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

本篇文章分為上、中、下三篇，本篇與“中篇：標準、規(guī)范、要求、專家論文”文章相連接。

七、鋰離子電池滅火設備分類與應用

1、滅火設備使用與安裝方式分類

鋰離子電池火災按使用與安裝方式滅火設備分類，本人認為有移動式滅火設備和固定式滅火設備兩大類。

移動式滅火設備，通常是指那些可以輕松移動和操作的滅火設備，這些設備通常設計為輕便，易于操作、可以迅速布置到火災現場，以應對突發(fā)的初期小范圍的小火災情況。還應具注意如下幾點：一是火災對象是室外還是室內；二是密封性較好或密封性不太好的小容積空間電器柜；三是什么類型火災；四是滅火對象價值等，通過上述情況了解，才能選擇正確的移動式滅火設備。移動式滅火設備用于鋰離子電池火災，本人推薦選用：全氟己酮和二氧化碳手提式滅火器，主要用于算力中心、數據中心、配電間、計算機房、機房、風力發(fā)電機房、儲能艙、博物館等鋰離子電池箱初期小火災。若室外充電樁和充換電樁設備發(fā)生初期小火災，應以干粉、清水、水基、泡沫手提式或推車式滅火器為主。

固定式滅火設備，則是指那些安裝固定位置的滅火設備。這些設備通常安裝在建筑物或保護對象柜體或機箱內部或外部固定位置，一旦發(fā)生火災，可以定溫自動啟動或自動或手動啟動，能夠迅速控制火災火焰強度，將火災撲滅。鋰離子電池火災可以定義為是各類火災中較復雜、較危險、較難撲滅、較容易發(fā)生二次或第三次復燃的火災。這類火災目前主要采用不同滅火介質、不同壓力儲存方式、不同大小、不同結構*復雜的固定式滅火設備組成，主要有：滅火藥劑充裝量≥5kg以上的貯壓和泵式柜式滅火裝置及高壓細水霧滅火系統(tǒng)；滅火藥劑充裝量≤5kg以下的主要有探火管式滅火裝置和非貯壓電爆式小型滅火裝置及非貯壓泵式滅火裝置；氣溶膠滅火裝置。

固定式滅火設備除非貯壓泵式滅火裝置和高壓細水霧滅火系統(tǒng)能多次和連續(xù)噴射滅火介質外，其它種類固定式滅火設備均只能噴射一次，噴射時間一般≤10S，不利于鋰離子電池火災明火撲滅，繼續(xù)降溫冷卻，防止火災第 二次復燃。

2、鋰離子滅火設備壓力與結構分類

鋰離子火災配套的滅火設備，分貯壓式和非貯壓式兩大類。貯壓式滅火設備的貯壓容器內按規(guī)定充裝滅火劑，并充壓后在20℃環(huán)境中的平衡壓力就叫貯存壓力。貯壓式滅火設備主要特點：一是滅火速度非常快，因大多滅火劑有效噴射時間為5~60S；二是滅火高效、穩(wěn)定、可靠，如：貯壓式超細干粉滅火劑滅火效率高于非貯壓式超細干粉滅火劑的0.5~1倍；三是產品質量好與壞或日常維護，看貯壓容器壓力表值，簡單明了，一目了然。缺點是產品密封性不好，壓力容易泄漏。

鋰離子電池非貯壓式滅火設備分電爆式和泵式兩大類。電爆式滅火設備是通過熱敏線（導火索）、感溫磁發(fā)電組件、電爆管點燃火工品氣體發(fā)生器，瞬間產生氣體，將各類型滅火介質≤1秒從滅火裝置中噴射出去，實施滅火。泵式滅火設備是將滅火介質貯存在不帶壓力容器中，通過壓力泵對滅火介質加壓，通過管道、噴嘴，連續(xù)十幾秒或十幾分鐘釋放滅火介質，實施滅火。

