新能源汽车安全充电管理运维系统功能介绍

摘要:近年来，随着国家碳达峰和碳中和目标的提出，国家节能减排政策实施力度的进一步加大大众的环保意识、环保理念进一步深入人心，同时根据国家战略安全需要，新能源汽车行业异军突起，发展迅猛。随着新能源汽车数量的不断增长，其火灾的发生率也越来越高。对此，需首先了解新能源汽车发生火灾的原因，并以此为基础制定灭火数援技战术措施，才能大限度降低人民群众生命财产损失。为此，本文主要探讨新能源汽车火灾发生的原因和基本的灭火救援处置措施，

关键词:新能源汽车;火灾原因;火灾数援

0.引言

新能源气车指的是采用非常规的车用燃料(汽油、柴油以外的燃料为动力)作为动力来源或采用新型车载动力装置，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成技术原理先进，具有新技术、新结构的汽车，近年来，随着科技的飞速发展，新能原技术的发展也进入了快车道，在这当中新能源汽车产业的发展速度尤为突出，其种类和数量也日益增多。根据国家对新能原汽车的相关界定，目前大致分为电动汽车、燃料电池汽车、燃气汽车、储能及其他新能源汽车。截止2021年底，据不完全统计全国新能原汽车保有量785万辆，其中电动汽车保有量650万辆，占新能原汽车总量的82%。笔者此次主要以电动汽车为例，对灭火数援措施进行探讨。

1.电动汽车分类及辨识概述

电动汽车主要采用电力发动运转，是以动力电池为独立或其中一种驱动能源的汽车。目前主要为纯电汽车(EV/BEV)、混电汽车(HEV)、插电汽车和增程汽车，其中插电汽车又分油电混合动力汽车和气电混合动力汽车，其车型已经涵盖了从乘用车、客运车、货运车、专用车到特种车的各个车型，其主要辨识要点为车牌:小型电动车为渐变绿色，大型电动车为黄绿双拼色，并带有特殊字母“D”(纯电动)或“F”(非纯电动)，车身或车尾带有“EV”和“电动汽车”字样。

当然此分类方法并非绝对。一是电动汽车通常悬挂“D”、"F”号牌区别纯电和混电，但国内部分地区已启用电动汽车专用号段，如上海、河南等地启用“A”段号牌:二是从2018年开始国家出台新能源汽车专用牌(绿、黄绿)规定，但允许之前已上营通脚照的车辆继续保留，也就是说还有相当数量非专用牌照的新能原汽车在使用。因此，不同地区、不同企业、不同品牌的电动汽车仅从车辆号牌和外观标识不能直接进行判别分类，还需根据现场具体车型、查阅厂家信息等方式进行综合侦查、核查、甄别、确认。

2 电动汽车动力电池主要构型

2.1 动力电池组的化学原理

锂离子电池的原理是锂离子进行了氧化还原反应后电解形成化学键放电。锂电池主要由正极、负极、电解质、隔膜以及外壳构成，其中，正极材质为碳极，负极材质为锂化合物，电解质材质为石墨层间化合物，隔膜通常采用PE.PP等复合膜，而外壳通常采用钢或铝等金属材质。为了保障电池的使用寿命以及安全性，锂电池正极材料是生产的关键，目前锂电池所采用的材料种类较多，不同材料之间存在较大的差异性,采用最多的为钴酸锂、磷酸铁锂、镍酸锂、锰酸锂、三元等材料，通常情况下，性能较好的正极材料将会占较高的成本，但也是保证锂电池性能的关键。在上述的正极材料中，磷酸铁锂、镍酸锂、锰酸锂将成为未来的主流材料，其中磷酸铁锂(特点:稳定性好、安全性高，材料常见、成本较低，可充放循环次数多、寿命长,客运车、货运车、专用车使用居多)依托于其高性价比以及安全性，将在电动汽车中得到重要应用,目前三元材料(特点:单体能量密度高、重量轻，电芯容量小、难以组合大电量，热失控温度低、安全性差，乘用车使用居多)在市场中占有90%的份额，并且占有率预计将在2025年达峰。虽然磷酸铁锂储能率远低于三元材料，但就电池的火灾安全性能方面来说，磷酸铁锂材料的特性要优于三元材料。

