《城市與減災(zāi)》｜ 張光?。盒履茉雌嚮馂?zāi)撲救技戰(zhàn)術(shù)探討

作者介紹：張光俊，重慶市沙坪壩區(qū)消防救援支隊(duì)高級(jí)工程師，中國人民武裝警察部隊(duì)學(xué)院作戰(zhàn)指揮碩士，主要研究方向?yàn)闇缁鹋c應(yīng)急救援技術(shù)、消防作戰(zhàn)指揮決策等。近年先后主持或參與重慶市市公安局科技攻關(guān)專項(xiàng)重點(diǎn)課題“液態(tài)氣體（液化氣體）呼吸器”“煙熱訓(xùn)練系統(tǒng)”、沙坪壩區(qū)智庫調(diào)研課題“高層建筑火災(zāi)事故應(yīng)急決策研究”等課題研究。發(fā)表論文20 篇，其中4 篇分別被中國消防協(xié)會(huì)、警察大學(xué)評(píng)為一等、二等、三等獎(jiǎng)。

引言

新能源汽車是指除汽油、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)之外所有其他能源汽車，主要包括燃料電池汽車、混合動(dòng)力汽車、氫能源動(dòng)力汽車和太陽能汽車等。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021 年國內(nèi)新能源汽車銷量約為298.9 萬輛，新能源汽車保有量持續(xù)增長。但新能源汽車自燃、起火等安全事故頻發(fā)。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2021 年我國新能源汽車火災(zāi)事故約3000 起，新能源汽車熱失控事故頻發(fā)。

因此，針對(duì)此類新型火災(zāi)事故處置進(jìn)行深入研究，進(jìn)一步探索新能源汽車火災(zāi)撲救技術(shù)方法、戰(zhàn)術(shù)措施、作戰(zhàn)安全防護(hù)顯得十分必要。

一、新能源汽車主要結(jié)構(gòu)分析

（一）新能源汽車的主要結(jié)構(gòu)

新能源汽車主要由電源系統(tǒng)、電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等組成。

電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)示意圖

（1）電源系統(tǒng)包括電源、能量管理系統(tǒng)和充電機(jī)，其功能主要是向電動(dòng)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)電能、監(jiān)測(cè)電源使用情況以及控制充電機(jī)向蓄電池充電。蓄電池在車上安裝前需要通過串并聯(lián)的方式組合成 12V 或 24V 的低壓電源，而電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)一般要求為高壓電源，并且所采用的電動(dòng)機(jī)類型不同，其要求的電壓等級(jí)也不同。為滿足該要求，用多個(gè) 12V 或 24V 的蓄電池串聯(lián)成高壓直流電池組，再通過 DC/DC 轉(zhuǎn)換器供給所需的不同電壓。

（2）電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電子控制器、功率轉(zhuǎn)換器、電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置和車輪， 其功能是將存儲(chǔ)在蓄電池中的電能高效地轉(zhuǎn)化為車輪的動(dòng)能，并在汽車減速制動(dòng)時(shí)將車輪的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能充入蓄電池。

（3）輔助系統(tǒng)包括輔助動(dòng)力源、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、空調(diào)器、照明及除霜裝置、雨刮器和收音機(jī)等， 用于提高操控性和舒適性。

（二）鋰電池的主要結(jié)構(gòu)

以鋰電池為動(dòng)力源的新能源汽車占據(jù)市場(chǎng)的主導(dǎo)地位， 最常見的鋰電池為磷酸鐵鋰電池及三元鋰電池兩種。磷酸鐵鋰電池質(zhì)量能量密度雖不及三元鋰電池，但因其具有較好的熱穩(wěn)定性，成為目前新能源汽車的主要?jiǎng)恿﹄姵?，是?dāng)前滅火救援研究的主要方向。

鋰離子電池主要由正極、負(fù)極、隔膜、電解液組成。正極目前多采用鋰化合物：LixCoO2（氧化鈷鋰）、LixNiO2（鎳酸鋰）、LixMnO2（錳酸鋰）、LixFePO4（磷酸鐵鋰）；主流電池采用的負(fù)極材料是鋰- 碳層間化合物L(fēng)ixC6 ；隔膜為PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯）；電解液為溶解有鋰鹽LiPF6（六氟磷酸鋰）、LiAsF6（六氟合砷酸鋰）等有機(jī)溶劑，有機(jī)溶液主要由DMC（磷酸二甲酯）、EC（碳酸乙烯酯）、EMC（碳酸甲乙酯）、DEC（硝酸二乙酯）等按照一定比例混合而成。

（三）鋰電池火災(zāi)特征

鋰電池從結(jié)構(gòu)上看，密閉空間存儲(chǔ)大量的能量，而“熱失控”是導(dǎo)致鋰離子電池安全隱患的根本原因，有機(jī)小分子引發(fā)的副反應(yīng)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)導(dǎo)致電池?zé)崾Э氐陌l(fā)生。鋰離子電池的熱失控機(jī)理包括三個(gè)階段：