非貯壓電爆式滅火設備主要特點：一是因滅火介質儲存在容器中壓力非常低，不存在滅火介質泄漏較快問題；二是結構簡單。主要缺點：一是火工品，易受潮、使用壽命短，質量不穩(wěn)定，各生產廠家產品質量相差較大，很難判定質量好與壞；二是因有效噴射時間≤1S，滅火可靠性比貯壓式差，必須增加0.5~1倍滅火介質重量，才能得到滅火可靠性保證；三是產品質量可靠性和日常維護檢查沒有具體技術性能參數，無法判定電爆啟動裝置和火工品氣體發(fā)生器藥劑是否受潮或失效（如：煙花鞭炮放置幾年了，很難判定是否正常？）；四是該類產品屬易燃易爆危險品產品，必須嚴加管控，防止恐怖分子利用這些產品制作爆炸產品，危害人民生命財產安 全。

鋰離子電池泵式滅火設備，主要特點：一是滅火介質儲存在壓力非常低的容器中，不存在滅火介質泄漏問題；二是結構非常簡單；三是可實現多次間隔噴射和連續(xù)噴射滅火介質；四是有利于鋰電池火災防止復燃。缺點是：一是滅火速度慢，是鋰離子電池火災致命缺陷；二是火災發(fā)生后，必須較長時間通電，泵才能工作加壓滅火介質滅火；三是滅火設備體積大、成本比貯壓式結構體積大、成本高。

3、鋰電池火災主要滅火介質分類

目前，國內鋰電池滅火設備貯壓式結構主要使用的滅火介質有：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。非貯壓電爆式結構主要采用的滅火介質有：全氟己酮、氣溶膠、超細干粉等。非貯壓泵式結構使用的主要滅火介質有：全氟己酮、清水、水基、和高壓細水霧滅火系統(tǒng)。

美國消防協會（NFPA）對鋰電池的研究表明，真正能滅鋰電池火災的滅火劑目前是不存在的。因鋰電池起火時伴隨著較復雜的化學反應，在無氧環(huán)境下也可以劇烈反應。因此，發(fā)生鋰電池火災時，做好風險預控措施，特別是電動汽車發(fā)生火災，保障安 全*關鍵的問題。

八、鋰離子電池火災特征與滅火試驗特點

1、鋰離子電池火災特征

鋰離子電池火災的主要特征包括：（1）火災燃燒迅速?；饎輧H僅數秒或十幾秒鐘的時間就可在動力鋰離子電池各模塊內快速的蔓延，持續(xù)燃燒幾分鐘或幾小時。（2）煙霧較大。大多為白黃色煙霧，煙霧毒性大。（3）燃燒溫度高。燃燒中電池外部*高溫度可達283~1090°C。電池內部的溫度可達572~1121°C，如此高的溫度是引燃電池各模塊內部電池，造成熱失控，使汽車內及其它可燃材料，產生更大的火災。（4）鋰離子電池火災易復燃。一旦復燃，火災很難撲滅。對于鋰離子電池火災而言，大部分燃燒反應發(fā)生在電池箱內或電池外殼內部，電池箱或電池外殼層層阻礙了滅火劑直接與單體電池火源中心接觸，不能滅火和冷卻降溫，所撲滅鋰離子電池火災，大多是表面明火。（5）較長時間燃燒時，伴隨或偶爾連續(xù)發(fā)生爆炸。鋰離子電池容量越大，電池箱或儲能艙中鋰電池各模塊相繼在高溫加熱下，失去熱失控后，分解出的可燃氣體噴射出電池外殼、電池箱、儲能艙外，與空氣混合形成爆炸性混合氣體。遇火焰、高溫顆粒，在局部空間將發(fā)生爆燃，導致起火初期、中期經常伴有爆炸聲響產生。

鋰電池電動自行車、充換電柜、電動小汽車、電動大巴與電動公交車、鋰離子電池電器箱、與太陽能和風力發(fā)電機艙配套的儲能艙的鋰離子火災特征大致相差不大。電池容量大小和電池種類不同，決定鋰離子火災猛烈程度、燃燒時間長短、爆炸威力與破壞力大小及滅火難度。

