（上篇：概述、鋰電池結構、火災特點）

(北京利達海鑫滅火系統設備有限公司，朱勁武，北京，聯系電話：13910793712)

一、概述

2024年2月23日看到南京雨花臺區凌晨架空層停放的電動自行車處引發火災，造成15人遇難，44人在院**重大火災事故新聞報道后，非常震驚!但也不吃驚。因北京市科學技術協會2024年編輯的《科技工作者建議》第3期刊物上，介紹民用級48V 12Ah電動自行車中小電池容量，其電池能量約為10個手榴彈爆炸的能量。

本人從事消防工作三十多年，近幾年又對鋰電池火災滅火類產品進行研發，看了許多論文和文章只從單方面闡述，難有實際指導作用。本人認為有責任和義務寫一篇這方面消防科普類和各類鋰電池滅火產品正確設計、選型與措施探討方面文章，供各領域同仁們參考，確保你我他生命財產安 全！

隨著我國進入“十四五”開啟**建設社會主義現代化國家的征程，2024年國內兩會政府工作報告再次提出，積極穩妥推進實現2030年碳達峰，2060年碳中和的發展目標實施，扎實開展“碳達峰十大行動”。我國近幾年來新能源各領域產品均得到蓬勃發展。據中國自行車協會的數據顯示，2023年電動自行車的銷售量大約為5400萬輛，據此推測，如今我國電動自行車保有量至少有3.5億輛。公安部數據顯示，截止2023年底國內新能源車保有量達2041萬輛，占汽車總量6.07%，純電動車保有量為1552萬輛，占新能源車76%，2023年注冊登記有743萬輛，占注冊登記汽車數量的30.25%，比2022年增加207萬輛，增長38.76%。據2024年1~5月有關部門統計：新能源汽車產量為392.6萬輛，同比增長30.7%。1~5月銷量為389.5萬輛，同比增長32.5%，占市場所有車銷售量的33.9%。近幾年來，新能源車處于快速高增長態勢。

據尚普咨詢集團數據顯示，2023年6月國內擁有公交汽電車70.32萬輛，其中純電動車為45.55萬輛，占比為64.8%，增長3.59萬輛；混合動力車為12.8萬輛，占比18.2%，減少11.01萬輛；柴油車為9.67萬輛，占比13.7%，減少2.98萬輛。純電動公交汽車增長迅速，柴油公交汽車大幅減少，反映了國家和地方政府加快公交汽車節能減排、綠色出行發展的重視和支持。

根據國家能源局發布的數據，截止2023年12月底，太陽能和風力發電的發展增長參數分別是55.2%和20.7%。從《中國電力供需分析報告》發布參數分析，2024年新能源裝機保持快速增長，超過40%，其中太陽能裝機容量比上一年增長38.6%，占總裝機容量的25.4%。風電裝機容量比上一年增長20%，隨之與太陽能和風力發電配套的儲能艙產品，也將大幅增加。

加強風電光伏基地建設自2022年**寫入國內兩會政府報告，2024年再次被列入政府工作任務中，這表明此“頂層設計”，中央仍在堅定不移的推進和執行。2023年1~11月，國內主要可再生能源水電、風電和太陽能發電項目完成投資超過6100億元，風電和太陽能投資分別達到2020億元和3209億元占比分別為33.1%和52.6%，接近全球新增裝機的60%，與2022年風電和光伏同比分別增長83%和149%。目前，我國風電和太陽能發電裝機容量分別約3.7和3.9億千瓦，到2030年風電和太陽能發電總容量將要求達到12億千瓦以上，將還有一半的擴張空間，與風電、光伏配套的儲能艙等各類產品均將同步得到快速發展。

電動自行車已成為很多人出行代步的重要交通工具，電動自行車雖方便快捷，但常引發火災。依據國家消防救援局2023年統計，國內共收到電動自行車火災報警2.1萬起，比2022年上升17.4%，每年均在快速增長。電動自行車無論放置家中、地下車庫與地面雨棚充電時，是否有違規和有無消防措施，應值得大家高度重視。