第一階段為鋰電池?zé)崾Э爻跗凇ｋS著電池內(nèi)部溫度升高到90～100℃，負(fù)極發(fā)生分解反應(yīng)并且伴隨熱量和氧氣的散發(fā)。

第二階段為電池鼓包階段。鋰電池在溫度約為250～350 ℃ 時(shí)鋰與電解液中的有機(jī)溶劑[ 碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）和碳酸二甲酯（DMC）] 發(fā)生反應(yīng)，揮發(fā)出可燃的碳?xì)浠衔餁怏w（甲烷、乙烷）。

第三階段為電池?zé)崾Э亍⒈ㄊщA段。在這個(gè)階段中，充電狀態(tài)下的正極材料與電解液繼續(xù)發(fā)生劇烈的氧化分解反應(yīng)，產(chǎn)生高溫和大量有毒氣體，導(dǎo)致電池劇烈燃燒甚至爆炸。

二、新能源汽車火災(zāi)特點(diǎn)

電池作為一種儲(chǔ)能裝置，易受外界環(huán)境和自身制造缺陷影響而引發(fā)熱失控，造成爆炸或火災(zāi)等災(zāi)害事故。電池的火災(zāi)安全性是新能源汽車火災(zāi)安全性的重點(diǎn)，電池組的火災(zāi)特點(diǎn)構(gòu)成了新能源汽車與傳統(tǒng)燃油汽車不同的火災(zāi)特點(diǎn)。

深圳一輛電動(dòng)大巴在充電時(shí)著火燃燒

01事故突發(fā)性強(qiáng)，火勢(shì)蔓延迅速

新能源汽車在正常的行駛、過充電、涉水、機(jī)械濫用、高溫?zé)釠_擊等各種情況下都會(huì)對(duì)電池造成不同程度的損傷， 都有發(fā)生火災(zāi)的可能性。

上海消防研究所選用某一類動(dòng)力電池，將3 片電池芯進(jìn)行并聯(lián)，采用穿刺使其內(nèi)部短路發(fā)生熱失效而燃燒。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)車用鋰電池一旦發(fā)生熱失效，便立即開始劇烈燃燒。

電池從開始燃燒到火焰減弱僅需要6s 的時(shí)間，而火災(zāi)全部熄滅則需要3min 時(shí)間，火焰的最高溫度達(dá)到916℃，車用動(dòng)力電池一旦燃燒，火焰溫度足以引燃周邊任何可燃物，火勢(shì)會(huì)迅速蔓延。

02易復(fù)燃爆炸并有觸電風(fēng)險(xiǎn)、處置危險(xiǎn)高

由于鋰離子電池?zé)崾Э睾?，持續(xù)放熱及放出可燃?xì)怏w， 難以實(shí)現(xiàn)完全滅火，即使明火被撲滅后，其內(nèi)部的放熱反應(yīng)仍在繼續(xù)，所以鋰離子電池火災(zāi)反復(fù)復(fù)燃的現(xiàn)象很容易發(fā)生；

鋰離子電池燃燒伴有大量的熱量和氣體產(chǎn)生，再加上鋰離子電池狹小密閉空間的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在安全閥失效的情況下，能量的積壓足以引發(fā)爆炸；

此外，新能源汽車帶有高壓的大容量電池，基本電壓通常遠(yuǎn)超人體安全電壓，高壓電壓380V 以上，火災(zāi)時(shí)容易發(fā)生漏電產(chǎn)生電擊危險(xiǎn)。

03有毒氣體、液體泄漏造成次生傷害

新能源汽車和內(nèi)燃機(jī)汽車相同，內(nèi)部裝修裝飾材料眾多， 且電子設(shè)備安裝較多，燃燒伴有大量有毒煙氣。而鋰離子電池本身在燃燒過程中也會(huì)產(chǎn)生大量氟化物、烯烴、烷烴、醚等化合物，燃燒前和熄滅后尤為明顯，這些物質(zhì)均具有不同程度的毒性。

鋰離子電池的電解液為有機(jī)易揮發(fā)性液體，而且有明顯的腐蝕性。對(duì)人體的危害極大，可以通過吸入、食入、經(jīng)皮吸收等途徑侵入人體，表現(xiàn)為中等毒性，還具有易燃， 遇明火、高熱有引起燃燒的危險(xiǎn)，其蒸氣比空氣重，能在較低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，遇明火會(huì)引起回燃。

三、新能源汽車火災(zāi)撲救技戰(zhàn)術(shù)