鋰離子電動自行車、電動小汽車目前沒有規(guī)定要求安裝報警滅火設備，一旦發(fā)生火災，很難撲滅，特別是地下車庫電動汽車火災率將會逐年增多，大家應值得關注。當前國家和當地政府及小區(qū)開始關注地下車庫電動汽車消防報警與滅火設施措施及安裝了。

鋰離子公交車與大巴、儲能艙國家、行業(yè)已制定產品標準與規(guī)范，要求設計安裝報警、滅火系統(tǒng)產品。但這些報警、滅火系統(tǒng)產品技術性能在快速更新和完善中。這些鋰離子電池容量大，設備一旦發(fā)生火災，若二次復燃，鋰離子火災將難再次撲滅，將造成的生命財產損失和社會影響將會巨大。

2、鋰離子電池滅火試驗

（1）觀看印象深刻的一次錄像滅火試驗

2024年3月參加一次國內儲能艙鋰離子電池自動滅火系統(tǒng)產品推廣會，會上某企業(yè)播放了幾分鐘滅火實驗錄像：一電動公交車或可能是儲能艙中一鋰離子電池箱，長約1.2米，寬度約0.8米，厚度約0.3米，電池箱中安裝大約有40塊左右數量電動自行車容量電池塊，總容量約40kwh。這電池箱已熱失控，電池箱被一行車懸吊在空中，火焰穩(wěn)定燃燒，高度大約在1.5~2米高，正緩慢降入一大水池中，電池箱逐漸全部浸入水中前5秒鐘，火焰穩(wěn)定燃燒高出水面仍有1.5~2米高，6~10秒之間，火焰高度逐漸降低，*后熄滅，沒有復燃。許多傳說鋰電池與水接觸，會產生氫氣，發(fā)生爆炸，試驗中沒出現爆炸式燃燒。爆炸一般應出現在相對密封性較好空間，才會發(fā)生。

依據鋰離子電池火災特征和液體滅火介質特點綜合分析，本人認為鋰離子電池火災，若第 二次或第三次火災復燃，*后應以*快速度將液體滅火介質，快速淹沒該部件或電池箱中所有各電池組，才能快速滅火成功，否者，將會釀成爆炸式大火災。

（2）參入實際滅火試驗

近幾年北京利達集團前后研發(fā)了電動自行車充電樁、充換電柜、鋰電池電動公交車、儲能艙等多項鋰電池滅火設備和配套的鋰離子電池復合探測器、報警控制器等產品，分別用磷酸鐵鋰、三元鋰電池依據產品國家、行業(yè)、團體、企業(yè)等標準與規(guī)范，做了數次滅火性能參數試驗，耗費了許多時間、精力、資金。每次試驗均認真布置、記錄、總結，本人將體會和感悟分享給同仁們。以鋰離子電池配套的各類滅火設備，若需較全 面準確的火災前和火災后的報警與滅火性能參數，至少應做十幾次以上滅火試驗，投入巨大資金才能較準確和總結出規(guī)律及普遍性。偶爾做1~2次或看1~2次試驗，較難獲得普遍性規(guī)律，本人的體會和感悟僅供同仁們參考！

A、鋰離子電池種類繁多，大多是采用磷酸鐵鋰和三元鋰兩類電池較多，也基本可兼顧代表鋰離子各類電池的性能參數。因磷酸鐵鋰與三元鋰電池能量密度和安 全性相差較大，若配套的預警、報警、滅火系統(tǒng)性能參數能設置較準確，均可兼顧這磷酸鐵鋰和三元鋰兩類配套設備，本人認為可大幅減少鋰離子電池火災對人民生命財產的損失！

B.、以鋰離子電池配套的設備，因使用室外與室內場地不同、密封與非密封不同、鋰離子電池種類不同，鋰離子單體電池簡易單層包裝與多層密封包裝箱不同、通風與不通風不同、鋰離子電池組和電池組箱處于配套的設備中的（*底部，懸空等）不同位置等七大不同，探測器的種類選擇、報警控制器性能參數設置、滅火藥劑介質選擇和滅火裝置等選擇均應有一定差別。如：電動自行車充電雨棚滅火、充換電柜滅火、鋰電池電動公交車滅火和儲能艙電池箱滅火四大類產品，就存在上述七大類不同，滅火試驗性能參數記錄和火災場景及反應就有較大差別。

