作者羅 薇，葛育英等
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摘要：近幾年，船舶載運電動汽車發(fā)生多起火災事故，造成重大財產損失，對船上人命安全也構成嚴重威脅。隨著電動汽車產業(yè)快速發(fā)展，船舶運輸電動汽車的安全風險日益突出，對航運業(yè)和監(jiān)管部門提出了新的挑戰(zhàn)?；陔妱悠囁愤\輸和管理現(xiàn)狀，從鋰電池特性、電動汽車類型、滾裝運輸方式風險和電動汽車火災特點等方面分析船舶載運電動汽車的安全風險，并依此提出對策建議，供相關方面參考。關鍵詞：船舶運輸；滾裝船；電動汽車；安全風險；火災事故 近年來，電動汽車產業(yè)快速發(fā)展，全球著名市場調研機構科納仕 ( Canalys ) 發(fā)布的《2021年全球電動汽車研究報告》顯示：2021年全球電動汽車銷量約為650萬輛，比上年增長109%，其中，中國大陸銷售的電動汽車占全球電動汽車的一半，共320萬輛，占所有新車銷量的15%。2020年11月，國務院辦公廳印發(fā)的《新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃 ( 2021—2035年 )》提出：到2035年純電動汽車成為銷售主流，公共領域用車全面電動化。在碳達峰、碳中和目標背景下，電動汽車普及是大勢所趨，由此產生的船舶運輸電動汽車的需求也急劇增長。 自電動汽車問世以來，因充電起火、碰撞起火、自燃等原因造成的火災時有發(fā)生，讓公眾對電動汽車的安全性產生了擔憂。特別是近幾年，船舶載運電動汽車發(fā)生多起火災事故，安全風險日益突出，對航運業(yè)和監(jiān)管部門提出了新的挑戰(zhàn)。2022年2月16日，載有約4 000輛大眾集團旗下豪車的巴拿馬籍“Felicity Ace”號滾裝船發(fā)生火災，最終導致船舶沉沒，引起了全球廣泛關注。電動汽車的安全運輸迫切需要業(yè)界和監(jiān)管部門深入研究。本文基于電動汽車水路運輸和管理現(xiàn)狀，從鋰電池特性及風險、電動汽車類型、滾裝運輸方式風險和電動汽車火災特點等方面分析船舶載運電動汽車的安全風險，進而提出對策建議，供相關方面參考。 不同于傳統(tǒng)燃油汽車，電動汽車的能量主要來源于動力電池。目前，市面上電動汽車分為油電混動、插電混動以及純電三種類型，車載動力電池以三元電池和磷酸鐵鋰電池為主。根據(jù)中汽協(xié)和動力電池產業(yè)聯(lián)盟的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2021年我國電動汽車動力電池裝機量累計154.5 GWh。其中，三元電池裝機量占比48.1%，磷酸鐵鋰電池裝機量占比51.7%。 目前，船舶載運電動汽車主要包括集裝箱運輸和滾裝運輸兩種形式。滾裝運輸是指將電動汽車直接開到船上置于船舶特定處所的運輸方式，具有安全性高、成本低等優(yōu)點，因此成為電動汽車水路運輸最主要的物流方式。按照載運船舶類型劃分，滾裝運輸又具體分為汽車運輸船、滾裝船以及滾裝客船三種情況。通常，汽車運輸船和滾裝船以運輸商品汽車 ( 包括新車和二手汽車 ) 為主，滾裝客船以運輸家用汽車為主。 