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下1

(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)

本篇文章分为上、中、下三篇，本篇与“中篇：标准、规范、要求、专家论文”文章相连接。

七、锂离子电池灭火设备分类与应用

1、灭火设备使用与安装方式分类

锂离子电池火灾按使用与安装方式灭火设备分类，本人认为有移动式灭火设备和固定式灭火设备两大类。

移动式灭火设备，通常是指那些可以轻松移动和操作的灭火设备，这些设备通常设计为轻便，易于操作、可以迅速布置到火灾现场，以应对突发的初期小范围的小火灾情况。还应具注意如下几点：一是火灾对象是室外还是室内；二是密封性较好或密封性不太好的小容积空间电器柜；三是什么类型火灾；四是灭火对象价值等，通过上述情况了解，才能选择正确的移动式灭火设备。移动式灭火设备用于锂离子电池火灾，本人推荐选用：全氟己酮和二氧化碳手提式灭火器，主要用于算力中心、数据中心、配电间、计算机房、机房、风力发电机房、储能舱、博物馆等锂离子电池箱初期小火灾。若室外充电桩和充换电桩设备发生初期小火灾，应以干粉、清水、水基、泡沫手提式或推车式灭火器为主。

固定式灭火设备，则是指那些安装固定位置的灭火设备。这些设备通常安装在建筑物或保护对象柜体或机箱内部或外部固定位置，一旦发生火灾，可以定温自动启动或自动或手动启动，能够迅速控制火灾火焰强度，将火灾扑灭。锂离子电池火灾可以定义为是各类火灾中较复杂、较危险、较难扑灭、较容易发生二次或第三次复燃的火灾。这类火灾目前主要采用不同灭火介质、不同压力储存方式、不同大小、不同结构*复杂的固定式灭火设备组成，主要有：灭火药剂充装量≥5kg以上的贮压和泵式柜式灭火装置及高压细水雾灭火系统；灭火药剂充装量≤5kg以下的主要有探火管式灭火装置和非贮压电爆式小型灭火装置及非贮压泵式灭火装置；气溶胶灭火装置。

固定式灭火设备除非贮压泵式灭火装置和高压细水雾灭火系统能多次和连续喷射灭火介质外，其它种类固定式灭火设备均只能喷射一次，喷射时间一般≤10S，不利于锂离子电池火灾明火扑灭，继续降温冷却，防止火灾第 二次复燃。

2、锂离子灭火设备压力与结构分类

锂离子火灾配套的灭火设备，分贮压式和非贮压式两大类。贮压式灭火设备的贮压容器内按规定充装灭火剂，并充压后在20℃环境中的平衡压力就叫贮存压力。贮压式灭火设备主要特点：一是灭火速度非常快，因大多灭火剂有效喷射时间为5~60S；二是灭火高效、稳定、可靠，如：贮压式超细干粉灭火剂灭火效率高于非贮压式超细干粉灭火剂的0.5~1倍；三是产品质量好与坏或日常维护，看贮压容器压力表值，简单明了，一目了然。缺点是产品密封性不好，压力容易泄漏。

锂离子电池非贮压式灭火设备分电爆式和泵式两大类。电爆式灭火设备是通过热敏线（导火索）、感温磁发电组件、电爆管点燃火工品气体发生器，瞬间产生气体，将各类型灭火介质≤1秒从灭火装置中喷射出去，实施灭火。泵式灭火设备是将灭火介质贮存在不带压力容器中，通过压力泵对灭火介质加压，通过管道、喷嘴，连续十几秒或十几分钟释放灭火介质，实施灭火。

非贮压电爆式灭火设备主要特点：一是因灭火介质储存在容器中压力非常低，不存在灭火介质泄漏较快问题；二是结构简单。主要缺点：一是火工品，易受潮、使用寿命短，质量不稳定，各生产厂家产品质量相差较大，很难判定质量好与坏；二是因有效喷射时间≤1S，灭火可靠性比贮压式差，必须增加0.5~1倍灭火介质重量，才能得到灭火可靠性保证；三是产品质量可靠性和日常维护检查没有具体技术性能参数，无法判定电爆启动装置和火工品气体发生器药剂是否受潮或失效（如：烟花鞭炮放置几年了，很难判定是否正常？）；四是该类产品属易燃易爆危险品产品，必须严加管控，防止恐怖分子利用这些产品制作爆炸产品，危害人民生命财产安 全。