2.2 动力电池组的物理结构

为了保证充电的稳定性，也为了达到功率需求,需将以往电瓶式整体结构转变成电芯较多并联而成的电池组，在汽车电控芯片的组织下展开充放电。为防止电池充电期间因热失控而发生自燃现象，为此在制造电池时采用热失控防护设计，而电芯的封装方式可结合不同形状，如圆柱、方形、软包电池等形状，隔离方式主要采用隔热材料或隔热板，并将其组装成电池组并安置在车辆底盘中部。当前，除了采用新的安全化学材料为正极来提高电池组的安全性以外，还可通过改进电芯物体排布保护设计提高电池安全性，目前，走在前端的电池主要为弹匣电池和刀片电池，但汽车厂商在对电池安全性检测时使用的穿刺法只能验证因热失控而出现的问题，而一旦遇上车辆碰撞、短路、高热等问题时则无法采用电池排布法确保电池的安全性。

3 电动汽车起火原因及危险性

3.1电路短路或过载

电动汽车主要是以电力为能源，所以其起火现象经常产生于电力层面。运行过程中的电路短路成为引发火灾的主要原因之一。一方面，如果电动汽车的电路存在局部电阻过大或者是由于线路接点不牢，就有可能引起热能产出增大，若没有得到及时处理解决，热量就会持续累积，从而导致导线接点发热起火，电动汽车发生自燃。另一方面，部分车主对于汽车结构的重要性认识不足，私自对汽车进行各种改装，然而由于其缺乏专业的知识，改装环节就造成电路结构布局以及线路方面出现偏差。这样一来，就很有可能引发电力功率过大的问题,加快线路的老化，严重的甚至造成电路短路，引发火灾。再一方面，车主长时间插入充电桩充电未拔出，造成车辆动力电池过载或其他原因引起的在充电过程中车辆本身或充电桩火灾。

3.2高温部件引燃可燃物

电动汽车在运行过程中部分设备会产生大量的高温，该部位如果和可燃物接触，就很有可能引发火灾。现阶段的电动汽车一般都是装备有催化反应器以及消声器排气管等设备，前者进行催化作用，后者进行声音的消除以及废气的排放。一方面在汽车运行过程中，消声器排气管是全车外漏部分当中工作温度高的部件，一旦外界的可燃物和消声器排气管接触，就会因为温度过高而引发火灾。另一方面，电动汽车在运行中很容易碾压到易燃物或是停留在可燃物的上方，这种情况下，如果车主没有及时发现，排气管产生的高温就会和可燃物相接触，从而造成火灾。而且在电动汽车中，还存在装配不当的现象，车辆缺乏良好的防光能力，夏季阳光直射状态下，就很有可能引发车内的相关物体燃烧或爆炸。

3.3易复燃爆炸并伴有触电、中毒风险、处置危险性高

由于锂离子电池热失控后，持续放热及放出可燃气体，难以实现完全灭火，即使明火被扑灭后，其内部的放热反应仍在继续，所以锂离子电池火灾反复复燃的现象很容易发生;锂离子电池燃烧伴有大量的热量和气体产生，再加上锂离子电池狭小密闭空间的结构特点，在安全阀失效的情况下，能量的积压足以引发爆炸;此外，电动汽车带有高压的大容量电池，基本电压通常远超人体安全电压，高压电压380V以上，火灾时容易发生漏电产生电击危险;同时因内部电化学反应会产生一氧化碳、甲烷等有毒窒息性气体，灭火救援过程中存在中毒风险。

4 电动汽车火灾扑救方法

4.1 选用适当的火灾扑救的灭火剂

电动汽车火灾主要因交通事故、自身设备故障或自然等原因，导致汽车非动力电池组着火、动力电池组热失控-电解质喷溅、冒烟着火，此时应根据现场具体情况选用合适灭火剂。根据德国机动车监督协会的研究及实验论证，得出水是可成功扑救电动汽车火灾的有效目廉价灭火剂。

4.2 不同火灾场景处置方式

针对电动汽车非动力电池组火灾(车辆轮胎、内饰、电缆导线等着火)，如果火势不大，可利用二氧化碳或ABC类干粉灭火器灭火，也可利用大量水或泡沫进行强制灭火，同时注意对动力电池组进行冷却降温,防止动力电池组过热引发着火或爆炸。