據國家消防救援局的數據顯示：2023年一季度新能源汽車起火率大概在萬分之0.44~0.72。若現在有1000多萬輛，每天有8輛車左右被燒，若將來變為1億輛新能源車，那將再放大十倍。新能源車2023年一季度自燃640輛左右，同比增長32%，燃油車起火的車輛基本都是缺乏保養，車齡較長，而電動車是新車燃燒。地下車庫新能源小車停放和充電發生自燃現象逐年增多，比放置在地面上造成的生命財產安 全就會影響將更大。新能源小車放置地下車庫或地面時充電和新能源公交車與旅游大巴放置地面充電時，是否有消防措施，也應值得大家高度重視。

2024年6月24日韓國鋰電池廠發生爆炸式燃燒，火災幾分鐘就釀成大火災，燃燒歷時5個多小時，屬難撲滅超大型火災，造成23人在火災中失蹤，其中有19名中國公民。許多人認為鋰電池各類產品，這么危險，危害人民生命財產安 全，是否應停止生產銷售。據科學家統計，世界上危險的地方是晚上在床上睡覺，將有30%以上生命死亡，難道我們大家就不去睡覺了嗎？

二、關鍵詞

電動自行車充電雨棚噴水滅火系統、電動自行車集中充電設施、電動自行車充電樁滅火設備、電動自行車充電樁噴水滅火系統、電動自行車鋰電池消防充換電柜、消防充換電柜、充（換）電柜為主、充電樁為輔、電動客車鋰離子動力電池箱火災防控裝置、電動客車滅火系統、電動鋰電池公共汽車滅火系統、電動鋰電池旅游大巴滅火系統、鋰電池電動汽車滅火系統、電動汽車滅火系統、新能源公交車滅火系統、地下停車場滅火系統、停車場用電動汽車火災防護系統、電化學儲能電站滅火系統、鋰離子電池儲能艙滅火系統、生命財產**鋰電池箱、磷酸鐵鋰、三元鋰、白黃色煙、CO、溫度、復合探測器、鋰電池熱失控、滅火試驗、滅火設計新理念、鋰電池倉庫堆垛機貨架、滅火系統、鋰電池倉庫滅火系統、滅火原則、抑制火災復燃、抑制熱失控、鋰離子電池火災、鋰電池火災、火焰強度、火災蔓延、火災早發現、早預警、早斷電、早啟動、滅火介質、**是**原則、*小損失性原則、預警與斷電、*小損失性原則。

三、鋰電池組結構與火災特點

1、鋰電池種類與結構

（1）圓柱形鋰離子電池：

主要有磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、錳酸鈷錳、三元鋰、鉛酸動力電池等種類材料，外殼分為鋼殼、鋁殼和聚合物幾種，一般電池外殼為電池的負極，蓋帽為電池的正極，大多采用18650型號為多，18表示圓柱形電池外徑為φ18mm，電池長度為650mm。由單體圓柱形鋰離子電池組成的各種方形鋰電池，一般熱失控后，外殼不鼓脹或不鼓包，大多從蓋帽處破裂泄漏氣體了。單個圓柱形鋰離子電池一般用于日常反復充電的 小電器上用。

單個圓柱形鋰離子電池，通過串并十幾個至幾十個用聚合物膠帶無密封狀態組合在一起，叫鋰電池組。主要用途：筆記本電腦、電動自行車、電動汽車、太陽能儲能等場所領域。

（2）方形鋰電池

方形鋰電池通常是指鋁殼或鋼殼為長方形電池，普及率在國內很高，方形電池有采用卷繞和疊片兩種不同的工藝。國內動力和電動汽車電池廠商多采用電池能量密度較高的鋁殼方形鋰電池為主，外形尺寸可進行定制化生產，所以市場上有許多產品型號，工藝也難統一。

方形鋰電池主要用途：手機與電腦、電動汽車與儲能系統、電動工具和玩具等領域。

（3）軟包鋰電池

軟包鋰電池所用的關鍵材料，正極材料、負極材料、隔膜與傳統的鋼殼、鋁殼鋰電池的區別不大，關鍵是外殼包裝材料（鋁塑復合膜）不同，外層為尼龍BOPP等，中間層為鋁箔，內層為多功能高阻隔層。外殼為鋁塑復合膜的軟包鋰電池**性能好于鋼殼或鋁殼，不會發生爆炸，電池組熱失控產氣后外殼將逐漸出現鼓包和達到一定壓力下，**膜片沖破或外殼裂開，可燃氣體釋放出來，重量輕，但成本會高，容易發生漏液。一般軟包鋰電池兩件為一組，外邊還包裝一鋁殼體，增加電池外形強度，保護軟包鋰電池不易損壞。軟包鋰電池形狀柔軟，可以彎曲和折疊，具有較高的容量和能量密度，常用于電動汽車和儲能系統設備上。

