国内首 次对电动自行车充电雨棚喷水灭火系统、充换电柜、锂电池电动汽车、储能舱的灭火设计新理念和选型方案及主要措施简要探讨上

（上篇：概述、锂电池结构、火灾特点）

(北京利达海鑫灭火系统设备有限公司，朱劲武，北京，联系电话：13910793712)

一、概述

2024年2月23日看到南京雨花台区凌晨架空层停放的电动自行车处引发火灾，造成15人遇难，44人在院**重大火灾事故新闻报道后，非常震惊!但也不吃惊。因北京市科学技术协会2024年编辑的《科技工作者建议》第3期刊物上，介绍民用级48V 12Ah电动自行车中小电池容量，其电池能量约为10个手榴弹爆炸的能量。

本人从事消防工作三十多年，近几年又对锂电池火灾灭火类产品进行研发，看了许多论文和文章只从单方面阐述，难有实际指导作用。本人认为有责任和义务写一篇这方面消防科普类和各类锂电池灭火产品正确设计、选型与措施探讨方面文章，供各领域同仁们参考，确保你我他生命财产安 全！

随着我国进入“十四五”开启**建设社会主义现代化国家的征程，2024年国内两会政府工作报告再次提出，积极稳妥推进实现2030年碳达峰，2060年碳中和的发展目标实施，扎实开展“碳达峰十大行动”。我国近几年来新能源各领域产品均得到蓬勃发展。据中国自行车协会的数据显示，2023年电动自行车的销售量大约为5400万辆，据此推测，如今我国电动自行车保有量至少有3.5亿辆。公安部数据显示，截止2023年底国内新能源车保有量达2041万辆，占汽车总量6.07%，纯电动车保有量为1552万辆，占新能源车76%，2023年注册登记有743万辆，占注册登记汽车数量的30.25%，比2022年增加207万辆，增长38.76%。据2024年1~5月有关部门统计：新能源汽车产量为392.6万辆，同比增长30.7%。1~5月销量为389.5万辆，同比增长32.5%，占市场所有车销售量的33.9%。近几年来，新能源车处于快速高增长态势。

据尚普咨询集团数据显示，2023年6月国内拥有公交汽电车70.32万辆，其中纯电动车为45.55万辆，占比为64.8%，增长3.59万辆；混合动力车为12.8万辆，占比18.2%，减少11.01万辆；柴油车为9.67万辆，占比13.7%，减少2.98万辆。纯电动公交汽车增长迅速，柴油公交汽车大幅减少，反映了国家和地方政府加快公交汽车节能减排、绿色出行发展的重视和支持。

根据国家能源局发布的数据，截止2023年12月底，太阳能和风力发电的发展增长参数分别是55.2%和20.7%。从《中国电力供需分析报告》发布参数分析，2024年新能源装机保持快速增长，超过40%，其中太阳能装机容量比上一年增长38.6%，占总装机容量的25.4%。风电装机容量比上一年增长20%，随之与太阳能和风力发电配套的储能舱产品，也将大幅增加。

加强风电光伏基地建设自2022年**写入国内两会政府报告，2024年再次被列入政府工作任务中，这表明此“顶层设计”，中央仍在坚定不移的推进和执行。2023年1~11月，国内主要可再生能源水电、风电和太阳能发电项目完成投资超过6100亿元，风电和太阳能投资分别达到2020亿元和3209亿元占比分别为33.1%和52.6%，接近全球新增装机的60%，与2022年风电和光伏同比分别增长83%和149%。目前，我国风电和太阳能发电装机容量分别约3.7和3.9亿千瓦，到2030年风电和太阳能发电总容量将要求达到12亿千瓦以上，将还有一半的扩张空间，与风电、光伏配套的储能舱等各类产品均将同步得到快速发展。

电动自行车已成为很多人出行代步的重要交通工具，电动自行车虽方便快捷，但常引发火灾。依据国家消防救援局2023年统计，国内共收到电动自行车火灾报警2.1万起，比2022年上升17.4%，每年均在快速增长。电动自行车无论放置家中、地下车库与地面雨棚充电时，是否有违规和有无消防措施，应值得大家高度重视。

