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编著按 文字
图片来源: Jesse Roman. 2018年3月2 日上午9点27分，就在加利福尼亚州山景城的早高峰开始缓和之际，一场剧烈的碰撞让原本平淡无奇的周五通勤陷入了混乱。 由于仍然无法解释的原因，一辆特斯拉 Model X SUV 在 101 号高速公路的平坦笔直路段上以 70 英里/小时的速度行驶，突然向左漂移并撞上了将高速公路与出口匝道隔开的混凝土中间带。旁观者冒着生命危险将这位38岁的司机从废墟中拉出来，然后才着火了。他后来因受伤在医院死亡。 事故导致了一个复杂而危险的事故现场。撞击将前端从车架上撕下，撕开特斯拉 1,200 磅、400 伏的锂离子电池，并将通电的电池散落在马路上。当山景城消防队的单位到达时，就在上午 9 点 30 分刚过，严重损坏的电池正在向五英尺高的空中喷射火焰。消防队员准备好他们的装备并开始工作。 如果世界上任何地方都有一个配备、训练和准备处理当天早上 101 情况的消防部门，那就是山景城消防部门。这座拥有 80,000 人口的湾区城市位于硅谷的中心地带，是包括特斯拉在内的众多科技巨头的所在地。特斯拉汽车在附近组装，该公司经常从山景城和其他地方接待应急响应人员，直接从设计它们的工程师那里向他们传授电动汽车电池、高压电线和紧急切断回路。特斯拉已经向当地部门捐赠了数百辆汽车，用于练习紧急撤离和其他程序，山景城的消防员也接受了大量现场培训。根据最近的一项研究，硅谷近 10% 的乘用车是混合动力或全电动，是全国平均水平的两倍。“我们经历了很多特斯拉和其他电动汽车的事故，”山景城消防局局长胡安迪亚兹在最近的一次采访中说。“我每天都听到报告。”
山景城的车祸，暴露了含有滞留能量的电池（如前景图所示）。 （山景城（CA）消防局） 当他们接受训练时，消防员直接向着火的电池喷射了大量的水，并在几分钟内将火扑灭。又过了八分钟，火灾没有再次发生，他们关掉了水管。但被切断的电池继续发出嘶嘶声和爆裂声，迪亚兹将这种声音比作“用手猛击厨房的桌子”。消防员担心车辆的框架可能会通电，但他们缺乏对其进行测试的工具。他们还缺乏适当的保护设备来处理或移除电池中通电的锂离子电池，而且响应人员无法耗尽仍然明显困在不稳定电池中的大量能量。由于担心触电，拖车公司拒绝将嘶嘶作响的汽车装载到平板车上。消防员发现自己身处繁忙的高速公路中间，电动汽车被撞坏了，下一步该做什么选择很少。 与所有特斯拉车型一样，Model X 中的电池由十几个独立的模块组成，每个模块由数百个单独的电池组成。所有这些组件都整齐地包装在一个矩形金属外壳中，该外壳在客舱下方的底盘长度上延伸。充满电后，电池的容量为 75 千瓦时——大约足以为美国普通家庭供电超过两天半，并且足以立即杀死任何接触到它的人。如果被刺破、破裂或以其他方式损坏，热量会在受损电池内部迅速积聚，并在称为热失控的级联过程中扩散到周围的电池，这可能导致火灾、电弧闪光、放气，有时甚至爆炸。面对这些危险，山景城的消防员采取了他们为数不多的选择之一：打电话给特斯拉。