锂离子电池泵式灭火设备，主要特点：一是灭火介质储存在压力非常低的容器中，不存在灭火介质泄漏问题；二是结构非常简单；三是可实现多次间隔喷射和连续喷射灭火介质；四是有利于锂电池火灾防止复燃。缺点是：一是灭火速度慢，是锂离子电池火灾致命缺陷；二是火灾发生后，必须较长时间通电，泵才能工作加压灭火介质灭火；三是灭火设备体积大、成本比贮压式结构体积大、成本高。

3、锂电池火灾主要灭火介质分类

目前，国内锂电池灭火设备贮压式结构主要使用的灭火介质有：全氟己酮、七氟丙烷、二氧化碳、液氮、六氟丙烷、清水、水基、泡沫等。非贮压电爆式结构主要采用的灭火介质有：全氟己酮、气溶胶、超细干粉等。非贮压泵式结构使用的主要灭火介质有：全氟己酮、清水、水基、和高压细水雾灭火系统。

美国消防协会（NFPA）对锂电池的研究表明，真正能灭锂电池火灾的灭火剂目前是不存在的。因锂电池起火时伴随着较复杂的化学反应，在无氧环境下也可以剧烈反应。因此，发生锂电池火灾时，做好风险预控措施，特别是电动汽车发生火灾，保障安 全*关键的问题。

八、锂离子电池火灾特征与灭火试验特点

1、锂离子电池火灾特征

锂离子电池火灾的主要特征包括：（1）火灾燃烧迅速。火势仅仅数秒或十几秒钟的时间就可在动力锂离子电池各模块内快速的蔓延，持续燃烧几分钟或几小时。（2）烟雾较大。大多为白黄色烟雾，烟雾毒性大。（3）燃烧温度高。燃烧中电池外部*高温度可达283~1090°C。电池内部的温度可达572~1121°C，如此高的温度是引燃电池各模块内部电池，造成热失控，使汽车内及其它可燃材料，产生更大的火灾。（4）锂离子电池火灾易复燃。一旦复燃，火灾很难扑灭。对于锂离子电池火灾而言，大部分燃烧反应发生在电池箱内或电池外壳内部，电池箱或电池外壳层层阻碍了灭火剂直接与单体电池火源中心接触，不能灭火和冷却降温，所扑灭锂离子电池火灾，大多是表面明火。（5）较长时间燃烧时，伴随或偶尔连续发生爆炸。锂离子电池容量越大，电池箱或储能舱中锂电池各模块相继在高温加热下，失去热失控后，分解出的可燃气体喷射出电池外壳、电池箱、储能舱外，与空气混合形成爆炸性混合气体。遇火焰、高温颗粒，在局部空间将发生爆燃，导致起火初期、中期经常伴有爆炸声响产生。

锂电池电动自行车、充换电柜、电动小汽车、电动大巴与电动公交车、锂离子电池电器箱、与太阳能和风力发电机舱配套的储能舱的锂离子火灾特征大致相差不大。电池容量大小和电池种类不同，决定锂离子火灾猛烈程度、燃烧时间长短、爆炸威力与破坏力大小及灭火难度。

锂离子电动自行车、电动小汽车目前没有规定要求安装报警灭火设备，一旦发生火灾，很难扑灭，特别是地下车库电动汽车火灾率将会逐年增多，大家应值得关注。当前国家和当地政府及小区开始关注地下车库电动汽车消防报警与灭火设施措施及安装了。

锂离子公交车与大巴、储能舱国家、行业已制定产品标准与规范，要求设计安装报警、灭火系统产品。但这些报警、灭火系统产品技术性能在快速更新和完善中。这些锂离子电池容量大，设备一旦发生火灾，若二次复燃，锂离子火灾将难再次扑灭，将造成的生命财产损失和社会影响将会巨大。

2、锂离子电池灭火试验

（1）观看印象深刻的一次录像灭火试验

2024年3月参加一次国内储能舱锂离子电池自动灭火系统产品推广会，会上某企业播放了几分钟灭火实验录像：一电动公交车或可能是储能舱中一锂离子电池箱，长约1.2米，宽度约0.8米，厚度约0.3米，电池箱中安装大约有40块左右数量电动自行车容量电池块，总容量约40kwh。这电池箱已热失控，电池箱被一行车悬吊在空中，火焰稳定燃烧，高度大约在1.5~2米高，正缓慢降入一大水池中，电池箱逐渐全部浸入水中前5秒钟，火焰稳定燃烧高出水面仍有1.5~2米高，6~10秒之间，火焰高度逐渐降低，*后熄灭，没有复燃。许多传说锂电池与水接触，会产生氢气，发生爆炸，试验中没出现爆炸式燃烧。爆炸一般应出现在相对密封性较好空间，才会发生。