据国家消防救援局的数据显示：2023年一季度新能源汽车起火率大概在万分之0.44~0.72。若现在有1000多万辆，每天有8辆车左右被烧，若将来变为1亿辆新能源车，那将再放大十倍。新能源车2023年一季度自燃640辆左右，同比增长32%，燃油车起火的车辆基本都是缺乏保养，车龄较长，而电动车是新车燃烧。地下车库新能源小车停放和充电发生自燃现象逐年增多，比放置在地面上造成的生命财产安 全就会影响将更大。新能源小车放置地下车库或地面时充电和新能源公交车与旅游大巴放置地面充电时，是否有消防措施，也应值得大家高度重视。

2024年6月24日韩国锂电池厂发生爆炸式燃烧，火灾几分钟就酿成大火灾，燃烧历时5个多小时，属难扑灭超大型火灾，造成23人在火灾中失踪，其中有19名中国公民。许多人认为锂电池各类产品，这么危险，危害人民生命财产安 全，是否应停止生产销售。据科学家统计，世界上危险的地方是晚上在床上睡觉，将有30%以上生命死亡，难道我们大家就不去睡觉了吗？

二、关键词

电动自行车充电雨棚喷水灭火系统、电动自行车集中充电设施、电动自行车充电桩灭火设备、电动自行车充电桩喷水灭火系统、电动自行车锂电池消防充换电柜、消防充换电柜、充（换）电柜为主、充电桩为辅、电动客车锂离子动力电池箱火灾防控装置、电动客车灭火系统、电动锂电池公共汽车灭火系统、电动锂电池旅游大巴灭火系统、锂电池电动汽车灭火系统、电动汽车灭火系统、新能源公交车灭火系统、地下停车场灭火系统、停车场用电动汽车火灾防护系统、电化学储能电站灭火系统、锂离子电池储能舱灭火系统、生命财产**锂电池箱、磷酸铁锂、三元锂、白黄色烟、CO、温度、复合探测器、锂电池热失控、灭火试验、灭火设计新理念、锂电池仓库堆垛机货架、灭火系统、锂电池仓库灭火系统、灭火原则、抑制火灾复燃、抑制热失控、锂离子电池火灾、锂电池火灾、火焰强度、火灾蔓延、火灾早发现、早预警、早断电、早启动、灭火介质、**是**原则、*小损失性原则、预警与断电、*小损失性原则。

三、锂电池组结构与火灾特点

1、锂电池种类与结构

（1）圆柱形锂离子电池：

主要有磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸钴锰、三元锂、铅酸动力电池等种类材料，外壳分为钢壳、铝壳和聚合物几种，一般电池外壳为电池的负极，盖帽为电池的正极，大多采用18650型号为多，18表示圆柱形电池外径为φ18mm，电池长度为650mm。由单体圆柱形锂离子电池组成的各种方形锂电池，一般热失控后，外壳不鼓胀或不鼓包，大多从盖帽处破裂泄漏气体了。单个圆柱形锂离子电池一般用于日常反复充电的 小电器上用。

单个圆柱形锂离子电池，通过串并十几个至几十个用聚合物胶带无密封状态组合在一起，叫锂电池组。主要用途：笔记本电脑、电动自行车、电动汽车、太阳能储能等场所领域。

（2）方形锂电池

方形锂电池通常是指铝壳或钢壳为长方形电池，普及率在国内很高，方形电池有采用卷绕和叠片两种不同的工艺。国内动力和电动汽车电池厂商多采用电池能量密度较高的铝壳方形锂电池为主，外形尺寸可进行定制化生产，所以市场上有许多产品型号，工艺也难统一。

方形锂电池主要用途：手机与电脑、电动汽车与储能系统、电动工具和玩具等领域。

（3）软包锂电池

软包锂电池所用的关键材料，正极材料、负极材料、隔膜与传统的钢壳、铝壳锂电池的区别不大，关键是外壳包装材料（铝塑复合膜）不同，外层为尼龙BOPP等，中间层为铝箔，内层为多功能高阻隔层。外壳为铝塑复合膜的软包锂电池**性能好于钢壳或铝壳，不会发生爆炸，电池组热失控产气后外壳将逐渐出现鼓包和达到一定压力下，**膜片冲破或外壳裂开，可燃气体释放出来，重量轻，但成本会高，容易发生漏液。一般软包锂电池两件为一组，外边还包装一铝壳体，增加电池外形强度，保护软包锂电池不易损坏。软包锂电池形状柔软，可以弯曲和折叠，具有较高的容量和能量密度，常用于电动汽车和储能系统设备上。