附近特斯拉总部的工程师正在清理电池的暴露部分并使其断电。（山景城（CA）消防局 事件发生大约两个小时后，一队特斯拉工程师抵达了事故现场，他们是从公司总部派出的，就在路上。工程师们开始了一项艰巨的任务，将损坏的电池一个一个地拆卸下来，将每个电池放入一桶水中。六车道的 101保持关闭了六个小时，因为特斯拉员工拆除了电池的暴露部分并隔离了暴露的高压线，而消防员则提供了必要的水以防止火灾重新点燃。在拆除了大约四分之一的电池后，大家一致认为这辆车可以安全地运送到附近圣马特奥的一个扣押场。一名山景城消防队长和消防车陪同拖车进行了大约 20 英里的行程。 在行驶过程中，汽车电池的剩余部分继续像鞭炮一样爆裂。 在扣押处，车辆的电池在最初的 24 小时内点燃了两次，操作员不得不打电话给 San Mateo 消防员提供协助。接下来的星期四，在最初的事故六天后，电池再次燃烧。特斯拉工程师最终从车辆中取出剩余的电池，并将其浸入一桶盐水中使其断电。 之后，负责调查坠机事故的美国国家运输安全委员会调查员告诉迪亚兹，山景城部门是他见过的第一个在这种极端情况下适当缓解电池起火的部门。除车辆司机外，没有进一步的受伤或损坏报告。 尽管如此，这次事故——以及全球其他数十起类似事故——暴露了我们对此类事故可能发生的情况以及响应者必须走多远才能为专家所说的电池技术的迅速涌入做准备的理解上的空白。快速接近。该技术超越了电动汽车，涵盖了各种储能系统 (ESS)，从公用事业规模的 ESS 阵列到可以存储在家庭车库中以按需提供电力的消费级 ESS（参见“超越电动汽车”）。不过，目前，与电动汽车相关的危害是许多响应者最关心的问题。随着道路上的电动汽车数量预计将急剧增加——以及随之而来的撞车数量和相关挑战——应急响应专家表示，需要进行更多的研究和培训，以便为他们提供更安全、更有效地应对最严重的电动汽车事故。 响应的山景工作人员因单次电动汽车撞车事故而停止服务约 7 小时；迪亚兹说，涉及内燃机车辆的类似事故通常需要大约 30-45 分钟才能清除。如果电动汽车事件变得更加普遍，“它将使更多资源无法使用，并影响我们应对其他紧急情况的能力，”他说。 对于硅谷以外的部门来说，类似的电池泄露事件除了资源消耗之外，还带来了无数额外的问题。其中最主要的是：面对同样极端的情况，如果消防部门不能召集附近的一群电动汽车工程师来协助，该怎么办？ “当然，根据这次经历，我会说消防部门还没有准备好完全减轻这些火灾，”迪亚兹在事故发生一个月后的一次电话会议上对一群 NFPA 员工说。“如果特斯拉没有出来，我们可能会把它留在高速公路上燃烧。我们别无选择。” 没有好的办法 据接受采访的研究人员称，当天山景城消防员面临的主要挑战是能源滞留，这是一个被广泛忽视的问题，几乎没有科学文献。滞留能量是指电能保留在电池中而没有有效方法将其移除的任何情况。 这通常发生在电池因外力、冷却剂泄漏、热量或水侵入而损坏并且正常功能停止时。这也可能导致热失控。电池损坏时剩余多少能量会极大地影响反应的严重程度和持续时间。 山景城事故“发生在清晨，因此我们认为电池已接近 100% 充电。 那么它仍然有足够的能量在一周后重新点燃是有道理的，”迪亚兹说。“在你确定电池已经耗尽所有能量之前，你真的不知道你已经完成了对电动汽车的 100% 灭火。” 电池中的高能量水平也可以解释事故发生后电池发出的爆裂声和嘶嘶声的强度——这是热失控的明显迹象。 目前，响应人员无法确定损坏的电池中剩余多少能量，也无法耗尽这些能量来减少威胁。Electric Applications Incorporated 的创始人 Don Karner 表示，电池行业正在努力改进安全措施，以使热失控和滞留能量不再是问题，该公司帮助电池制造商测试产品并针对新应用进行定制。然而，Karner 说，即使拥有最好的技术，也总会存在一些风险，尤其是在电池用于更多应用和更极端条件下的情况下。 “没有什么是完美的，”他说，尤其是在电动汽车应用中的电池方面。“我们实际上是在拿一个电池组，以每小时 75 英里的速度把它扔到路上，然后以每小时 75 英里的速度撞上另一个电池组——错误的余地非常小，”卡纳说，他也是该公司的主席。