電動(dòng)自行車(chē)充電過(guò)程中起火原因分析及防范對(duì)策

姜自營(yíng)

(臨沂市消防支隊(duì),山東 臨沂 276000）

電動(dòng)車(chē)的大力發(fā)展與普及,可顯著減少燃油使用量,從源頭上解決車(chē)輛尾氣對(duì)大氣的污染。電動(dòng)車(chē)行業(yè)的發(fā)展不可避免地帶來(lái)了新的安全問(wèn)題,那就是電動(dòng)車(chē)的火災(zāi)事故。根據(jù)消防部門(mén)統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù),全國(guó)每年至少有75%的電動(dòng)自行車(chē)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“電動(dòng)車(chē)”)火災(zāi)發(fā)生在蓄電池充電過(guò)程中[1]。因此,筆者針對(duì)電動(dòng)車(chē)充電過(guò)程中的起火原因及相關(guān)防范對(duì)策,進(jìn)行深入研究分析。

1.電動(dòng)車(chē)易引發(fā)火災(zāi)部件分析

造成電動(dòng)車(chē)發(fā)生火災(zāi)的原因可歸結(jié)為以下2方面[2]:

第一，電動(dòng)車(chē)硬件配置問(wèn)題。電氣安全保護(hù)裝置不合格、主要電器器件如充電器和電機(jī)等工作參數(shù)不匹配、工作線路裝配布置不合理、車(chē)體外飾大量采用可燃材料等。

第二，使用者操作不當(dāng)。過(guò)度充電、私拉電線充電、非專(zhuān)業(yè)人員拆修、私設(shè)防盜器等增加電池負(fù)荷的器件等等。電動(dòng)車(chē)自身硬件的火災(zāi)事故概率是不同的,按照高、中、低3個(gè)等級(jí)劃分如表1所示。

2.電動(dòng)車(chē)充電過(guò)程引發(fā)火災(zāi)原因分析

（1）充電器故障引發(fā)火災(zāi)

充電器的主要作用是將輸入的220 V/50 Hz的交流工頻電轉(zhuǎn)換為能夠被蓄電池組使用的直流電壓和電流。常見(jiàn)的電動(dòng)自行車(chē)充電器屬于三段式充電,即經(jīng)過(guò)恒流、恒壓和浮充3個(gè)階段。導(dǎo)致充電器發(fā)生故障的原因主要有以下3個(gè)方面。

第一，充電器內(nèi)部散熱差、溫升快。影響充電器散熱性能的主要因素包括充電器外殼封裝較為嚴(yán)密,或留有的換氣孔設(shè)置不合理,釋放熱量速度較慢,另外充電器內(nèi)置的小功率散熱扇發(fā)生故障。除此之外,蓄電池電量處于欠壓狀態(tài)下,采用三段式充電,充電完成時(shí)間一般在9 h左右。充電器長(zhǎng)時(shí)間工作在上述情況下溫升速度很快,溫度達(dá)到電路器件耐溫極限時(shí)非常危險(xiǎn)。充電器內(nèi)部電路板所使用到的許多電子元器件,如電容、二極管、集成芯片等基本都不能在持續(xù)高溫環(huán)境下工作。功率消耗較大的三極管等器件在使用時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一定的熱量。電動(dòng)車(chē)充電過(guò)程中如果主要器件發(fā)熱嚴(yán)重,而又無(wú)法及時(shí)的將熱量分散出去,很可能導(dǎo)致充電器電路板器件燒毀,甚至造成充電器的起火爆炸。

表1 電動(dòng)車(chē)不同部件火災(zāi)事故概率劃分

第二，元器件松動(dòng)。為方便電池續(xù)航,電動(dòng)車(chē)充電器一般隨車(chē)攜帶。如果車(chē)輛經(jīng)常行駛在顛簸路況,充電器內(nèi)部若干元器件會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)。如此容易引起充電器充電時(shí)的工作電壓不穩(wěn)定,功率振蕩,很多電能轉(zhuǎn)換成熱能,慢慢集聚,容易燒毀充電器內(nèi)部耐熱性差器件,如電路板、電容等,甚至直接引燃無(wú)阻燃的塑料外殼。

第三，缺乏相關(guān)保護(hù)裝置。充電器工作時(shí)容易受電網(wǎng)電壓波動(dòng)影響產(chǎn)生較大的瞬時(shí)電流,電流達(dá)到一定等級(jí)后會(huì)造成內(nèi)部變壓器一次側(cè)發(fā)生短路;蓄電池在充電時(shí),如果不慎將電池正負(fù)極接反容易發(fā)生爆炸。上述幾種意外狀況在日常的電動(dòng)車(chē)充電時(shí)比較常見(jiàn)。