（一）新能源汽車火災(zāi)撲救技術(shù)分析

1. 準(zhǔn)確選擇適用的滅火劑

鋰電池的燃燒特性是導(dǎo)致新能源汽車火災(zāi)難以撲救的主要原因，需要大量的水進(jìn)行撲救， 在救援時(shí)應(yīng)確保水量的充足。

實(shí)驗(yàn)表明，在水中加入F-500 泡沫滅火劑（一種多功能新型環(huán)保滅火劑）和針對(duì)A 類火災(zāi)的一種新型滅火助劑Firesorb，可以大大縮短鋰電池滅火時(shí)間、減少用水量，對(duì)滅火效率是質(zhì)的提高。

應(yīng)盡量減少使用泡沫滅火劑撲救，由于泡沫會(huì)影響鋰電池內(nèi)部熱量的散發(fā)， 而且鋰電池在熱失控發(fā)生后會(huì)釋放出可燃?xì)怏w和氧氣，因而用窒息、抑制或隔離原理滅火的二氧化碳或者泡沫滅火劑的滅火效果就會(huì)受到影響。

2. 科學(xué)實(shí)施固定作業(yè)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、火勢(shì)發(fā)展情況和車體變形程度，判斷是否對(duì)事故車輛實(shí)施穩(wěn)固操作。

由于電池處于熱失控的情況下，側(cè)翻車輛有可能造成電池?zé)崾Э氐募觿。蚨鴩?yán)禁盲目對(duì)車輛進(jìn)行側(cè)翻等操作。

對(duì)于車體未變形的車輛，原則上不需要對(duì)車體進(jìn)行固定；但對(duì)于車體變形的車輛，應(yīng)當(dāng)在到場(chǎng)后的第一時(shí)間對(duì)車體進(jìn)行固定，防止射水造成車體晃動(dòng)，加劇電池反應(yīng)。

3. 第一時(shí)間切斷電源

將鑰匙擰至車輛關(guān)閉（OFF） 狀態(tài)，利用電池組分離閥門切斷電源控制線（電源控制線一般位于車輛后備箱中的駕駛室同側(cè)位置，分離閥門一般設(shè)置在后備箱內(nèi)，如無分離閥門，手動(dòng)斷電時(shí)必須佩帶絕緣手套）， 拔掉動(dòng)力控制器的保險(xiǎn)絲（30A） 。

根據(jù)電池起火、泄漏等情況，采取相應(yīng)的處置措施。如電池未泄漏、未起火，在做好絕緣保護(hù)的前提下，積極救助被困人員和撲滅火勢(shì); 如電池泄漏、未起火或車輛其他部位起火，在做好車輛固定、斷電和人員安全防護(hù)措施的基礎(chǔ)上，車輛熄火5min 后再行處置。

（二）新能源汽車火災(zāi)撲救戰(zhàn)術(shù)措施

1. 接警環(huán)節(jié)提前介入，進(jìn)行了解、詢問、指導(dǎo)。指揮中心在接到新能源汽車著火報(bào)警時(shí)便詢問起火車輛的品牌和型號(hào)，同時(shí)調(diào)閱新能源汽車資料庫，搜索汽車服務(wù)手冊(cè)及隨車《救援指南》等材料。

迅速了解該車的動(dòng)力電池種類和容量， 以及車輛最高電壓、高壓線路走向等，同當(dāng)?shù)亟?jīng)銷商了解相關(guān)信息并做好相關(guān)準(zhǔn)備。接警人員到場(chǎng)前應(yīng)與報(bào)警人取得聯(lián)系進(jìn)行指導(dǎo)，明確告知如果電池組已經(jīng)著火，使用滅火器是無法撲滅火災(zāi)的，應(yīng)立即放棄并疏散下風(fēng)向人員，以保證人員安全。

2. 現(xiàn)場(chǎng)詢情和火情偵察要細(xì)致。指揮員到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)后， 要查清災(zāi)害規(guī)模，被困人員數(shù)量、位置和傷亡情況，特別是儲(chǔ)電單元受損、起火、泄漏部位等情況，要重點(diǎn)查看發(fā)動(dòng)機(jī)室、車門、前翼子板、行李箱等位置的特殊標(biāo)識(shí)，明確車輛種類，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，科學(xué)合理進(jìn)行戰(zhàn)斗部署。

3. 科學(xué)實(shí)施救人行動(dòng)。在有人員被困時(shí)，應(yīng)首先把滅火救援力量放在救人方面，積極營救車廂內(nèi)的被困人員。當(dāng)車門打不開時(shí)，應(yīng)運(yùn)用多點(diǎn)進(jìn)攻戰(zhàn)術(shù)，首先砸破車門窗玻璃，用開花水槍沖擊火焰，阻截火勢(shì)蔓延，為營救人員創(chuàng)造條件， 同時(shí)可利用擴(kuò)張器、切割器、千斤頂、消防斧等工具設(shè)法救人。