C、電動自行車充電雨棚滅火、充換電柜滅火、鋰電池電動公交車滅火和儲能艙電池箱滅火等四類產品滅火試驗過程，主要性能參數和感受闡述如下。

（a）鋰離子電池火災預警期間現象。電池組表面溫度出現上升到預警溫度值時。感煙、CO、壓力等復合探測器均可探測到預警值，CO值為18~200ppm，壓力值為15~50Pa，密封較好電池組箱內可探測到壓力值。若生產廠家自定義設定預警值種類，達到兩個種類參數值時，建議立即對該電池組或電池組箱斷電。依據試驗，磷酸電鐵鋰類型比三元鋰類型電池組，容易抑制已熱失控的電池停止熱失控，防止火災發(fā)生。也就是說三元鋰電池預警斷電性能參數，更應比磷酸電鐵鋰類型各預警參數應提前20%左右設置，才能抑制電池熱失控發(fā)生。

（b）鋰離子電池火災前后現象。磷酸鐵鋰與三元鋰電池產生的煙霧對比分別為：均為白黃色煙霧，磷酸鐵鋰煙少，三元鋰煙多；磷酸鐵鋰有很強刺激眼、鼻味道，而三元鋰則屬中等。

三元鋰電池火災猛烈程度比磷酸鐵鋰火災程度大1~3倍，更快，能量更大，三元鋰電池偶爾還發(fā)生爆炸或燃燒。

（c）從鋰電池火災探測性能參數可窺視熱失控過程。當檢測到磷酸鐵鋰CO氣體值為100至400PPC值時，一般6~20分鐘電池便會開始發(fā)生熱失控，當檢測到CO氣體值由400至2000PPC值，冒大煙，即將產生明火時，一般時間為6~15分鐘。當檢測到三元鋰CO氣體值為50至100PPC值時，只需1~4分鐘，三元鋰電池便開始熱失控；當檢測到CO氣體值由400至2000PPC值，冒大煙，并產生明火時，一般只需1~3分鐘。

（d）從鋰電池火災配套的自動探測報警滅火試驗，可窺視熱失控和滅火場景。磷酸鐵鋰電池組配套的全氟己酮自動滅火系統(tǒng)，若預警（斷電）和啟動滅火系統(tǒng)性能參數設置準確、合理，滅火劑間隔3~5分鐘噴射2次以上，能有效控制熱失控，防止火災復燃。通過滅火試驗可看出，磷酸鐵鋰比三元鋰電池火災熱失控和防止復燃成功率一般應高出1~3倍以上。

九、鋰離子電池火災設計新理念、設計選型方案、火災發(fā)生時主要措施簡要探討

本人從事手提式與推車式干粉滅火器、氣溶膠、噴水滅火系統(tǒng)、各類氣體滅火系統(tǒng)產品研發(fā)和參入上述滅火試驗工作有30多年了。近幾年來，又參入鋰離子電池幾類自動滅火系統(tǒng)（裝置）研發(fā)和滅火試驗工作，閱讀了大量鋰離子火災試驗論文，參加鋰離子電池滅火系統(tǒng)相關產品論壇、展覽及觀看鋰離子電池各類滅火設備產品樣品，逐漸形成了如下：鋰離子電池火災設計新理念、設計選型方案、火災發(fā)生時主要措施，僅供同仁們參考。

1、鋰離子電池火災設計新理念

（1）滅火介質選擇

滅火介質主要有水、干粉、泡沫、氣體四大類。本人認為鋰離子電池火災主要應選擇氣體和水及水基類滅火介質。氣溶膠和干粉類滅火介質不應選擇，特別是氣溶膠滅火劑氣體本身就是易燃易爆氣體，出口溫度大于200°C，可能還帶火星，容易引爆鋰離子電池產生的可燃氣體爆炸，滅火氣體沒有冷卻作用。氣溶膠滅火劑各類火災是否能滅火歧義非常大。許多鋰離子電池配套的電器柜和箱產品，均采用小型一次性氣溶膠滅火裝置，實際沒有一點滅火作用。