依據(jù)《國際海運危險貨物規(guī)則》的要求，在水路運輸時，電動汽車屬于危險貨物 ( 第9類雜項危險貨物 )，聯(lián)合國編號為UN 3171。但在滾裝運輸時，積載在船舶指定處所內的電動汽車可按照普通貨物運輸。無論是按照危險貨物還是普通貨物管理，船舶載運電動汽車都必須確保車內裝機電池的安全，防止電池在運輸過程中損壞、短路和意外啟動。根據(jù)《中華人民共和國海上交通安全法》等相關法律法規(guī)，客船載運乘客不得同時載運危險貨物。從國際慣例和我國實際情況看，集裝箱運輸?shù)碾妱悠嚲凑瘴ｋU貨物管理，滾裝運輸?shù)碾妱悠嚲凑掌胀ㄘ浳锕芾?，符合《國際海運危險貨物規(guī)則》的要求。據(jù)了解，我國部分港口碼頭考慮到電動汽車的潛在風險和船舶消防局限，禁止其通過滾裝客船運輸。 無論是純電動汽車、油電混合動力汽車，還是插電式混合動力汽車，其裝機電池均為鋰電池。鋰電池作為電動汽車最重要的系統(tǒng)，也是決定汽車安全的重要因素，而電池的安全往往受生產工藝、電池材料、荷電狀態(tài)以及環(huán)境和操作等因素影響。 鋰電池按照形態(tài)可分為圓柱電池、方形電池和軟包電池等，其生產工藝有一定差異，但整體上可將鋰電池制造流程劃分為前段工序 ( 極片制造 )、中段工序 ( 電芯合成 ) 和后段工序 ( 化成封裝 )。由于鋰離子電池在安全性能方面的標準很高，因此在電池制造過程中對鋰電設備的精度、穩(wěn)定性和自動化水平都有極高的要求。如果在制造過程中存在安全缺陷，會影響鋰電池的性能及使用壽命，嚴重時甚至可能發(fā)生爆炸，威脅人身和財產安全。例如前幾年國內的造車新勢力威馬EX5就因為電池存在制造缺陷，導致化學性質不穩(wěn)定，接連發(fā)生多起自燃事故。 目前，動力電池類型以三元鋰電池 ( 如特斯拉、理想、蔚來及大眾等品牌 ) 和磷酸鐵鋰電池 ( 如比亞迪等品牌 ) 為主。三元鋰電池是正極材料使用鎳鈷錳酸鋰[Li ( NiCoMn ) O2]或者鎳鈷鋁酸鋰的三元正極材料的鋰電池，具有能量密度較高、續(xù)航能力強、抗低溫等優(yōu)點，缺點是電池穩(wěn)定性較差，當溫度達到250～350 ℃時容易熱失控，在快速充電過程中存在較高的自燃風險，對散熱性能的要求很苛刻。磷酸鐵鋰電池是一種使用磷酸鐵鋰 ( LiFePO4 ) 作為正極材料、碳作為負極材料的鋰離子電池，雖然能量密度、續(xù)航方面不如三元鋰電池，但使用循環(huán)壽命較長，最大優(yōu)勢是安全性高，熱穩(wěn)定性好，熱失控溫度普遍在500 ℃以上，電池自燃的風險很低。新能源汽車國家大數(shù)據(jù)聯(lián)盟的報告顯示，2020年1—9月的電動車起火事件中，使用三元鋰電池的車輛占比高達95%，磷酸鐵鋰電池只占5%。據(jù)悉，巴拿馬籍“Felicity Ace”號滾裝船火災事故中搭載的保時捷Taycan、奧迪e-tron、大眾ID.4等電動汽車均使用三元鋰電池。 電池的荷電狀態(tài) ( State of Charge，簡稱SOC )，顧名思義是指電池中剩余電荷的可用狀態(tài)，一般用百分比來表示。當SOC降低到較低水平時，可有效地減緩鋰電池熱傳導的擴散并降低危險事故發(fā)生的風險。2021年1月1日實施的由工業(yè)和信息化部及國家能源局指導編制的《電動汽車安全指南》( 2019版 )，建議在運輸過程中電動汽車的SOC保持在40%～70%之間。