锂电池外形一般为圆柱形、方形、软包三种结构，外壳均是钢壳或铝壳包裹，密封性能好。这三种外形结构电池，在通过串并联，再一次由密封性较好的钢壳和玻纤、碳纤和增强复合材料壳电池箱或盒包装。电池一旦过充、短路、热失控发生火灾，灭火介质很难进入两层以上密封性较好的包装物内层，对发生热失控的单体电池源头火灾进行灭火，这就决定锂电池发生火灾后，非常难灭火的主要原因之一。

2、电池容量、性能、结构、安 全性

（1）各用途电池容量、单位、包装箱（物）

电动自行车、新能源汽车、电动公交车电池容量通常以千瓦小时计量，部分也有用安时来计量。Ah（安时）是衡量电池容量的单位，KWh（千瓦时）是衡量能量的单位，它们之间换算公式关系为：容量（安时Ah）=能量（千瓦时KWh/电压V），则为Ah=KWh/V。

电动自行车电池电压一般为36V和48V两种，容量一般在12～25Ah之间。电池组外包装盒是玻纤、碳纤增强复合材料加工，电池组包壳具有一定密封性能和强度。一般放在脚踏板处或斜插在车架上。

电动汽车的电池容量以汽车类型、充放电方式、品牌、厂地等许多因素的不同，差异比较大。小型电动汽车的电压通常在48V～72V之间，电池容量在15～60KWh之间，这类车型通常用于城市短途出行或个人代步。而大型电动汽车，如：轿车和SUV，其电压通常在200～360V，满足高性能和续航里程要求，电池容量在60～100KWh甚至更大。此外，插电混合动力汽车电池容量一般比纯电汽车小，通常在5～20KWh之间。小汽车各电池组一般并串联放入一密封性较好电池箱内，这电池箱体放置在小汽车车底。

新能源大巴车、公交汽车支持行驶*长200公里的距离，一般电池容量在150～250KWh。若支持续航距离到600公里左右，一般电池容量应为500KWh左右。各电池组放入不同型号与尺寸的蓄电池标准箱内，每一个蓄电池标准箱内一般可放置并串联方式电池组20～60块。蓄电池标准箱箱体材料主要包括玻纤、碳纤、增强复合材料及钢质，具有IP67防水防尘密封性非常好。蓄电池标准箱4～10个，分别主要放置在公交车和大巴车两侧行李箱内或部分放置在车内或车顶上。蓄电池标准箱长度尺寸一般为0.8～1.2米，宽度尺寸一般为0.5～1米，厚度尺寸一般为0.2～0.3米。

主要与太阳能、风力发电机舱配套的储能舱有标准长度20尺、40尺、45尺三种，储能舱单舱电池总容量一般在2～7MWh（兆瓦小时）。是由许多蓄电池标准箱组成，蓄电池标准箱叠加放置层数一般4～8层，则为一簇。40英尺集装箱储能舱内将放置许多电池簇，电池总容量为3～7MWh（兆瓦小时），外形尺寸长为12.192m、宽度为2.438m、高度为2.897m。箱体具有防水防尘IP54密封性非常好，主要由高强度钢材加工而成的。

本条款较详细介绍了各用途电池组放置到包装物和电池箱的结构尺寸和放置位置，也就是说每一个单体蓄电池安装在2～5层密封性能较好的包装物和电池箱内，加之各安装位置不同，锂电池火灾源头，各种灭火介质很难突破进入多层单体电池组内层电池包装物内，这就造成锂电池火灾大多很难扑灭局面，只能让它自燃自灭。锂电池火灾灭火核心是：一是将火灾一定要扑灭在源头，并冷却；二是源头火灾扑灭不了，应严格控制和压制火焰强度；三是严防火焰蔓延，让它慢慢燃烧尽。