破拆車體時(shí)應(yīng)采用霧狀水實(shí)施保護(hù)，防止金屬碰撞、摩擦產(chǎn)生火花，發(fā)生二次火災(zāi)或爆炸燃燒。如果車輛在相撞、傾覆情況下引起火災(zāi)，消防人員必須在滅火的同時(shí)同步展開救人行動(dòng)。

4. 科學(xué)選擇滅火方式。新能源車輛火災(zāi)的特殊危險(xiǎn)性決定了當(dāng)前滅火技術(shù)條件下應(yīng)以救人第一、確保人員安全、防止火勢(shì)蔓延擴(kuò)大和最大限度減少損失為目的，應(yīng)區(qū)分著火部位情況和現(xiàn)場(chǎng)主要任務(wù)，合理選擇滅火方式。

（1）水冷滅火。高壓電池未著火時(shí)，可按照傳統(tǒng)車輛火災(zāi)處置方法進(jìn)行滅火。當(dāng)高壓電池著火時(shí)，可采取水冷滅火， 應(yīng)使用大量的、持續(xù)的水進(jìn)行撲救，撲救人員注意保持安全距離。當(dāng)電池發(fā)生事故未見明火，有大量煙霧冒出時(shí)，在確保其他完好電池從車上卸載之后，再采用大量、持續(xù)的水對(duì)冒煙部位進(jìn)行連續(xù)噴射，以降低溫度和減少有毒有害氣體對(duì)周圍環(huán)境造成影響。

（2）稀釋送風(fēng)。當(dāng)有人員被困或高壓電池未起火時(shí)，應(yīng)選擇主動(dòng)滅火。在持續(xù)用水冷卻滅火的同時(shí)，設(shè)置水幕稀釋保護(hù)；可利用水驅(qū)動(dòng)排煙機(jī)、移動(dòng)送風(fēng)機(jī)等裝備驅(qū)散救援區(qū)域煙氣濃度；如果高壓電池著火，應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)力電池溫度， 防止熱擴(kuò)散或復(fù)燃。

（3）灌注滅火。車輛電池燃燒持續(xù)時(shí)間長，水冷卻效果不佳，當(dāng)無人員被困時(shí)，也可利用現(xiàn)場(chǎng)材料（如擋板、沙土等） 圍欄筑壩，灌注泡沫覆蓋滅火。

（4）轉(zhuǎn)移滅火。當(dāng)燃燒車輛對(duì)周圍有較大影響（如停車場(chǎng)、地下車庫等）且現(xiàn)場(chǎng)不可控時(shí)，可嘗試將車輛轉(zhuǎn)移至空曠安全地帶。

（5）控制監(jiān)測(cè)。當(dāng)高壓電池發(fā)生燃燒，沒有人員被困以及沒有足夠水源的情況下，可采用控制式滅火。當(dāng)滅火劑很難到達(dá)電池的燃燒單元時(shí)，可控制現(xiàn)場(chǎng)，監(jiān)測(cè)其穩(wěn)定燃燒。任何未佩戴呼吸防護(hù)裝備的人員應(yīng)處于火災(zāi)上風(fēng)向，避免吸入煙氣中的有毒物質(zhì)。

（三）新能源汽車火災(zāi)撲救安全防護(hù)

1. 電動(dòng)汽車火災(zāi)撲救中，消防指戰(zhàn)員必須做好個(gè)人安全防護(hù)。穿著全棉防靜電內(nèi)衣、滅火防護(hù)服，佩戴消防頭盔、手套、靴子、頭套、空氣呼吸器等基本防護(hù)裝備。

消防救援人員撲救新能源汽車

2. 進(jìn)入高溫、熱輻射強(qiáng)或有爆炸危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，應(yīng)根據(jù)事故現(xiàn)場(chǎng)情況穿著消防隔熱服、避火服或者防爆服。

3. 靠近起火車輛作戰(zhàn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況穿戴絕緣靴、絕緣手套等防護(hù)裝備，攜帶漏電探測(cè)儀、接地線（棒）等器材。

結(jié)語

新能源汽車火災(zāi)事故是當(dāng)前消防救援隊(duì)伍面臨“全災(zāi)種、大應(yīng)急”又一新的滅火救援課題。

本文介紹了新能源汽車的主要結(jié)構(gòu)和鋰電池結(jié)構(gòu)，并對(duì)鋰電池火災(zāi)特征展開了詳細(xì)闡述；在系統(tǒng)歸納新能源汽車的火災(zāi)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，深入分析了新能源汽車火災(zāi)撲救技戰(zhàn)術(shù)措施，對(duì)所涉及的滅火技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)、注意事項(xiàng)進(jìn)行了詳細(xì)說明，對(duì)于消防救援隊(duì)伍撲救此類火災(zāi)具有一定的參考意義。