依据锂离子电池火灾特征和液体灭火介质特点综合分析，本人认为锂离子电池火灾，若第 二次或第三次火灾复燃，*后应以*快速度将液体灭火介质，快速淹没该部件或电池箱中所有各电池组，才能快速灭火成功，否者，将会酿成爆炸式大火灾。

（2）参入实际灭火试验

近几年北京利达集团前后研发了电动自行车充电桩、充换电柜、锂电池电动公交车、储能舱等多项锂电池灭火设备和配套的锂离子电池复合探测器、报警控制器等产品，分别用磷酸铁锂、三元锂电池依据产品国家、行业、团体、企业等标准与规范，做了数次灭火性能参数试验，耗费了许多时间、精力、资金。每次试验均认真布置、记录、总结，本人将体会和感悟分享给同仁们。以锂离子电池配套的各类灭火设备，若需较全 面准确的火灾前和火灾后的报警与灭火性能参数，至少应做十几次以上灭火试验，投入巨大资金才能较准确和总结出规律及普遍性。偶尔做1~2次或看1~2次试验，较难获得普遍性规律，本人的体会和感悟仅供同仁们参考！

A、锂离子电池种类繁多，大多是采用磷酸铁锂和三元锂两类电池较多，也基本可兼顾代表锂离子各类电池的性能参数。因磷酸铁锂与三元锂电池能量密度和安 全性相差较大，若配套的预警、报警、灭火系统性能参数能设置较准确，均可兼顾这磷酸铁锂和三元锂两类配套设备，本人认为可大幅减少锂离子电池火灾对人民生命财产的损失！

B.、以锂离子电池配套的设备，因使用室外与室内场地不同、密封与非密封不同、锂离子电池种类不同，锂离子单体电池简易单层包装与多层密封包装箱不同、通风与不通风不同、锂离子电池组和电池组箱处于配套的设备中的（*底部，悬空等）不同位置等七大不同，探测器的种类选择、报警控制器性能参数设置、灭火药剂介质选择和灭火装置等选择均应有一定差别。如：电动自行车充电雨棚灭火、充换电柜灭火、锂电池电动公交车灭火和储能舱电池箱灭火四大类产品，就存在上述七大类不同，灭火试验性能参数记录和火灾场景及反应就有较大差别。

C、电动自行车充电雨棚灭火、充换电柜灭火、锂电池电动公交车灭火和储能舱电池箱灭火等四类产品灭火试验过程，主要性能参数和感受阐述如下。

（a）锂离子电池火灾预警期间现象。电池组表面温度出现上升到预警温度值时。感烟、CO、压力等复合探测器均可探测到预警值，CO值为18~200ppm，压力值为15~50Pa，密封较好电池组箱内可探测到压力值。若生产厂家自定义设定预警值种类，达到两个种类参数值时，建议立即对该电池组或电池组箱断电。依据试验，磷酸电铁锂类型比三元锂类型电池组，容易抑制已热失控的电池停止热失控，防止火灾发生。也就是说三元锂电池预警断电性能参数，更应比磷酸电铁锂类型各预警参数应提前20%左右设置，才能抑制电池热失控发生。

（b）锂离子电池火灾前后现象。磷酸铁锂与三元锂电池产生的烟雾对比分别为：均为白黄色烟雾，磷酸铁锂烟少，三元锂烟多；磷酸铁锂有很强刺激眼、鼻味道，而三元锂则属中等。

三元锂电池火灾猛烈程度比磷酸铁锂火灾程度大1~3倍，更快，能量更大，三元锂电池偶尔还发生爆炸或燃烧。

（c）从锂电池火灾探测性能参数可窥视热失控过程。当检测到磷酸铁锂CO气体值为100至400PPC值时，一般6~20分钟电池便会开始发生热失控，当检测到CO气体值由400至2000PPC值，冒大烟，即将产生明火时，一般时间为6~15分钟。当检测到三元锂CO气体值为50至100PPC值时，只需1~4分钟，三元锂电池便开始热失控；当检测到CO气体值由400至2000PPC值，冒大烟，并产生明火时，一般只需1~3分钟。

（d）从锂电池火灾配套的自动探测报警灭火试验，可窥视热失控和灭火场景。磷酸铁锂电池组配套的全氟己酮自动灭火系统，若预警（断电）和启动灭火系统性能参数设置准确、合理，灭火剂间隔3~5分钟喷射2次以上，能有效控制热失控，防止火灾复燃。通过灭火试验可看出，磷酸铁锂比三元锂电池火灾热失控和防止复燃成功率一般应高出1~3倍以上。

