產(chan) 品分類
Productshth下载地址 陳聰
摘要:在當前能源危機和全球環境保護的背景下,發展以鋰電池為(wei) 代表的新能源電動汽車(下文簡稱電動汽車)已成為(wei) 主要政策。其中,我國宣布將在2035年停售燃油汽車,2050年停止使用燃油汽車。在大政策的背景下,鋰電池等一大批支撐新能源的技術迅速發展,我國電動汽車的擁有量也迅速攀升。但由於(yu) 電動汽車電池自身具有較高的危險性,很容易發生火災事故。根據應急管理部統計結果顯示,2022年季度全國共發生新能源汽車火災事故640起,同比增長32%,且火災數量遠高於(yu) 交通工具火災數量平均增幅。由於(yu) 電動汽車火災事故屢發不止,不僅(jin) 帶來了較大的經濟財產(chan) 損失,人民群眾(zhong) 的生命安全也受到了較大的威脅。因此,從(cong) 提高電動汽車火災滅火救援效率角度出發,為(wei) 了更好地對電動汽車火災事故進行救援,本文結合《中國消防年鑒》、事故報告等資料,從(cong) 2011-2020年間選取了100起典型的電動汽車火災事故進行統計分析,從(cong) 中找到事故發生的規律,進而結合消防工作實際提出應對電動汽車火災事故的策略。
關(guan) 鍵詞:新能源;火災風險;安全對策分析
1新能源汽車的概念和火災風險
由於(yu) 石油等資源的能源危機和傳(chuan) 統汽車工業(ye) 帶來的環境汙染問題,發展新能源汽車已成為(wei) 全球主要經濟體(ti) 共識。當前我國得益於(yu) 現代高科技進步和新能源戰略布局,新能源汽車產(chan) 業(ye) 得到發展,擁有廣闊的市場前景和發展潛力。
新能源汽車是指“采用新型動力係統,完*或者主要依靠新能源驅動的汽車,包括插電式混合動力(含增程式)汽車、純電動汽車和燃料電池汽車等”。一般來說,新能源汽車分為(wei) 純電動汽車、混合動力電動汽車、燃氣汽車、燃燒電池電動汽車和生物燃燒汽車等類型。通過查詢中國汽車協會(hui) 相關(guan) 統計數據,我國在2016—2018年間的新能源汽車銷量分別占全球汽車銷量的65.47%,49.03%,62.23%。2018年,我國新能源汽車的銷售量達到了125.6萬(wan) 輛,既是全球的新能源汽車消費國,又是全球的新能源汽車製造國。伴隨著我國新能源汽車行業(ye) 的迅猛發展,汽車動力電池也得到了增長和應用。從(cong) 當前我國新能源汽車市場來看,動力電池從(cong) 製作原料不同主要分為(wei) 7種:磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池、鈦酸鋰電池、三元材料電池、多元複合電池、鎳氫電池、電容器。
通過《新能源汽車藍皮書(shu) :中國新能源汽車產(chan) 業(ye) 發展報告(2017)》中發布的相關(guan) 數據整理而成的2017年我國動力電池總配套量表(見表1)可看出,鋰電池的應用領域廣,總配套量占據了市場動力電池總配套量的80%以上,是主要的新能源汽車動力電池。
表12017年我國動力電池總配套量
動力電池類別 | 配套量/億(yi) Wh | 占比/% |
磷酸鐵鋰電池 | 203.3200 | 72.26 |
錳酸鋰電池 | 9.6200 | 3.42 |
鈦酸鋰電池 | 3.1400 | 1.12 |
三元材料電池 | 64.4700 | 22.91 |
多元複合電池 | 0.5900 | 0.21 |
鎳氫電池 | 0.2200 | 0.08 |
電容器 | 0.0012 | <0.01 |
新能源汽車的普及給人們(men) 帶來*大的便利,但伴隨而來的動力電池(以鋰電池為(wei) 主)引發的火災已成為(wei) 產(chan) 業(ye) 關(guan) 注的焦點和亟須正視的安全問題。在我國,根據不完*數據統計,新能源汽車起火引發的事故在2017—2018年超過60起,2019年超過70起,2020—2022年更是呈猛烈上升趨勢。
2新能源汽車火災成因及隱患分析