汽车工程学会搁浅能源委员会。“你永远不知道一切是否会顺利进行，所以如果电池着火了，有应急措施是非常重要的。” 除了山景城事件之外，最近在全球范围内还发生了数十起类似事件，从新罕布什尔州到莫斯科，内置电池保护装置没有按预期工作。对于响应者来说，每一个都导致了困难且耗时的清理工作，他们无法从损坏的电池中清除滞留的能量，他们可以使用的选择有限。 在热失控中使用水冷却损坏的电池是目前响应者的主要策略，也是 NFPA 电动汽车和电池响应课程中教授的策略。根据消防研究基金会 (FPRF) 的要求进行的火灾测试，NFPA 建议消防员直接向电池盒区域喷射“大量水”，并使用热像仪定期寻找火灾迹象。电池内部正在进行的化学反应产生的热量。然而，由于 EV 电池通常夹在车辆的起落架和乘客舱之间，消防员表示，即使不是不可能，也很难接触到电池上的水。弗里蒙特（加利福尼亚州）消防局的营长科里·威尔逊（Cory Wilson）说，有些人倾向于尝试在车辆地板上挖洞以暴露电池，他多年来一直领导特斯拉车辆的应急响应培训。他说，这种策略既危险又适得其反。 “特斯拉电池被分成 15 个不同的隔间，所以如果你开始从一个隔间戳洞到另一个隔间，你将把火势蔓延得更快、更远，你实际上可能会造成损坏并开始热失控过程。细胞，”他说。此外，“如果你切入高压线，你会立即死亡。” 在特斯拉 1000 万平方英尺的生产工厂所在地弗里蒙特，消防部门已开始在电动汽车起火时使用一种特殊形式的千斤顶将车辆从侧面抬起，让消防员能够在靠近汽车的起落架上喷水。电池。“我们还填满了车辆本身的底板，以保持电池从顶部冷却，”他说。“不过，你不一定会直接在电池本身上加水。你正在冷却它周围的元素。” FPRF 的研究项目经理 Victoria Hutchison 表示，阻止热失控的另一个潜在选择是耗尽电池中引起反应的能量，这说起来容易做起来难。许多制造商使用的典型断电方法是将损坏的电池在盐水浴中浸泡几天，直到气泡停止，表明电池内部的化学反应已经停止。虽然这种策略对于高速公路上缺乏移除损坏电池的技术专业知识的急救人员来说似乎不太理想，但由于缺乏久经考验的选择，他们不得不发挥创造力。 在荷兰，消防员使用拖车将大型集装箱运送到电池受损的电动汽车事故现场。箱子里装满了水，一台小型起重机将车辆吊起，然后将其放入移动水箱中，在那里可以安全地将其带到拖车场。 这种策略在欧洲变得越来越普遍，许多消防部门已经将他们的梯子卡车改装成小型起重机，以帮助他们处理火车脱轨，威尔逊最近在荷兰举行的电动汽车会议上发表讲话。 “他们不必担心长时间坐在上面，以防它重新点燃——他们可以将箱子装载到拖车上，然后把它开到拖车场，这很好，”他说。“但我们在美国的后勤工作有点困难，因为大多数消防部门没有起重机。这似乎不可行。”
在荷兰，去年春天汽车经销商内的电池开始冒烟后，工作人员将一辆宝马电动汽车放入水浴中。（中西部布拉班特消防队提供） 迪亚兹推测，除了将车辆放入移动水箱中之外，“未来，消防部门可能会有可用的工具，我们可以连接到车辆的插头并将能量从电池中转移出来。”他设想，一些消防部门可能会部署专门的 EV 团队，以从电池中提取能量，类似于目前训练 HAZMAT 团队从油箱中排出汽油的方式。 Hutchison 说，虽然目前存在一些断电工具，但几乎所有这些工具都是特定于制造商的，并且只有在电池完好无损且不会在高速公路上裂开的情况下才能工作。第三方制造商已经取得了一些进展，开发了一种适用于任何电池的通用断电工具，但同样，前提是电池没有严重损坏。 