（2）常见锂离子电池性能与安 全性对比

锂电池主要分为锂金属电池和锂离子电池两类。锂金属电池应用*多的形式为纽扣电池，主要应用于电脑板卡或车钥匙等设备上。电能量高，大多是一次性电池，不能充电和循环利用。锂离子电池应用于智能手机、笔记本电脑、电动自行车、电动汽车、储能舱等设备里的充电式电池。锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池，依靠锂离子在正极和负极之间往返嵌入和拖嵌实现放电。

常见的锂（离子）电池类型主要有：钴酸锂电池、三元锂材料电池、磷酸铁锂电池、钛酸锂电池和聚合物锂离子电池。

常用锂（离子）电池主要性能与**性能参数对比表一：

表一

3、火灾类型与种类

锂离子电池通常由正极、负极、隔膜、电解液和电池壳体五大部分组成。以下三种类型，将导致锂电池火灾：一是由于对锂电池组机械挤压、变形、撞击、甚至隔膜破裂，引发电池内短路；二是过充过放；三是电池组或电池组箱内通风冷却性能差，使用温度过高，从而使隔膜和正极材料等发生分解，*后隔膜大规模崩溃导致正负极短路。当电池内部温度升高到80℃以上时，并会开始释放出热量以及产生一氧化碳、二氧化碳、氢气、氧气、乙炔、甲烷、甲苯、苯乙烯、氟化氢等气体。磷酸铁锂电池产生的刺鼻、眼酸味气体，比三元锂电池气味重和强，但产生白黄色烟没有三元锂电池产生浓烟多。锂电池外壳逐渐发生鼓包，约2分钟左右各锂电池**膜片相继破裂、冒白黄色烟（磷酸铁锂电池烟少，三元锂电池烟多）、白黄色烟、小明火燃烧、几分钟后呈喷射形式较大强度火焰燃烧或爆炸式燃烧，火焰稍后呈收缩稳定燃烧、火焰熄灭等七个过程。三元锂电池从小明火燃烧，到呈喷射式较大强度火焰燃烧或爆炸式燃烧，比磷酸铁锂电池时间短，火焰强度要猛烈几倍。

锂电池火灾涉及A、B、C、D、E类火灾，并是深位火灾，*关键是锂电池储能系统多为集装箱式布置，电池排列紧密、火灾能量密度大、热失控极易蔓延、不断产生大量热量，给灭火带来极大阻碍，现有的单种灭火剂很难扑灭这类型火灾，是目前*复杂和*难扑灭的一种火灾。

四、各种类型锂电池设备火灾属性与特点

锂电池应用于不同设备和场所中，采用的锂电池种类材料、结构、数量若不相同，则火灾属性与特点将会相差巨大。

1、火灾主要属性

（a）火灾迅速。出现异味或冒白黄色烟后，约30秒内出现明火，并2分钟内将引燃车上可燃物质，发生爆炸或燃烧。

（b）产生有毒烟气。火灾烟气中含有一氧化碳、一氧化硫、甲烷、甲苯、硫化氢、氟化氢等许多有毒气体，对被困人员逃生产生不利影响。

（c）火焰温度高。火灾在3分钟左右内火焰可达到1200度温度左右，能快速引燃周边可燃物质，使火灾蔓延速度快。

（d）火灾难扑灭。电动锂电池自行车一旦发生火灾，一般很难扑灭，*关键处理措施：一是不要危害生命财产**；二是控制火焰强度，防止火灾蔓延。

（e）遵纪守法。电动锂电池自行车充电和存放应严格遵守消防法规和当地政府部门有关规定，主动只到高**性具有报警、灭火功能的充换电柜和到集中充电桩雨棚配备相应的固定式简易消防喷水等设施处充电，才能保障你我他生命财产！

（f）间隔式爆炸燃烧。各类型锂电池设备中电池组（如：电动自行车）、电池箱（如：电动小汽车）、各电池箱（如：电动公交车、储能舱）的单体锂电池因受高温、短路等因素影响，相继发生热失控，单个或几个或几十至几百个单体锂电池将同时或间隔产生H2、CO、乙炔、甲烷等可燃气体，从电池箱和设备中喷射出，间隙式爆炸燃烧便随之产生了。