鋰電池外形一般為圓柱形、方形、軟包三種結構，外殼均是鋼殼或鋁殼包裹，密封性能好。這三種外形結構電池，在通過串并聯，再一次由密封性較好的鋼殼和玻纖、碳纖和增強復合材料殼電池箱或盒包裝。電池一旦過充、短路、熱失控發生火災，滅火介質很難進入兩層以上密封性較好的包裝物內層，對發生熱失控的單體電池源頭火災進行滅火，這就決定鋰電池發生火災后，非常難滅火的主要原因之一。

2、電池容量、性能、結構、安 全性

（1）各用途電池容量、單位、包裝箱（物）

電動自行車、新能源汽車、電動公交車電池容量通常以千瓦小時計量，部分也有用安時來計量。Ah（安時）是衡量電池容量的單位，KWh（千瓦時）是衡量能量的單位，它們之間換算公式關系為：容量（安時Ah）=能量（千瓦時KWh/電壓V），則為Ah=KWh/V。

電動自行車電池電壓一般為36V和48V兩種，容量一般在12～25Ah之間。電池組外包裝盒是玻纖、碳纖增強復合材料加工，電池組包殼具有一定密封性能和強度。一般放在腳踏板處或斜插在車架上。

電動汽車的電池容量以汽車類型、充放電方式、品牌、廠地等許多因素的不同，差異比較大。小型電動汽車的電壓通常在48V～72V之間，電池容量在15～60KWh之間，這類車型通常用于城市短途出行或個人代步。而大型電動汽車，如：轎車和SUV，其電壓通常在200～360V，滿足高性能和續航里程要求，電池容量在60～100KWh甚至更大。此外，插電混合動力汽車電池容量一般比純電汽車小，通常在5～20KWh之間。小汽車各電池組一般并串聯放入一密封性較好電池箱內，這電池箱體放置在小汽車車底。

新能源大巴車、公交汽車支持行駛*長200公里的距離，一般電池容量在150～250KWh。若支持續航距離到600公里左右，一般電池容量應為500KWh左右。各電池組放入不同型號與尺寸的蓄電池標準箱內，每一個蓄電池標準箱內一般可放置并串聯方式電池組20～60塊。蓄電池標準箱箱體材料主要包括玻纖、碳纖、增強復合材料及鋼質，具有IP67防水防塵密封性非常好。蓄電池標準箱4～10個，分別主要放置在公交車和大巴車兩側行李箱內或部分放置在車內或車頂上。蓄電池標準箱長度尺寸一般為0.8～1.2米，寬度尺寸一般為0.5～1米，厚度尺寸一般為0.2～0.3米。

主要與太陽能、風力發電機艙配套的儲能艙有標準長度20尺、40尺、45尺三種，儲能艙單艙電池總容量一般在2～7MWh（兆瓦小時）。是由許多蓄電池標準箱組成，蓄電池標準箱疊加放置層數一般4～8層，則為一簇。40英尺集裝箱儲能艙內將放置許多電池簇，電池總容量為3～7MWh（兆瓦小時），外形尺寸長為12.192m、寬度為2.438m、高度為2.897m。箱體具有防水防塵IP54密封性非常好，主要由高強度鋼材加工而成的。

本條款較詳細介紹了各用途電池組放置到包裝物和電池箱的結構尺寸和放置位置，也就是說每一個單體蓄電池安裝在2～5層密封性能較好的包裝物和電池箱內，加之各安裝位置不同，鋰電池火災源頭，各種滅火介質很難突破進入多層單體電池組內層電池包裝物內，這就造成鋰電池火災大多很難撲滅局面，只能讓它自燃自滅。鋰電池火災滅火核心是：一是將火災一定要撲滅在源頭，并冷卻；二是源頭火災撲滅不了，應嚴格控制和壓制火焰強度；三是嚴防火焰蔓延，讓它慢慢燃燒盡。