但需要注意的是，如果SOC過低，鋰電池會出現(xiàn)析鋰，而析鋰是電池發(fā)生熱失控的主要原因，這種情況會引起電池內短路，存在一定的安全隱患。 鋰電池引起火災事故主要原因包括內部短路、外部短路或過度充電等。鋰電池內部短路主要有機械失控、電化學失控以及溫度失控三種誘因。外部短路一般是電池安裝或維修操作不當引起的。過度充電火災一般發(fā)生在充電時。鋰電池如果長時間處于高溫環(huán)境，發(fā)生擠壓或碰撞，或者在安裝、維修、充電時操作不當?shù)?，就可能引發(fā)電池的短路、漏液甚至發(fā)生燃燒、爆炸。 根據(jù)美國國家運輸安全委員會 ( NTSB ) 和運輸統(tǒng)計局 ( BTS ) 的數(shù)據(jù)，美國在2021年全年只有52輛純電動汽車發(fā)生自燃，但是混合動力汽車發(fā)生自燃事故的數(shù)量高達16 051起。按每10萬輛銷售汽車中發(fā)生火災的車輛來算，混合動力汽車的起火數(shù)量為3 474.5輛，純電動汽車的起火數(shù)量只有25.1輛。混合動力汽車的起火概率是純電動汽車的138倍，混動汽車安全風險要遠高于純電動汽車。主要原因是混動汽車結構過于復雜，既擁有傳統(tǒng)燃油車復雜的機械、電路結構，又搭載了純電動汽車最容易發(fā)生自燃的動力電池，幾乎同時擁有純電動汽車與傳統(tǒng)燃油車這兩種車型起火的“病根”。 有資料顯示，使用過的電池很大比例存在不同程度的析鋰現(xiàn)象，原則上使用過的電動汽車安全風險要高于新出廠的電動汽車。2020年6月4日，挪威籍汽車運輸船“Hoegh Xiamen”號發(fā)生火災事故，據(jù)稱原因就是船上一輛二手汽車的電池自燃。基于對二手汽車安全風險的考慮，目前越來越多汽車運輸船承運人開始拒絕運輸存在風險的二手電動汽車。 近幾年船載電動汽車火災事故大多發(fā)生于滾裝運輸中。與集裝箱獨立運輸方式不同，滾裝運輸是通過船舶尾跳板將車輛開上船，通過船內甲板間的斜坡及升降機到達原計劃甲板，停放在計劃位置，并進行捆扎。對于大型貨車，采用綁帶捆扎輪轂或前后牽引鉤，將車輛固定在甲板上。但對于小型家用汽車和客車，由于汽車本身無專用系固點，因此僅使用楔形木塊塞住四個車輪以達到固定目的。在大風浪航行條件下，船舶往往會產生較大的橫搖和較小的搖擺周期，隨著船舶搖擺，車輛極容易發(fā)生位移，引起車輛之間的擠壓碰撞，進而造成電池受損，發(fā)生自燃。 電動汽車作為新興產業(yè)，在過去幾年經(jīng)歷了飛速發(fā)展，船舶運輸量暴增。在確保鋰電池安全的前提下，積載于特定的安全處所，是電動汽車作為普通貨物滾裝運輸?shù)闹匾獥l件。目前現(xiàn)行有效的SOLAS公約和國內船檢技術法規(guī)對車輛處所、滾裝處所、特種處所的定義，僅考慮了裝載燃油汽車的情形，不包括載運電動汽車的情況，滾裝客船、滾裝貨船現(xiàn)有的防火分隔、車輛艙消防布置能否滿足載運電動汽車的安全要求，值得探討。 同時，滾裝運輸時的電動汽車與燃油汽車混裝，車輛間的間距非常小，通常僅留有夠一人通過的過道。一旦發(fā)生火情，難以及時準確地確定起火點、起火物以及火勢等情況。車輛之間的相互影響、狹窄的救援通道給消防應急帶來了極大的困難。 不同于燃油汽車火災，電動汽車火災具有類型復雜、溫度高、難撲救、易復燃、火勢快等特點。