（g）火灾难扑灭。锂电池设备火灾，**次明火扑灭了,据统计复燃机率仍有40%以上。若**火灾没有被扑灭和**扑灭的火灾再次复燃，这种火灾将很难再扑灭了，*关键处理措施：一是确保人民生命财产**；二是控制火焰强度，防止火灾蔓延。

2、各类型设备主要火灾特点与区别

电动自行车的电池容量一般在12~25Ah之间，为一个电池组，外包装盒为玻纤、碳纤增强一层复合材料，放置在脚踏板处或斜插在车架上。电池组容量不大，是由许多单体电池组成，但是大多单体电池由1~2层外包装包裹，电池组处于设备和地面之间，初期火灾不大，一旦发生火灾，应持续喷射几分钟以上清水灭火介质，将明火扑灭、还应持续喷射降温，防止火灾复燃。*简单放心充电方法，将电池组放入具有报警、灭火装置的充换电柜中集中充电，或集中放置具有充电雨棚简易式喷水灭火系统设施中充电，才能确保你我他生命财产**。

小型电动汽车电池容量一般是15~60Kwh之间，大约由52倍左右电动自行车电池容量电池组组成，放置在一个或两个外装盒为玻纤、碳纤增强复合材料中，这些电池箱一般布置在汽车*底部。总电池容量较大，但是大多单体电池经过3~4层外包装物包裹，这就给火灾扑灭带来了非常大的难度。一旦发生火灾，电动小汽车是电动自行车火灾猛烈强度的约52倍左右，很难灭火，除采取特殊灭火方式才会有效。主要应实施控火和防止火灾蔓延。

电动旅游大巴、电动公交汽车电池总容量，支持行驶*长200公里的距离，一般电池容量在150~250KWh，大约有208倍左右电动自行车电池容量电池组，这么多电池一般分别放置在4~8个玻纤、碳纤增强复合材料电池箱中，这些电池箱主要固定在汽车两侧行李箱中，部分安装在车箱内或后备箱内。单体电池组经过四层左右外包装物包裹，若发生火灾，火的燃烧和爆炸威力相当于10个手榴弹的208倍左右。目前国家、行业标准规定了城市公共汽电车发动机舱应配置自动灭火系统和温度报警系统，若没有安装自动灭火装置一旦发生火灾或安装了灭火装置发生火灾没有扑灭成功，很难将火灾扑灭，因灭火介质很难进入电池箱*内层电池组灭火与降温。这时应远离火源，压制火焰强度，防止火灾蔓延。目前，大多数电动旅游大巴、电动公交汽车均没有安装报警、灭火系统设备。

储能舱全称为电化学储能舱，是指利用电化学原理进行存储的设备或设施。电化学储能，也称为电池储能。电化学储能舱中主要使用的产品包括铅酸电池、二次电池（如镍氢电池、锂离子电池等各种燃料电池等），储能舱主要与太阳能和风力发电设备配套，广泛应用于电力系统的调节、可再生能源的存储及应急备用电源等领域。

一个40英尺储能舱总电池容量一般在3~7Mwh（兆瓦小时），大约相当于5208倍左右电动自行车电池容量电池组。这么多电池组分别安装在几十至近百多个电池箱内，4~10个电池箱采用串联、并联或串并联方式连接叠放在一起，成为电池组合体，也叫电池簇，储能舱中将安装固定十几个左右电池簇。

国内外储能舱常发生重大火灾，特别是近期2024年6月24日韩国锂电池厂火灾，据统计不到1分钟左右3.5万个锂电池便发生爆炸式燃烧，历时爆炸和燃烧约5个多小时。3.5万个锂电池数量，相当于40英尺储能舱5~6个锂电池总数量，想想一个储能舱一旦发生火灾，火灾燃烧和爆炸当量有多猛烈。

注：本文章分为上、中、下三篇，本篇与“中篇：标准、规范、要求、专家论文”文章相连接，下篇为“灭火试验、设计新理念、方案与措施”文章。

收稿日期：2024-5-8；     修改日期：2024-8-30

作者简介：朱劲武，男，北京利达海鑫灭火系统设备有限公司，主要从事气体灭火系统研发、生产销售工作。

作者地址：北京市北京经济技术开发区荣京东街17号

作者邮编：100176，电话：13910793712

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