（2）常見鋰離子電池性能與安 全性對比

鋰電池主要分為鋰金屬電池和鋰離子電池兩類。鋰金屬電池應用*多的形式為紐扣電池，主要應用于電腦板卡或車鑰匙等設備上。電能量高，大多是一次性電池，不能充電和循環利用。鋰離子電池應用于智能手機、筆記本電腦、電動自行車、電動汽車、儲能艙等設備里的充電式電池。鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負極材料、使用非水電解質的電池，依靠鋰離子在正極和負極之間往返嵌入和拖嵌實現放電。

常見的鋰（離子）電池類型主要有：鈷酸鋰電池、三元鋰材料電池、磷酸鐵鋰電池、鈦酸鋰電池和聚合物鋰離子電池。

常用鋰（離子）電池主要性能與**性能參數對比表一：

表一

3、火災類型與種類

鋰離子電池通常由正極、負極、隔膜、電解液和電池殼體五大部分組成。以下三種類型，將導致鋰電池火災：一是由于對鋰電池組機械擠壓、變形、撞擊、甚至隔膜破裂，引發電池內短路；二是過充過放；三是電池組或電池組箱內通風冷卻性能差，使用溫度過高，從而使隔膜和正極材料等發生分解，*后隔膜大規模崩潰導致正負極短路。當電池內部溫度升高到80℃以上時，并會開始釋放出熱量以及產生一氧化碳、二氧化碳、氫氣、氧氣、乙炔、甲烷、甲苯、苯乙烯、氟化氫等氣體。磷酸鐵鋰電池產生的刺鼻、眼酸味氣體，比三元鋰電池氣味重和強，但產生白黃色煙沒有三元鋰電池產生濃煙多。鋰電池外殼逐漸發生鼓包，約2分鐘左右各鋰電池**膜片相繼破裂、冒白黃色煙（磷酸鐵鋰電池煙少，三元鋰電池煙多）、白黃色煙、小明火燃燒、幾分鐘后呈噴射形式較大強度火焰燃燒或爆炸式燃燒，火焰稍后呈收縮穩定燃燒、火焰熄滅等七個過程。三元鋰電池從小明火燃燒，到呈噴射式較大強度火焰燃燒或爆炸式燃燒，比磷酸鐵鋰電池時間短，火焰強度要猛烈幾倍。

鋰電池火災涉及A、B、C、D、E類火災，并是深位火災，*關鍵是鋰電池儲能系統多為集裝箱式布置，電池排列緊密、火災能量密度大、熱失控極易蔓延、不斷產生大量熱量，給滅火帶來極大阻礙，現有的單種滅火劑很難撲滅這類型火災，是目前*復雜和*難撲滅的一種火災。

四、各種類型鋰電池設備火災屬性與特點

鋰電池應用于不同設備和場所中，采用的鋰電池種類材料、結構、數量若不相同，則火災屬性與特點將會相差巨大。

1、火災主要屬性

（a）火災迅速。出現異味或冒白黃色煙后，約30秒內出現明火，并2分鐘內將引燃車上可燃物質，發生爆炸或燃燒。

（b）產生有毒煙氣。火災煙氣中含有一氧化碳、一氧化硫、甲烷、甲苯、硫化氫、氟化氫等許多有毒氣體，對被困人員逃生產生不利影響。

（c）火焰溫度高。火災在3分鐘左右內火焰可達到1200度溫度左右，能快速引燃周邊可燃物質，使火災蔓延速度快。

（d）火災難撲滅。電動鋰電池自行車一旦發生火災，一般很難撲滅，*關鍵處理措施：一是不要危害生命財產**；二是控制火焰強度，防止火災蔓延。

（e）遵紀守法。電動鋰電池自行車充電和存放應嚴格遵守消防法規和當地政府部門有關規定，主動只到高**性具有報警、滅火功能的充換電柜和到集中充電樁雨棚配備相應的固定式簡易消防噴水等設施處充電，才能保障你我他生命財產！

（f）間隔式爆炸燃燒。各類型鋰電池設備中電池組（如：電動自行車）、電池箱（如：電動小汽車）、各電池箱（如：電動公交車、儲能艙）的單體鋰電池因受高溫、短路等因素影響，相繼發生熱失控，單個或幾個或幾十至幾百個單體鋰電池將同時或間隔產生H2、CO、乙炔、甲烷等可燃氣體，從電池箱和設備中噴射出，間隙式爆炸燃燒便隨之產生了。