针对电动汽车动力电池组火灾-有人员被困，视情采用灭火毯等器材对被困人员进行保护，或使用高倍数泡沫对被困人员实施保护，使用破拆器材进行快速破拆帮助被困人员脱困，视情使用开花水或雾状水对火势进行压制灭火待人员救出后选用合适喷射器具灭火。

针对电动汽车动力电池组火灾-无人员被困，采用控制燃烧、冷却降温的战术，根据着火车辆不同车型，选用汽车车底部喷射器、消防机器人、移动消防炮、小高喷等不同灭火器具出水灭火，控制热失控产热、产气量，同时特别注意保持与事故电动车的安全距离，避免电池包爆燃灼伤或爆炸炸伤。

针对充电情况下发生火灾，应确定充电站电源位置并切断，再进行灭火救援。如电动汽车在更换电池过程中发生火灾，应尽快将事故车辆拖离工作台再进行处置。

4.3 电动汽车火灾扑救的基本作战流程

4.3.1侦察评估

查明起火车辆基本情况和被困人员数量及伤势等情况;查明起火车辆对周围车辆、建筑和人员威胁等情况;查明起火车辆类型、品牌型号,动力电池种类、电压、容量和位置,车辆高压线束走向、通信线束走向、高压控制箱、电控系统、电机驱动系统、低压蓄电池等信息，对于货运车、客运车、公交车等大型电动车，还应了解车辆刹车系统电动气泵、方向机液压助力泵、驱动电机及冷却系统等信息，必要时应联系生产厂家或当地经销商获得详细车辆信息;根据车辆类型和品牌型号查明车辆高压电系统断电主开关或应急开关的位置及状态，查明是否处于充电状态;判断事故车辆动力电池和高压电系统的受损情况，评估现场触电、动力电池爆炸燃烧的危险因素及后果。

4.3.2安全防护

原则上落实呼吸和躯体“双防护”，救援人员应根据事故现场情况做好安全防护,穿着全套灭火防护服装;靠近事故车辆时，所有人员应佩戴空气呼吸器，并根据车辆电压特性穿戴好绝缘手套等个人防护装备，并使用漏电探测仪进行检测。

4.3.3现场管控

根据事故严重程度划分警戒范围，疏散围观群众，协调交警部门疏导附近交通。遇有雨、雪、雾等天气或夜间.高速公路长坡路段和地下车库、公路隧道、滚装船码头等密闭空间场所,应综合考虑立体,狭长等情况，综合确定水平和竖向警戒范围;使用可燃、有毒气体检测仪、红外热成像仪等实时监测动力电池温度变化，适时调整警戒范围和冷却强度。

4.3.4处置措施

纯电动汽车火灾事故应区分不同车型(乘用车、客运车、货运车)、不同工况(充电、行驶、驻停)、不同灾情(碰翻滚、坠落、泄漏、燃烧)、不同部位(顶置、底置、后置、尾置)、不同阶段(初期、难控、失控)、不同环境(普通撞、道路、高速公路、地下车库、隧道、滚装船),采取针对性处置措施和灭火器具。

4.3.5清理移交

灾害事故处置结束后，应细致地检查清理现场，并向车主和有关部门移交，并告知车辆有复燃的风险;提醒车主和有关部门妥善处理受损动力电池，合理采取转运方式，防止事故车辆在转运及后期静置过程中起火。

4.3.6注意事项

未查清电动汽车品牌型号、电池种类和安装位置等车辆信息前,不得盲目抵近侦察或灭火、不得盲目破拆;发现起火车辆温度急剧变化，车辆的金属部位有软化、冒泡、溶洞状态,车辆电池处有抖动迹象或释放大量烟气时，应立即组织人员撤离至安全区域:非必要,不得切断12V或25V电源，严防动力电池冷却、管理等系统失效，造成灾情扩大，危及救援人员;动力电池包四周通常为(铝壳)密封保护构件，并在箱体设置泄压部位(排气孔)，灭火救援时应根据事故车辆倾覆、翻滚的状态，注意避开爆燃泄压方向;锂离子电池具备持续放电特性，明火扑灭后，应继续出水对电池组进行持续冷却，并使用测温仪进行监测,直至电池温度降至正常环境温度，且经评估无燃烧、爆炸等风险。