據(jù)了解，鋰電池從出現(xiàn)燃燒跡象到猛烈燃燒，只需要6 s，其燃燒溫度將達到600～1 000 ℃，遠超普通汽柴油著火時達到的400 ℃左右的溫度[1]，鋰電池燃燒還伴隨著火焰噴射和高溫腐蝕性液體飛濺。同時，由于車內鋰電池起火伴隨著較為復雜的化學反應，無氧環(huán)境也可以劇烈反應，一旦電動汽車發(fā)生火災，二氧化碳、泡沫干粉、壓力水霧等常規(guī)滅火方法難以有效滅火，即便撲滅明火，化學反應和高溫也非常容易導致復燃，直至電池燃盡。美國消防協(xié)會 ( NFPA ) 對鋰電池的研究表明，真正能滅鋰電池火的滅火劑目前是不存在的。因此，做好風險預控、防止電動汽車火災發(fā)生才是保障安全的關鍵。 ( 一 ) 開展電動汽車危險性研究，完善滾裝船運輸電動汽車安全舉措 隨著“雙碳”戰(zhàn)略的不斷推進，鋰電池電動車的數(shù)量將快速增長，通過水路 ( 尤其是環(huán)渤海地區(qū)、瓊州海峽和舟山群島等區(qū)域 ) 運輸電動汽車的需求會持續(xù)增加，建議深入開展電動汽車危險性及水路安全運輸條件研究，分析電動汽車火災發(fā)生、發(fā)展和演變的機理與特點，運用科學的方法做好風險源辨識以及風險防控，探索建立并完善船舶載運電動汽車的相關制度、規(guī)范和標準，指導電動汽車水路安全運輸。一是開展?jié)L裝船載運電動汽車貨艙適裝能力評估，制定汽車運輸船、滾裝船和滾裝客船貨艙布置以及消防設施等技術檢驗規(guī)范，并有針對性地修訂SOLAS公約、《IMDG規(guī)則》和國內船檢技術法規(guī)，滿足船舶安全運輸要求。二是借鑒普通燃油汽車滾裝運輸實踐經(jīng)驗，制定滾裝船舶載運電動汽車安全運輸技術標準，提高電動汽車運輸安全。三是針對二手電動汽車的安全風險，研究二手電動汽車滾裝安全運輸?shù)目尚行裕岢鲲L險防控舉措，設置禁運標準。 ( 二 ) 運輸企業(yè)積極落實安全生產主體責任，采取有效措施做好風險防控 一是要切實加強上船前安全檢查，嚴格控制有安全隱患的電動汽車上船。二是要科學實施分類分區(qū)管理，建立電動汽車的登記制度，設置電動汽車專門積載區(qū)，不得與燃油車輛混合積載，車輛之間保持有效的安全距離。三是要強化運輸途中的安全保護和巡查監(jiān)視。嚴格按照系固手冊對車輛進行綁扎系固，利用先進的監(jiān)測監(jiān)視設備，加強對貨艙的安全檢查力度[2]。四是要強化應急處置能力。制定船舶電動汽車火災事故應急處置預案，定期組織船員及相關人員開展船上應急演習和培訓，提升船員識險避險能力，提高專業(yè)素養(yǎng)和應急處置技能。 ( 三 ) 加強對消防技術的研發(fā)，提高電動汽車火災事故應急處置水平 由于缺乏有效的鋰電池火災消防措施，電動汽車起火后難以有效撲滅，一般要待車中電池燃盡后方能徹底滅火。建議海事管理機構聯(lián)合消防部門、科研院所和企業(yè)共同開展電動汽車火災消防技術研發(fā)，開發(fā)有針對性的滅火裝置或方法，增強火災事故應急處置能力，降低火災影響。[1] 高申.淺析新能源汽車在滾裝船上的安全運輸風險與防范措施[J].青島遠洋船員職業(yè)學院學報,2020(4):36-35.[2] 符干聰.新能源汽車在瓊州海峽滾裝運的火災風險性分析與對策研究[J].航運經(jīng)緯,2018(11):25-29.