氣體滅火劑主要優(yōu)點：滅火速度快、潔凈、絕緣性能好、可滅A、B、C、D、E火災，火災發(fā)生后，沒有發(fā)生火災的設備不會造成損失。部分氣體滅火劑具有滅火濃度低，有一定冷卻作用，缺點是：火災容易復燃，除CO2滅火劑外大多只能滅表面火災，滅火時滅火劑應浸漬一定時間，滅火效果才好，才難復燃。鋰離子電池火災推薦氣體滅火介質，優(yōu)先采用排序前面的：全氟己酮、七氟丙烷、六氟丙烷、二氧化碳、液氮等氣體滅火藥劑。

液體滅火劑主要優(yōu)點：一旦滅火成功，火災難復燃；可滅A類表面和深位火災；液體滅火劑通過設備處理后，液體粒徑細化后，可滅B、E類火災。缺點：滅火時間較長、滅立體火災效果差、不潔凈、絕緣性能不好、對沒有發(fā)生火災的設備和環(huán)境將會造成巨大損失。鋰離子電池火災推薦采用液體滅火介質，優(yōu)先采用排序前面的：清水、水基等液體滅火劑。

（2）鋰離子電池火災滅火原則

（a）火災早發(fā)現、早預警、早斷電、早啟動滅火系統(tǒng)；（b）滅火速度應快；（c）滅火劑冷卻性能應好；（d）滅火劑絕緣性應能好；（e）將會造成巨大損失和社會影響的火災，應選擇第 二次或第三次滅火后難復燃的滅火介質；（f）滅火中和滅火后應選擇造成設備損失小和社會影響力小，應對設計方案綜合評估考慮。

（3）鋰離子電池火災，防止火災復燃，首先應將電池包裝物外部明火撲滅，還必須應實現滅火介質進入到鋰離子電池組*里層包裝物內，讓每一個單體鋰電池浸漬在滅火介質氣體或液體中，抑制熱失控和立即冷卻降溫效果較好，才可抑制鋰電池火災復燃。

（4）采用氣體滅火介質滅火的目的，主要是減少鋰離子電池配套設備損失降低到*低極限，快速滅火和抑制火災第 二次復燃。建議滅火介質盡量實現間隔2～5分鐘噴射兩次以上，比連續(xù)噴射氣體滅火劑效果要好許多。

（5）采用清水和水基滅火介質的目的，是破壞性滅火，主要是讓鋰離子電池配套設備中的電池組箱或整套設備中某一個部件或組件部分損失，換來整套設備或相鄰各整套設備不造成巨大損失和社會影響的*終滅火手段。采用清水或水基滅火介質方案，建議采用大口徑管道和噴嘴，快速將這兩類液體滅火劑灌入或充入電池組包裝物*里面，將各單體鋰離子電池組應全部浸漬在滅火液體介質中，才能實現*終滅火。

（6）鋰離子電池設備、數據中心或算力中心配套的鋰電池配套電器柜和儲能艙及儲能艙群防護區(qū)，鋰離子電池造成的火災，建議應采用氣體和液體滅火介質相結合，采用兩種類型以上滅火方案，依據鋰離子電池（艙）電站中不同保護對象，自動探測到的不同火災信息，實施2~4次左右對同一保護對象或不同保護對象滅火，可能實現滅火成功，才能將損失和社會影響降低到很小。

利達集團愿免費與同仁們共同聯合設計，提供上述幾種鋰離子電池火災氣體與液體滅火介質，兩種類型與數次滅火的設計施工方案。

2、鋰離子電池各類產品火災設計選型性能參數與簡要方案

1）電動自行車充電樁滅火設備

2022年以來，各省市相繼制定和發(fā)布了加強電動自行車全鏈條和集中充電設施建設工作方案的通知，天津政府規(guī)定，當電動自行車停放場所建筑面積不超過300㎡時，可設置簡易噴淋系統(tǒng)。部分省市要求電動自行車庫應設置火災報警系統(tǒng)和自動滅火系統(tǒng)。