5.安科瑞电气火灾监控系统

5．1 概述

Acre1-6000电气火灾监控系统，是根据国家现行规范标准由安科瑞电气股份有限公司研发的全数字化独立运行的系统，已通过国家消防电子产品质量监督检验中心的消防电子产品试验认证，并且均通过严格的EMC电磁兼容试验，保证了该系列产品在低压配电系统中的安全正常运行，现均已批量生产并在全国得到广泛地应用。该系统通过对剩余电流、过电流、过电压、温度和故障电弧等信号的采集与监视，实现对电气火灾的早期预防和报警，当必要时还能联动切除被检测到剩余电流、温度和故障电弧等超标的配电回路;并根据用户的需求，还可以满足与AcreIEMS企业微电网管理云平台或火灾自动报警系统等进行数据交换和共享。

5．2 应用场合

适用于智能楼宇、高层公寓、宾馆、饭店、商厦、工矿企业、国家消防单位以及石油化工、文教卫生、金融、电信等领域。

5．3 系统结构

5．4系统功能

监控设备能接收多台探测器的剩余电流、温度信息，报警时发出声、光报警信号，同时设备上红色“报警”指示灯亮，显示屏指示报警部位及报警类型，记录报警时间，声光报警一直保持，直至按设备的“复位”按钮或触摸屏的“复位”按键远程对探测器实现复位。对于声音报警信号也可以使用触摸屏“消声”按键手动消除。

当被监测回路报警时，控制输出继电器闭合，用于控制被保护电路或其他设备，当报警消除后，控制输出继电器释放。

通讯故障报警：当监控设备与所接的任一台探测器之间发生通讯故障或探测器本身发生故障时，监控画面中相应的探测器显示故障提示，同时设备上的黄色“故障”指示灯亮，并发出故障报警声音。电源故障报警：当主电源或备用电源发生故障时，监控设备也发出声光报警信号并显示故障信息，可进入相应的界面查看详细信息并可解除报警声响。

当发生剩余电流、超温报警或通讯、电源故障时，将报警部位、故障信息、报警时间等信息存储在数据库中，当报警解除、排除故障时，同样予以记录。历史数据提供多种便捷、快速的查询方法。

5．5配置方案

 

应用场合	型号	产品照片	功能
消防控制室	Acrel-6000/B		适用于1~4条通信总线*多可连接256个探测器，可适用于壁挂安装的场所。
Acrel-6000/Q		适用于大型组网，壁挂式监控主机数量较多且需集中查看的场所，主要监测壁挂主机信息。
一、二 低压配电	ARCM200L-Z2		三相(I、U、kW、Kvar、kWh、Kvarh、Hz、cos中)，视在电能、四象限电能计量，单回路剩余电流监测，4路温度监测，2路继电器输出，4路开关量输入，事件记录，内置时钟，点阵式LCD显示，2路独立RS485/Modbus通讯
ARCM200L-J8	8路剩余电流监测，2路继电器输出，4路开关量输入，事件记录，内置时钟，点阵式LCD显示，1路RS485/Modbus通讯
ARCM300-J1		1路剩余电流监测，4路温度监测，1路继电器输出，事件记录，LCD显示，1路RS485/Modbus通讯
AAFD-□		检测末端线路的故障电弧，485通讯，导轨式安装。
ASCP200-□		短路限流保护、过载保护、内部超温限流保护、过欠压保护、漏电监测、线缆温度监测，1路RS485通讯，1路GPRS或NB无线通讯，额定电流为0-40A可设。
	短路限流保护、过载保护、内部超温限流保护、过欠压保护、漏电监测、线缆温度监测，1路RS485通讯，1路NB或4G无线通讯，额定电流为0-63A可设。
配套附件	AKH-0.66		测量型互感器，采集交流电流信号
AKH-0.66/L		剩余电流互感器，采集剩余电流信号
ARCM-NTC		温度传感器，采集线缆或配电箱体温度

 

6.总结和讨论

新能源汽车火灾灭火救援是当消防救援队伍着眼“全灾种、大应急”职能定位后又一新的灭火救援课题。本文介绍了新能源汽车的定义、分类、当发展形势,着重以电动汽车为例，详细阐述了电动汽车分类及辨识、动力电池主要构型、起火原因及危险性、火灾扑救方法，在系统归纳新能源汽车的火灾特点的基础上,分析了电动汽车火灾扑救技战术措施，对所涉及的火灾扑救作战流程进行了详细说明，希望对于消防救援队伍内部扑救此类火灾起到一定的参考意义。

审核编辑 黄宇