由於(yu) 近些年來頻發的以鋰電池為(wei) 主要動力的新能源汽車安全和火災事故,危害了人們(men) 的生命財產(chan) 安全,因此對新能源汽車及其動力鋰電池安全性問題的研究十分有必要。在進行新能源汽車火災風險隱患分析之前,對新能源汽車主體(ti) 結構和鋰電池原理構造的了解和認識是重要前提和基礎。
新能源汽車主要指以鋰電池為(wei) 動力源的純電動汽車,其主要由電源控製係統、電力驅動係統和輔助係統組成,具體(ti) 見圖1。
圖1新能源汽車的結構示意圖
鋰電池主要由正*、負*、隔膜和電解液(電解質和有機溶劑結合)組成,正負兩(liang) *浸潤在電解液中,Li+以電解質為(wei) 介質從(cong) 而在正負兩(liang) *之間運動,實現電池的充放電過程。並且,為(wei) 了避免正負*通過電解液發生短路問題,生產(chan) 時需要用隔膜將鋰電池的正負兩(liang) *進行分隔。具體(ti) 來說,鋰電池的工作原理見圖2,在充放電過程中,Li+在兩(liang) 個(ge) 正負電*之間往返嵌入和脫嵌;充電時,Li+從(cong) 正*脫嵌,並經過非水電解質嵌入到負*中,而使負*處於(yu) 富Li+狀態,放電時過程剛好相反。通過對鋰電池的原理和構造分析可以看出,鋰電池的高能量儲(chu) 存與(yu) 釋放都是在一個(ge) 狹小的空間內(nei) 完成。為(wei) 了提高鋰電池的單位儲(chu) 能效應,鋰電池研發和生產(chan) 商們(men) 都會(hui) 盡可能得壓縮鋰離子的傳(chuan) 送空間(即隔膜)。因此通常提高鋰離子電池效能的直接方法就是減少隔膜的厚度,從(cong) 而使電池內(nei) Li+的狹小空間愈發狹小。但愈發薄的隔膜會(hui) 增加正負兩(liang) *直接接觸從(cong) 而造成短路的風險,從(cong) 而更易造成短路引發火災甚至爆炸,這就是人們(men) 通常所說的“熱失控”。此外,鋰電池除正常充放電電化學反應之外,存在的一些副反應也會(hui) 產(chan) 熱。
圖2鋰離子電池工作原理示意圖
2.1汽車鋰電池火災危害性
雖然鋰電池具備一係列良好的使用性能和優(you) 勢,並且在新能源汽車行業(ye) 中得到了廣泛的應用,但同時也存在燃燒和爆炸的風險。由鋰電池引發的汽車火災表現出顯著的氣體(ti) 火特征,主要為(wei) C類預混火。汽車鋰電池火災通常具有以下區別於(yu) 一般火災的特點和危害。
1)燃燒速度快,鋰電池火災容易造成蔓延。
2)鋰電池燃燒爆炸會(hui) 產(chan) 生可燃有害氣體(ti) ,毒性大。
3)燃燒爆炸產(chan) 生的火焰噴射距離遠,常伴內(nei) 溶物的飛出和濺射,加大了起火爆炸的危害度。
4)鋰電池的燃燒熱值大,滅火難,存在複燃風險。
5)汽車鋰電池起火,對周邊物體(ti) 易造成較大的危害並存在爆炸風險。
2.2汽車鋰電池火災風險因素分析
新能源汽車上使用的鋰電池都是通過串並聯成組工作,如果單個(ge) 電池組發生熱失控後,局部釋放產(chan) 生的能量就會(hui) 向周圍擴散傳(chuan) 播,*大可能引起周圍電池的熱失控,數千顆電芯間連鎖反應,容易造成電池組的起火爆炸,釋放出巨大的能量。因此在*端情況下,鋰電池的一個(ge) 小故障就很有可能造成大災難。造成鋰電池熱失控的因素可分為(wei) 內(nei) 外部因素,內(nei) 部因素主要有電池本身存在製造缺陷和工藝不足;外部因素主要有機械濫用、高溫熱衝(chong) 擊、短路、過充電等。更詳細來說,造成新能源汽車鋰電池起火燃燒爆炸的原因可分為(wei) 4種:電池過充電、外部短路、內(nei) 部短路、機械碰撞。
總結來說,由鋰電池引發的汽車火災安全隱患問題主要原因就是鋰電池本身存在的產(chan) 品質量問題和工藝缺陷。
3安全對策
麵對著日益增長的新能源汽車火災事故,如何降低火災風險,提高新能源汽車安全使用率成為(wei) 當下亟須解決(jue) 的重要問題。而且,工業(ye) 和信息化部、改革委員會(hui) 、科學技術部、財政部聯合發布的《促進汽車動力電池產(chan) 業(ye) 發展行動方案》裏也提出:“大幅提升產(chan) 品安全和質量水平”的基本原則,“產(chan) 品設計和係統集成滿足功能安全要求,實現全生命周期的安全生產(chan) 和使用”的主要目標,“提升產(chan) 品質量安全水平”的任務。因此,筆者立足國內(nei) 新能源汽車火災隱患現狀並結合國外應對新能源汽車消防安全的措施,提出解決(jue) 我國新能源汽車火災風險的安全對策。