電動自行車一旦發(fā)生火災，很難撲滅，主要一是抑制火焰強度；二是防止火災蔓延。電動自行車充電車棚簡易式噴水滅火系統(tǒng)應具備如下主要性能參數和特點：

（a）滅火早。應采用主動手動啟動方式，將火災撲滅在初始階段，克服了自動噴水滅火系統(tǒng)閉式灑水噴頭需火災發(fā)生中，大火災時，才能啟動68℃定溫灑水噴頭的致命缺陷。

（b）滅火快、滅火準、連續(xù)噴灑、難復燃的噴水滅火系統(tǒng)。應克服灑水噴頭噴灑水霧滴直徑≥φ2mm、面積大、不集中、噴水強度小等重大缺陷。應實現噴水霧滴角度和噴射直徑嚴格控制在一定范圍內，實施精準滅火、控火；水霧滴直徑≤φ1mm，有利于快速滅火和冷卻降溫，*關鍵是應能連續(xù)噴灑≥10分鐘、噴水強度大、沒有水源浪費。

（c）發(fā)生火災，啟動滅火裝置后應有短信、電話報警功能。

（d）應有50~200米遠距離火災現場遙控器或4G遠程手機軟件無限距離遙控啟停滅火系統(tǒng)操作功能，實施現場或在值班室對著火災監(jiān)控視屏，快速操作滅火。

（e）應適用于可接自來水管或無水源解決方法措施。

（f）應具有適用北方冬季，防凍結冰措施解決方法。

（g）應安裝簡單、成本低。

2）電動自行車鋰電池充、換電柜火災防護裝置

電動自行車已成為很多人出行代步的重要工具，如今我國電動自行車保有量至少有3.5億萬輛，電動自行車雖方便快捷，但常引發(fā)火災。2023年據國家消防救援局統(tǒng)計，全 國共收到電動自行車火災報警2.1萬起。是鋰電池火災的重災區(qū)。特別是造成南京“2.23”電動自行車停放處起火引發(fā)大火災，導致15死44傷重大火災事故后，國家各部委至各省市當地政府編制相關產品標準、規(guī)范和發(fā)布有關加強電動自行車集中充電設施建設工作方案通知，鼓勵現有居住區(qū)，因地制宜按照“充（換）電柜為主，充電樁為輔”的原則，大力推進居住區(qū)充電設施建設全覆蓋。

這幾年從電動自行車火災案例和火災現場錄像看，電動自行車一旦發(fā)生火災，很難撲滅，幾分鐘呈爆炸式燃燒，迅速蔓延釀成大火災，給人民生命財產安 全造成較大損失，電動自行車鋰電池充、換電柜火災防護裝置，簡稱“自動報警滅火消防充換電柜”，是*有效地防止電動自行車的鋰離子電池，在充電過程抑制火災發(fā)生和火災蔓延的*安 全的一項重要措施。

電動自行車鋰電池充、換電柜火災防護裝置，簡稱自動報警滅火消防充換電柜應具備如下主要性能參數和特點：

（1）產品應符合GB/T42236.1-2022《電動自行車集中充電設施第十部分：技術規(guī)范》國家標準，并獲得國家檢測中心檢驗報告后，才能銷售，才能確保人民生命財產安 全。

（2）自動報警滅火消防充換電柜使用環(huán)境溫度應適用-20℃~+60℃范圍，并鋰離子電池應在5~45℃適宜安 全溫度和相對濕度5%~95%條件下充電，確保鋰離子電池性能、壽命和安 全性。

（3）具有兩種以上火災種類復合探測、預警、斷電保護功能。

（4）發(fā)生火災時，具有自動啟動滅火裝置，快速滅火與冷卻，防止復燃功能。*好應具有兩次以上間隔噴射滅火劑滅火與抑制鋰離子電池熱失控復燃的功能。

（5）火災爆燃時，具有阻止火災蔓延和飛濺物飛出充換電柜功能。

（6）具有過充、漏電、短路、過載、空載、防雷、防雨、防火、防塵等保護功能。

（7）具有位置導航、語音提示、充滿自停、多種計費、移動支付等智能管理功能。