāi)展三元鋰電池單體的熱失控實(shí)驗(yàn)，依次經(jīng)歷了鼓包、冒煙、活性噴射及爆燃四個(gè)熱失控階段。鋰電池在不同氣壓下的火災(zāi)危險(xiǎn)性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，得出單電池的點(diǎn)火時(shí)間隨SOC升高而減少，質(zhì)量損失隨壓力的增大而增大，電池在低壓下點(diǎn)火速度加快，而單電池和電池組的質(zhì)量損失、熱釋放速率和總放熱量都降低。過(guò)充、鋰枝晶、外界撞擊及隔膜缺陷等對(duì)鋰電池火災(zāi)事故的影響，通過(guò)鋰電池火災(zāi)事故原因分析，提出了鋰電池滅火對(duì)策。此外，研究人員還對(duì)動(dòng)力鋰電池整車(chē)火災(zāi)的危險(xiǎn)性進(jìn)行了研究。通過(guò)數(shù)起電動(dòng)汽車(chē)事故案例，分析了火災(zāi)特點(diǎn)及滅火危險(xiǎn)性，從電動(dòng)汽車(chē)結(jié)構(gòu)和火災(zāi)危險(xiǎn)性出發(fā)，提出識(shí)別、警戒、防護(hù)、斷電和滅火藥劑選擇等滅火救援措施。以?xún)善痄囯姵仉妱?dòng)車(chē)火災(zāi)事故為例，比對(duì)鋰電池?zé)崾Э氐哪M實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出動(dòng)力鋰電池整車(chē)初期火災(zāi)特征，通過(guò)機(jī)理分析驗(yàn)證鋰電池起火初期本質(zhì)為氣體火災(zāi)，具有爆炸起火的特征。3電動(dòng)汽車(chē)鋰電池滅火技術(shù)3.1掌握滅火操作鋰電池起火時(shí)具有高熱量和火勢(shì)迅猛等多種多樣的特征，應(yīng)該在火災(zāi)初期考慮使用水基型滅火器，對(duì)火勢(shì)加以控制；此外針對(duì)燃燒產(chǎn)生的大量熱量，應(yīng)該斷電的狀態(tài)之下，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)借助水進(jìn)行降溫和控火，防止火勢(shì)的蔓延；在這運(yùn)用河沙對(duì)起火電動(dòng)車(chē)底部加以覆蓋，控制蔓延的程度。3.2落實(shí)安全管理一相應(yīng)位置的設(shè)置。電動(dòng)汽車(chē)的火災(zāi)危險(xiǎn)性和滅火難度較大，因此應(yīng)該將電動(dòng)汽車(chē)和充電樁設(shè)置于室外。若是設(shè)置于室內(nèi)和地下車(chē)庫(kù)中，必須要采取集中設(shè)置的方案，同時(shí)和其他車(chē)庫(kù)間做好防火隔離舉措，相鄰的充電柱也應(yīng)該保持一定的防火間距，不應(yīng)該在兩米以?xún)?nèi)。二合理配置設(shè)施。按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和要求，應(yīng)該配置特定數(shù)量的滅火器材，同時(shí)搭配使用消防設(shè)施，依照實(shí)際的情況合理的配備室內(nèi)外的消火栓系統(tǒng)和移動(dòng)式干粉滅火器等。三做好電源管理。充電樁配電箱的電源控制開(kāi)關(guān)應(yīng)該采取統(tǒng)一管理的方案，若是遇到緊急的情況，必須第一時(shí)間斷電，避免火勢(shì)進(jìn)一步蔓延，相應(yīng)的滅火救援也可獲取可靠的保障。4結(jié)束語(yǔ)綜上所述，電動(dòng)汽車(chē)為新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)更多機(jī)會(huì)，我國(guó)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)研究生產(chǎn)非常重視。動(dòng)力電池組火災(zāi)的預(yù)防與處理是改善電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池組不足，優(yōu)化升級(jí)的重要前提