3.1方麵
1)管理部門,出台更為(wei) 科學嚴(yan) 格的鋰電池生產(chan) 規範和安全標準。設定新能源汽車安全生產(chan) 的準入門檻,提高安全生產(chan) 標準,強化對新能源汽車從(cong) 生產(chan) 到使用再到報廢的閉環式管理。盡快出台新能源汽車更為(wei) 細致的規範和法律條文,讓企業(ye) 、消費者、執法部門等做到有規可循、有法可依。
2)消防部門,製定科學有效的滅火方案。新能源汽車火災具有特殊危害性,有針對性地進行現場指揮和處理,科學開展滅火救援行動,並做好以下4個(ge) 方麵的工作:一是了解災情,規避風險;二是疏散人群,防止毒害;三是科學選擇滅火劑,防止複燃;四是做好善後工作,總結經驗。
3.2企業(ye) 方麵
新能源汽車的安全問題,預防為(wei) 先。提升新能源汽車的鋰電池產(chan) 品質量安全,是預防新能源汽車火災的基石。
1)設計階段,優(you) 化鋰電池設計,保障鋰電池產(chan) 品質量。企業(ye) 在設計階段應科學設計,在改善鋰電池材料和優(you) 化內(nei) 部性能的同時,將安全、可靠、穩定的理念融入其中。
2)生產(chan) 階段,嚴(yan) 控鋰電池產(chan) 品質量。企業(ye) 是鋰電池和新能源汽車的一道“守護門”,不可盲目追求利潤而忽視產(chan) 品質量安全。
3)銷售階段,可與(yu) 地方經銷商合作,做好對消費者關(guan) 於(yu) 新能源汽車安全使用的認知、宣傳(chuan) 和培訓。
4)售後階段,企業(ye) 可與(yu) 消費者、維護商家進行合作,定期為(wei) 新能源汽車及其電池進行保養(yang) 和維護,提醒消費者定期做安全檢查,保障新能源汽車安全使用。
3.3消費者方麵
一是安全規範使用新能源汽車;二是注意車輛保養(yang) 和日常維護;三是培養(yang) 安全防範意識。
4強化滅火救援的對策
電動汽車火災事故曆年來屢見不鮮。上文總結了電動汽車火災事故發生的特點等,本章將結合上文和滅火戰鬥原則等,就強化電動汽車滅火救援提出相應對策。
4.1提高電動汽車火災事故的滅火戰鬥意識
出動力量的到達時間將很大影響滅火戰鬥的效率。從(cong) 前文可以看出,每日的淩晨00:00到00:06之間是電動汽車火災的高發時間段。而此時段也是消防救援人員普遍休息的時間段。對於(yu) 消防站出警,都應該形成一種強烈的意識,發生的居民火災是否是電動汽車火災事故,隻有如此才能在到達現場之前迅速的轉換意識,提前布局,提高行動效率。落實到實際工作中,作者認為(wei) ,一是應該在電動汽車火災多發季節的晚點名或晚上裝備檢查時,就電動汽車滅火戰鬥事宜進行強調,提高大家的思想意識;二是就滅火裝備進行檢查,提習(xi) 慣性動作,便於(yu) 到達現場迅速展開。
4.2充分利用滅火器
較多電動汽車火災雖然煙氣量較大,但火勢可能不大。因此,快速、有效的方法還是利用幹粉滅火器。消防車都配備了幹粉滅火器。消防員到達現場後,應該首先攜帶幹粉滅火器撲滅火源;如果火勢形成一定規模,應該鋪設水帶,使用多支水槍進行滅火。
4.3強化麵對新形式火災的滅火戰鬥教育培訓
教育培訓體(ti) 現在,一是從(cong) 上層建築出發,組織專(zhuan) 人多學習(xi) 全國成功的滅火救援案例,找到成功的經驗,針對一些不足,有針對性的進行訓練和演練,摸索出經驗和成果後向全省或全市進行推廣;二是要走出去和請進來,所謂走出去是指,電動汽車日新月異,許多方麵還是我們(men) 所不熟悉的,我們(men) 要善於(yu) 走出去,到地方企業(ye) 或生產(chan) 基地去實地查看,觀摩他們(men) 的生產(chan) 過程,結合我們(men) 的滅火戰鬥實際經曆形成自己的思考;所謂請進來是指,我們(men) 可以請企業(ye) 的工程師來給我們(men) 授課,講解產(chan) 品的火災危險性,火災性質,如何撲滅等知識。多交流多走動形成良好的狀態,既提高了企業(ye) 的消防水平,也提高了我們(men) 的作戰行動效率,更保障了消防救援人員的安全。