卡纳怀疑，急救人员是否有工具可以在事故现场为损坏的电池断电。他表示，该技术理论上可以存在，但可行性值得怀疑。 “耗尽电池不是几秒钟的事情。这可能甚至不是几分钟的问题——我们正在谈论一个小时或几个小时来做到这一点，”他说。“最重要的是，问题清单还在继续。您如何确定损坏是否严重到需要耗尽电池电量？那会损坏电池，所以现在保险人员可能会参与其中。谁将接受培训来做到这一点？你是在十字路口还是在私人财产的路边做？我的意见是，您将车辆移动到可以更有序地处理它的地方，并在此过程中采取一些预防措施。” 威尔逊说，除了能够耗尽其能量之外，仅仅知道损坏的电池中还有多少搁浅的能量将大大有助于帮助响应者确定它带来的风险以及它是否可以安全运输。“但是当我们出现在现场时，我们无法知道那个电池组的电量是多少，”他说。 Hutchison 说，这让响应者、拖车司机、打捞场所有者和其他人不确定他们正在处理的潜在危险。她称这种情况为“风险转移的级联效应”，一种可能致命的能源反复转手，但“没有人知道这种风险的程度。” 该问题的可行解决方案似乎也没有出现。根据 Hutchison 的说法，即使在拥有最好设备的实验室中，确定损坏的电池中剩余多少能量仍然是一个挑战。 她讲述了电池被完全烧毁的情况——它们看起来像一堆垃圾——几个小时后，当研究人员用一根杆子触碰这些电池堆时，它们就产生了火花。“这些专业人士对电池进行了大量测试，他们确信电池中不会有任何剩余能量，”Hutchison 说。“他们错了。” 即使汽车被运到扣押所，挑战也不会停止。由于锂离子电池喜欢在没有警告的情况下重新点燃，就像特技生日蜡烛一样，NFPA 建议将电池损坏的电动汽车存放在距离其他车辆和建筑物至少 50 英尺的地方。Hutchison 说，在空间有限的城市地区，即使不是不可能，也很难遵循这一建议。但这是目前唯一安全的策略。 卡纳认为，随着电动汽车的普及，专门用于在事故发生后为损坏的汽车电池提供外壳和断电的复杂第三方设施将满足这一需求。然而，在此之前，消防部门和打捞场运营商正在提出自己的解决方案。在山景城特斯拉坠毁和随后的重燃后不久，迪亚兹向他的消防员发布了一份备忘录，详细说明了一项新战略。到达拖车场后，消防员将在损坏的电动汽车周围建造一座水坝，并用水将其淹没，车辆将在水中浸泡三天以防止重新起火。 “即使电池浸入水中，它也会继续经历热失控，但我知道，如果你用水淹没它并隔离它，让没有人靠近它，水的冷却能力将不会让点火发生， ”迪亚兹写道。 前方的路 处理严重的电动汽车碰撞事故的可行策略可能需要尽早出台，因为世界即将经历道路上电动汽车数量的急剧增加。 根据国际能源署的数据，两年前，全球共有 310 万辆电动汽车。到 2030 年，IEA 估计这一数字将达到 1.3 亿。市场投资公司摩根大通预测，到 2025 年，全球售出的汽车中约有三分之一将是混合动力汽车或全电动汽车。摩根大通估计，自汽车时代开始以来，纯内燃机汽车占汽车销量的 90% 以上，这一比例将急剧下降，到 2025 年将降至 70%，到 2030 年将降至 40%。 锂离子电池的整体生产预计将遵循类似的轨迹。LG 经济研究所估计，从 2017 年到 2022 年，各种可充电锂离子电池的产量将增加 8 倍，同时部署量将增加 55%。