九、锂离子电池火灾设计新理念、设计选型方案、火灾发生时主要措施简要探讨

本人从事手提式与推车式干粉灭火器、气溶胶、喷水灭火系统、各类气体灭火系统产品研发和参入上述灭火试验工作有30多年了。近几年来，又参入锂离子电池几类自动灭火系统（装置）研发和灭火试验工作，阅读了大量锂离子火灾试验论文，参加锂离子电池灭火系统相关产品论坛、展览及观看锂离子电池各类灭火设备产品样品，逐渐形成了如下：锂离子电池火灾设计新理念、设计选型方案、火灾发生时主要措施，仅供同仁们参考。

1、锂离子电池火灾设计新理念

（1）灭火介质选择

灭火介质主要有水、干粉、泡沫、气体四大类。本人认为锂离子电池火灾主要应选择气体和水及水基类灭火介质。气溶胶和干粉类灭火介质不应选择，特别是气溶胶灭火剂气体本身就是易燃易爆气体，出口温度大于200°C，可能还带火星，容易引爆锂离子电池产生的可燃气体爆炸，灭火气体没有冷却作用。气溶胶灭火剂各类火灾是否能灭火歧义非常大。许多锂离子电池配套的电器柜和箱产品，均采用小型一次性气溶胶灭火装置，实际没有一点灭火作用。

气体灭火剂主要优点：灭火速度快、洁净、绝缘性能好、可灭A、B、C、D、E火灾，火灾发生后，没有发生火灾的设备不会造成损失。部分气体灭火剂具有灭火浓度低，有一定冷却作用，缺点是：火灾容易复燃，除CO2灭火剂外大多只能灭表面火灾，灭火时灭火剂应浸渍一定时间，灭火效果才好，才难复燃。锂离子电池火灾推荐气体灭火介质，优先采用排序前面的：全氟己酮、七氟丙烷、六氟丙烷、二氧化碳、液氮等气体灭火药剂。

液体灭火剂主要优点：一旦灭火成功，火灾难复燃；可灭A类表面和深位火灾；液体灭火剂通过设备处理后，液体粒径细化后，可灭B、E类火灾。缺点：灭火时间较长、灭立体火灾效果差、不洁净、绝缘性能不好、对没有发生火灾的设备和环境将会造成巨大损失。锂离子电池火灾推荐采用液体灭火介质，优先采用排序前面的：清水、水基等液体灭火剂。

（2）锂离子电池火灾灭火原则

（a）火灾早发现、早预警、早断电、早启动灭火系统；（b）灭火速度应快；（c）灭火剂冷却性能应好；（d）灭火剂绝缘性应能好；（e）将会造成巨大损失和社会影响的火灾，应选择第 二次或第三次灭火后难复燃的灭火介质；（f）灭火中和灭火后应选择造成设备损失小和社会影响力小，应对设计方案综合评估考虑。

（3）锂离子电池火灾，防止火灾复燃，首先应将电池包装物外部明火扑灭，还必须应实现灭火介质进入到锂离子电池组*里层包装物内，让每一个单体锂电池浸渍在灭火介质气体或液体中，抑制热失控和立即冷却降温效果较好，才可抑制锂电池火灾复燃。

（4）采用气体灭火介质灭火的目的，主要是减少锂离子电池配套设备损失降低到*低极限，快速灭火和抑制火灾第 二次复燃。建议灭火介质尽量实现间隔2～5分钟喷射两次以上，比连续喷射气体灭火剂效果要好许多。

（5）采用清水和水基灭火介质的目的，是破坏性灭火，主要是让锂离子电池配套设备中的电池组箱或整套设备中某一个部件或组件部分损失，换来整套设备或相邻各整套设备不造成巨大损失和社会影响的*终灭火手段。采用清水或水基灭火介质方案，建议采用大口径管道和喷嘴，快速将这两类液体灭火剂灌入或充入电池组包装物*里面，将各单体锂离子电池组应全部浸渍在灭火液体介质中，才能实现*终灭火。

（6）锂离子电池设备、数据中心或算力中心配套的锂电池配套电器柜和储能舱及储能舱群防护区，锂离子电池造成的火灾，建议应采用气体和液体灭火介质相结合，采用两种类型以上灭火方案，依据锂离子电池（舱）电站中不同保护对象，自动探测到的不同火灾信息，实施2~4次左右对同一保护对象或不同保护对象灭火，可能实现灭火成功，才能将损失和社会影响降低到很小。