（g）火災難撲滅。鋰電池設備火災，**次明火撲滅了,據統計復燃機率仍有40%以上。若**火災沒有被撲滅和**撲滅的火災再次復燃，這種火災將很難再撲滅了，*關鍵處理措施：一是確保人民生命財產**；二是控制火焰強度，防止火災蔓延。

2、各類型設備主要火災特點與區別

電動自行車的電池容量一般在12~25Ah之間，為一個電池組，外包裝盒為玻纖、碳纖增強一層復合材料，放置在腳踏板處或斜插在車架上。電池組容量不大，是由許多單體電池組成，但是大多單體電池由1~2層外包裝包裹，電池組處于設備和地面之間，初期火災不大，一旦發生火災，應持續噴射幾分鐘以上清水滅火介質，將明火撲滅、還應持續噴射降溫，防止火災復燃。*簡單放心充電方法，將電池組放入具有報警、滅火裝置的充換電柜中集中充電，或集中放置具有充電雨棚簡易式噴水滅火系統設施中充電，才能確保你我他生命財產**。

小型電動汽車電池容量一般是15~60Kwh之間，大約由52倍左右電動自行車電池容量電池組組成，放置在一個或兩個外裝盒為玻纖、碳纖增強復合材料中，這些電池箱一般布置在汽車*底部。總電池容量較大，但是大多單體電池經過3~4層外包裝物包裹，這就給火災撲滅帶來了非常大的難度。一旦發生火災，電動小汽車是電動自行車火災猛烈強度的約52倍左右，很難滅火，除采取特殊滅火方式才會有效。主要應實施控火和防止火災蔓延。

電動旅游大巴、電動公交汽車電池總容量，支持行駛*長200公里的距離，一般電池容量在150~250KWh，大約有208倍左右電動自行車電池容量電池組，這么多電池一般分別放置在4~8個玻纖、碳纖增強復合材料電池箱中，這些電池箱主要固定在汽車兩側行李箱中，部分安裝在車箱內或后備箱內。單體電池組經過四層左右外包裝物包裹，若發生火災，火的燃燒和爆炸威力相當于10個手榴彈的208倍左右。目前國家、行業標準規定了城市公共汽電車發動機艙應配置自動滅火系統和溫度報警系統，若沒有安裝自動滅火裝置一旦發生火災或安裝了滅火裝置發生火災沒有撲滅成功，很難將火災撲滅，因滅火介質很難進入電池箱*內層電池組滅火與降溫。這時應遠離火源，壓制火焰強度，防止火災蔓延。目前，大多數電動旅游大巴、電動公交汽車均沒有安裝報警、滅火系統設備。

儲能艙全稱為電化學儲能艙，是指利用電化學原理進行存儲的設備或設施。電化學儲能，也稱為電池儲能。電化學儲能艙中主要使用的產品包括鉛酸電池、二次電池（如鎳氫電池、鋰離子電池等各種燃料電池等），儲能艙主要與太陽能和風力發電設備配套，廣泛應用于電力系統的調節、可再生能源的存儲及應急備用電源等領域。

一個40英尺儲能艙總電池容量一般在3~7Mwh（兆瓦小時），大約相當于5208倍左右電動自行車電池容量電池組。這么多電池組分別安裝在幾十至近百多個電池箱內，4~10個電池箱采用串聯、并聯或串并聯方式連接疊放在一起，成為電池組合體，也叫電池簇，儲能艙中將安裝固定十幾個左右電池簇。

國內外儲能艙常發生重大火災，特別是近期2024年6月24日韓國鋰電池廠火災，據統計不到1分鐘左右3.5萬個鋰電池便發生爆炸式燃燒，歷時爆炸和燃燒約5個多小時。3.5萬個鋰電池數量，相當于40英尺儲能艙5~6個鋰電池總數量，想想一個儲能艙一旦發生火災，火災燃燒和爆炸當量有多猛烈。

注：本文章分為上、中、下三篇，本篇與“中篇：標準、規范、要求、專家論文”文章相連接，下篇為“滅火試驗、設計新理念、方案與措施”文章。

收稿日期：2024-5-8；     修改日期：2024-8-30

作者簡介：朱勁武，男，北京利達海鑫滅火系統設備有限公司，主要從事氣體滅火系統研發、生產銷售工作。

作者地址：北京市北京經濟技術開發區榮京東街17號

作者郵編：100176，電話：13910793712

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