位于加利福尼亚州弗里蒙特的特斯拉工厂。预计未来几十年上路的电动汽车数量将急剧增长。（由特斯拉提供） 然而，搁浅能源的案例仍然很新颖，以至于电池行业以外的大多数人在很大程度上不熟悉它给响应者和其他人带来的挑战——包括大多数在应急响应中工作的人。同样，很少有研究以任何全面的方式解决搁浅的能源问题，尽管这种情况可能很快就会改变。至少三个有关该主题的主要项目现已接近完成（请参阅“研究支持”）。 该研究可能会为新电池和车辆标准的开发以及响应者的额外培训计划提供信息。自 2012 年以来，NFPA 为第一和第二应急响应人员提供在线替代燃料车辆安全培训，其中涵盖安全处理这些事件所需的最佳实践、工具和信息。据 NFPA 估计，美国 110 万消防员中约有 25 万人接受了培训，随着信息的收集会定期更新。 去年春天，在佐治亚州科文顿的一个空停车场，NFPA、加州林业和消防局 (CalFire)、特斯拉和一家名为 Advanced Extraction 的公司参与了特斯拉汽车的现场燃烧。该活动为消防员提供了培训机会，也为研究人员提供了获得新见解的机会。项目经理 Andrew Klock 表示，对烧伤的观察导致 NFPA 电动汽车培训计划的更新，该计划将于明年初推出。 新材料将包括有关弗里蒙特使用的可选策略的信息，该策略将车辆侧向支撑以将电池底部暴露在水中，这在现场训练中被证明是有效的。克洛克说，另一个观察结果是，较新的电动汽车，例如在佐治亚州燃烧的电动汽车，可能需要消防员使用比以前建议的更多的水，以确保完全扑灭电池起火。前几代特斯拉电池的最大能量容量为 75 千瓦时，而现在市场上的新型车辆可以选择高达 100 千瓦时的电池，一次充电可行驶 360 英里。“随着这些电池中的额外能量，我们发现它需要比以前的测试更多的水来确保火被扑灭，”克洛克说。 除了制造更强大的电池外，电动汽车制造商还一直在更新他们的车辆设计，考虑到急救人员—但在这方面仍有工作要做。大多数 EV 车型现在都有一个紧急切断回路，它允许响应者在发生碰撞时切断从主电池到车辆其余部分的电源。然而，这些切割环的位置因模型而异，标准化将极大地有利于响应者，Wilson 说。帮助响应者快速识别车辆是电动车还是混合动力车的三边标志也变得越来越普遍，但也没有标准化。此外，所有电动汽车的高压线都被涂成橙色，以警告救援人员不要触摸它们，几乎所有制造商都发布了紧急响应指南，详细说明了切断开关的位置、高压线和其他关键信息. 至少一家电动汽车制造商最近也进行了重大的设计更改，使响应人员可以通过软管清楚地接触电池。在与消防员进行了几次测试后，法国汽车制造商雷诺增加了所谓的“消防通道”，该通道由底盘侧和电池侧两个相对的热敏面板组成。发生火灾时，面板会融化，从而可以直接接触到下面的电池。 专家们希望，目前正在进行的研究以及由此产生的创新和标准，不仅可以为第一反应和汽车行业提供信息，而且随着电池在几乎每个国家变得越来越普遍，其他数十个受搁浅能源影响的行业也能从中受益。现代生活的方方面面。卡纳相信，像 NFPA、汽车工程师协会以及制造商本身这样的安全机构都已准备好迎接挑战。 “当你只看它的广度时，有点不知所措，但在我看来，毫无疑问，在这个过程中的每一步，每个组织都参与其中，我们将为出现的问题提供良好的技术解决方案，”他说。 对于迪亚兹来说，电动汽车和储能只是消防服务永无止境的循环中的下一件事——技术进步带来了新的挑战，这些挑战最终得到了解决和克服。他的部门，在其中，比任何其他部门都清楚这一点。 “这只是消防服务追赶现代世界的一个案例，就像我们在 1970 年代和 1980 年代对计算机和半导体行业所做的那样，”他说。“我们生活在创新的中心——我的意思是，我们的城市现在都有自动驾驶汽车。我们接受这项技术。我们不反对。我们认为来到这里是令人兴奋的。但这并非没有挑战。” 探讨：
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