4.4警惕發展成為(wei) 成片電動汽車火災
目前,許多地方都設有電動汽車停車棚,實行電動汽車統一存放,*大的避免了人員傷(shang) 亡案例的出現。然而,有些相關(guan) 火災案例顯示單個(ge) 電動汽車著火*易發展成為(wei) 成片電動汽車火災,並且伴有爆燃危險。這種火災發展*快,當消防隊到達現場後火勢已經發展成熟。因此,作者認為(wei) 我們(men) 到達現場的首要任務應該是防止火焰蔓延。
(1)概述
Acre1-6000電氣火災監控係統,是根據現行規範標準由hth下载地址電氣股份有限公司研發的全數字化獨立運行的係統,已通過消防電子產(chan) 品質量監督檢驗*心的消防電子產(chan) 品試驗認證,並且均通過嚴(yan) 格的EMC電磁兼容試驗,保證了該係列產(chan) 品在低壓配電係統中的安全正常運行,現均已批量生產(chan) 並在全國得到廣泛的應用。該係統通過對剩餘(yu) 電流、過電流、過電壓、溫度和故障電弧等信號的采集與(yu) 監視,實現對電氣火災的早期預防和報警,當必要時還能聯動切除被檢測到剩餘(yu) 電流、溫度和故障電弧等超標的配電回路;並根據用戶的需求,還可以滿足與(yu) AcreIEMS企業(ye) 微電網管理雲(yun) 平台或火災自動報警係統等進行數據交換和共享。
(2)應用場合
適用於(yu) 智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業(ye) 、消防單位以及石油化工、文教衛生、金融、電信等領域。
(3)係統結構
(4)係統功能
監控設備能接收多台探測器的剩餘(yu) 電流、溫度信息,報警時發出聲、光報警信號,同時設備上紅色“報警”指示燈亮,顯示屏指示報警部位及報警類型,記錄報警時間,聲光報警一直保持,直至按設備的“複位”按鈕或觸摸屏的“複位”按鍵遠程對探測器實現複位。對於(yu) 聲音報警信號也可以使用觸摸屏“消聲”按鍵手動消除。
當被監測回路報警時,控製輸出繼電器閉合,用於(yu) 控製被保護電路或其他設備,當報警消除後,控製輸出繼電器釋放。
通訊故障報警:當監控設備與(yu) 所接的任一台探測器之間發生通訊故障或探測器本身發生故障時,監控畫麵中相應的探測器顯示故障提示,同時設備上的黃色“故障”指示燈亮,並發出故障報警聲音。電源故障報警:當主電源或備用電源發生故障時,監控設備也發出聲光報警信號並顯示故障信息,可進入相應的界麵查看詳細信息並可解除報警聲響。
當發生剩餘(yu) 電流、超溫報警或通訊、電源故障時,將報警部位、故障信息、報警時間等信息存儲(chu) 在數據庫中,當報警解除、排除故障時,同樣予以記錄。曆史數據提供多種便捷、快速的查詢方法。
(5)(5)配置方案
(5)配置方案
應用場合 | 型號 | 產(chan) 品照片 | 功能 |
消防控製室 | Acrel-6000/B | | 適用於(yu) 1~4條通信總線可連接256個(ge) 探測器,可適用於(yu) 壁掛安裝的場所。 |
Acrel-6000/Q | | 適用於(yu) 大型組網,壁掛式監控主機數量較多且需集中查看的場所,主要監測壁掛主機信息。 | |
一、二級 低壓配電 | ARCM200L-Z2 | | 三相(I、U、kW、Kvar、kWh、Kvarh、Hz、cos中),視在電能、四象限電能計量,單回路剩餘(yu) 電流監測,4路溫度監測,2路繼電器輸出,4路開關(guan) 量輸入,事件記錄,內(nei) 置時鍾,點陣式LCD顯示,2路獨立RS485/Modbus通訊 |
ARCM200L-J8 | 8路剩餘(yu) 電流監測,2路繼電器輸出,4路開關(guan) 量輸入,事件記錄,內(nei) 置時鍾,點陣式LCD顯示,1路RS485/Modbus通訊 | ||
ARCM300-J1 | | 1路剩餘(yu) 電流監測,4路溫度監測,1路繼電器輸出,事件記錄,LCD顯示,1路RS485/Modbus通訊 | |