利达集团愿免费与同仁们共同联合设计，提供上述几种锂离子电池火灾气体与液体灭火介质，两种类型与数次灭火的设计施工方案。

2、锂离子电池各类产品火灾设计选型性能参数与简要方案

1）电动自行车充电桩灭火设备

2022年以来，各省市相继制定和发布了加强电动自行车全链条和集中充电设施建设工作方案的通知，天津政府规定，当电动自行车停放场所建筑面积不超过300㎡时，可设置简易喷淋系统。部分省市要求电动自行车库应设置火灾报警系统和自动灭火系统。

电动自行车一旦发生火灾，很难扑灭，主要一是抑制火焰强度；二是防止火灾蔓延。电动自行车充电车棚简易式喷水灭火系统应具备如下主要性能参数和特点：

（a）灭火早。应采用主动手动启动方式，将火灾扑灭在初始阶段，克服了自动喷水灭火系统闭式洒水喷头需火灾发生中，大火灾时，才能启动68℃定温洒水喷头的致命缺陷。

（b）灭火快、灭火准、连续喷洒、难复燃的喷水灭火系统。应克服洒水喷头喷洒水雾滴直径≥φ2mm、面积大、不集中、喷水强度小等重大缺陷。应实现喷水雾滴角度和喷射直径严格控制在一定范围内，实施精准灭火、控火；水雾滴直径≤φ1mm，有利于快速灭火和冷却降温，*关键是应能连续喷洒≥10分钟、喷水强度大、没有水源浪费。

（c）发生火灾，启动灭火装置后应有短信、电话报警功能。

（d）应有50~200米远距离火灾现场遥控器或4G远程手机软件无限距离遥控启停灭火系统操作功能，实施现场或在值班室对着火灾监控视屏，快速操作灭火。

（e）应适用于可接自来水管或无水源解决方法措施。

（f）应具有适用北方冬季，防冻结冰措施解决方法。

（g）应安装简单、成本低。

2）电动自行车锂电池充、换电柜火灾防护装置

电动自行车已成为很多人出行代步的重要工具，如今我国电动自行车保有量至少有3.5亿万辆，电动自行车虽方便快捷，但常引发火灾。2023年据国家消防救援局统计，全 国共收到电动自行车火灾报警2.1万起。是锂电池火灾的重灾区。特别是造成南京“2.23”电动自行车停放处起火引发大火灾，导致15死44伤重大火灾事故后，国家各部委至各省市当地政府编制相关产品标准、规范和发布有关加强电动自行车集中充电设施建设工作方案通知，鼓励现有居住区，因地制宜按照“充（换）电柜为主，充电桩为辅”的原则，大力推进居住区充电设施建设全覆盖。

这几年从电动自行车火灾案例和火灾现场录像看，电动自行车一旦发生火灾，很难扑灭，几分钟呈爆炸式燃烧，迅速蔓延酿成大火灾，给人民生命财产安 全造成较大损失，电动自行车锂电池充、换电柜火灾防护装置，简称“自动报警灭火消防充换电柜”，是*有效地防止电动自行车的锂离子电池，在充电过程抑制火灾发生和火灾蔓延的*安 全的一项重要措施。

电动自行车锂电池充、换电柜火灾防护装置，简称自动报警灭火消防充换电柜应具备如下主要性能参数和特点：

（1）产品应符合GB/T42236.1-2022《电动自行车集中充电设施第十部分：技术规范》国家标准，并获得国家检测中心检验报告后，才能销售，才能确保人民生命财产安 全。

（2）自动报警灭火消防充换电柜使用环境温度应适用-20℃~+60℃范围，并锂离子电池应在5~45℃适宜安 全温度和相对湿度5%~95%条件下充电，确保锂离子电池性能、寿命和安 全性。

（3）具有两种以上火灾种类复合探测、预警、断电保护功能。

（4）发生火灾时，具有自动启动灭火装置，快速灭火与冷却，防止复燃功能。*好应具有两次以上间隔喷射灭火剂灭火与抑制锂离子电池热失控复燃的功能。

（5）火灾爆燃时，具有阻止火灾蔓延和飞溅物飞出充换电柜功能。

（6）具有过充、漏电、短路、过载、空载、防雷、防雨、防火、防尘等保护功能。

（7）具有位置导航、语音提示、充满自停、多种计费、移动支付等智能管理功能。