AAFD-□ | | 檢測末端線路的故障電弧,485通訊,導軌式安裝。 | |
ASCP200-□ | | 短路限流保護、過載保護、內(nei) 部超溫限流保護、過欠壓保護、漏電監測、線纜溫度監測,1路RS485通訊,1路GPRS或NB無線通訊,額定電流為(wei) 0-40A可設。 | |
| 短路限流保護、過載保護、內(nei) 部超溫限流保護、過欠壓保護、漏電監測、線纜溫度監測,1路RS485通訊,1路NB或4G無線通訊,額定電流為(wei) 0-63A可設。 | ||
配套附件 | AKH-0.66 | | 測量型互感器,采集交流電流信號 |
AKH-0.66/L | | 剩餘(yu) 電流互感器,采集剩餘(yu) 電流信號 | |
ARCM-NTC | | 溫度傳(chuan) 感器,采集線纜或配電箱體(ti) 溫度 |
應用場合 | 型號 | 產(chan) 品照片 | 功能 |
消防控製室 | Acrel-6000/B | | 適用於(yu) 1~4條通信總線可連接256個(ge) 探測器,可適用於(yu) 壁掛安裝的場所。 |
Acrel-6000/Q | | 適用於(yu) 大型組網,壁掛式監控主機數量較多且需集中查看的場所,主要監測壁掛主機信息。 | |
一、二級 低壓配電 | ARCM200L-Z2 | | 三相(I、U、kW、Kvar、kWh、Kvarh、Hz、cos中),視在電能、四象限電能計量,單回路剩餘(yu) 電流監測,4路溫度監測,2路繼電器輸出,4路開關(guan) 量輸入,事件記錄,內(nei) 置時鍾,點陣式LCD顯示,2路獨立RS485/Modbus通訊 |
ARCM200L-J8 | 8路剩餘(yu) 電流監測,2路繼電器輸出,4路開關(guan) 量輸入,事件記錄,內(nei) 置時鍾,點陣式LCD顯示,1路RS485/Modbus通訊 | ||
ARCM300-J1 | | 1路剩餘(yu) 電流監測,4路溫度監測,1路繼電器輸出,事件記錄,LCD顯示,1路RS485/Modbus通訊 | |
AAFD-□ | | 檢測末端線路的故障電弧,485通訊,導軌式安裝。 | |
ASCP200-□ | | 短路限流保護、過載保護、內(nei) 部超溫限流保護、過欠壓保護、漏電監測、線纜溫度監測,1路RS485通訊,1路GPRS或NB無線通訊,額定電流為(wei) 0-40A可設。 | |
| 短路限流保護、過載保護、內(nei) 部超溫限流保護、過欠壓保護、漏電監測、線纜溫度監測,1路RS485通訊,1路NB或4G無線通訊,額定電流為(wei) 0-63A可設。 | ||
配套附件 | AKH-0.66 | | 測量型互感器,采集交流電流信號 |
AKH-0.66/L | | 剩餘(yu) 電流互感器,采集剩餘(yu) 電流信號 | |
ARCM-NTC | | 溫度傳(chuan) 感器,采集線纜或配電箱體(ti) 溫度 |
隨著我國對新能源汽車行業(ye) 的戰略布局和人們(men) 日益增長的綠色出行需求,新能源汽車正朝著高質量和高產(chan) 量的方向快速發展。新能源汽車的大規模普及對人們(men) 日常生活產(chan) 生了巨大影響,伴隨而來的安全問題不容忽視。確保新能源汽車安全使用、防範新能源汽車火災風險將成為(wei) 汽車行業(ye) 和消防安全領域的一個(ge) 重要話題和熱點。科學分析新能源汽車火災風險,加強新能源汽車火災安全對策分析,對促進新能源汽車高質量發展、保障人民生命和財產(chan) 安全和構建新時代中國特色社會(hui) 主義(yi) 和諧社會(hui) 有著重要意義(yi) 。
參考文獻
韓勇.新能源汽車火災風險及安全對策分析
hth下载地址企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) 2022.5版
歐陽明高.中國新能源汽車的研發及展望[J].科技導報,2016,34(6):13-20.
王嘉誠.中國新能源汽車產(chan) 業(ye) 發展分析[D].上海:上海師範大學,2012.
彭華.中國新能源汽車產(chan) 業(ye) 發展及空間布局研究[D].長春:吉林大學,2019.