因此,為防止各種常見(jiàn)電路故障導(dǎo)致充電器直接損壞,設(shè)計(jì)諸如短路、反接和過(guò)熱保護(hù)等電路是必需的。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)電動(dòng)車(chē)充電器的廠家眾多,既有品牌電動(dòng)車(chē)生產(chǎn)的配套充電器,也有許多企業(yè)生產(chǎn)的各規(guī)格普通充電器。雖然充電器所涉及的技術(shù)難度不高,但各個(gè)廠家推出的充電器質(zhì)量卻參差不齊。選擇并使用不具有相關(guān)保護(hù)功能的劣質(zhì)充電器,增加了電動(dòng)車(chē)充電時(shí)發(fā)生火災(zāi)的可能性。

（2）蓄電池故障引發(fā)火災(zāi)

目前市面上比較常見(jiàn)的電動(dòng)車(chē)電池類(lèi)型可分為鉛酸電池、鋰離子電池和鎳氫電池等等。鉛酸蓄電池憑借較高的性?xún)r(jià)比一直受到電動(dòng)車(chē)生產(chǎn)商以及消費(fèi)者的青睞。鉛酸蓄電池儲(chǔ)存和釋放電能的實(shí)質(zhì)是硫酸鉛和水進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。如果出現(xiàn)刺激條件如外界環(huán)境中的溫度過(guò)高,導(dǎo)致反應(yīng)不穩(wěn)定,電池容易發(fā)生爆炸起火。

第一，鉛酸蓄電池析氫過(guò)量。蓄電池充電時(shí)其電解液的濃度在逐漸增大,若發(fā)生熱失控現(xiàn)象,電池會(huì)析出許多氫氣和氧氣。氫氣屬于易燃易爆的不穩(wěn)定氣體,而氧氣可助燃。當(dāng)兩者的混合濃度達(dá)到4%～74.2%時(shí),一旦周?chē)须娀鸹óa(chǎn)生就能造成瞬間的起火甚至爆炸。

第二，蓄電池過(guò)度充電。電池充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)可能是使用者一時(shí)的疏忽,也可能是由于電池老化使得電池電壓持續(xù)相對(duì)偏低,充電器不能調(diào)整到涓流模式而是一直工作在大電流充電狀態(tài)下造成的。蓄電池過(guò)度充電引發(fā)自身高溫,正負(fù)極接線柱極板受腐蝕作用發(fā)生破裂,電解液流出或極柱接線不牢產(chǎn)生火花,遇明火爆炸。

第三，蓄電池“超期服役”。蓄電池超過(guò)使用期限,會(huì)大大增加起火概率。而目前電動(dòng)自行車(chē)的使用者往往會(huì)忽略蓄電池超期的問(wèn)題,不能及時(shí)更換,造成充電過(guò)程中過(guò)熱爆燃事故頻發(fā)。

（3）線路故障

電動(dòng)車(chē)自身電氣線路短路是引發(fā)電動(dòng)車(chē)火災(zāi)的重要因素。從電動(dòng)車(chē)充電時(shí)電流流通回路來(lái)看,電氣線路主要由充電器(包括電源線和抽頭)、車(chē)身充電插座、插座與電池之間的導(dǎo)線、各個(gè)蓄電池正負(fù)極端子之間的連接線。此部分線路發(fā)生短路的原因：第一，插頭與插座之間連接不牢靠導(dǎo)致的短路。第二，充電器電源線在長(zhǎng)期使用后因線路老化或與其它尖銳雜物摩擦導(dǎo)致導(dǎo)線絕緣層損傷引起短路。[3]第三，電動(dòng)車(chē)電池組裝之后,其電池相互連接線路可能受外力擠壓等作用引起金屬層裸露,很容易發(fā)生短路現(xiàn)象。通過(guò)分析蓄電池發(fā)生短路時(shí)相關(guān)導(dǎo)線截面積與外層絕緣皮分解時(shí)間的數(shù)據(jù)關(guān)系總結(jié)出數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 電池發(fā)生短路時(shí)數(shù)據(jù)

由表2可知,短路電池?cái)?shù)量一定的前提下,截面積大的導(dǎo)線絕緣皮分解時(shí)間較長(zhǎng),并且隨著短路電池?cái)?shù)量的增多,導(dǎo)線到達(dá)燃點(diǎn)時(shí)間越來(lái)越短。因此,蓄電池連接導(dǎo)線應(yīng)選擇一定范圍內(nèi)截面積較大的。

許多居民小區(qū)、大型超市、工廠企業(yè)都提供公用車(chē)棚以方便人們臨時(shí)停放車(chē)輛。車(chē)棚中若帶有充電設(shè)施,其充電線路往往線徑小、保護(hù)裝置匱乏。第一，當(dāng)電動(dòng)車(chē)扎堆充電時(shí)容易由充電過(guò)載、短路或發(fā)熱引起火災(zāi)。第二，電動(dòng)車(chē)使用者私自改裝電氣線路,如增加防盜功能,因改裝線路不經(jīng)過(guò)電源總線,沒(méi)有電氣保護(hù)裝置,相關(guān)線路一旦發(fā)生短路則會(huì)引發(fā)火災(zāi)。第三，電動(dòng)車(chē)車(chē)身支架大都采用無(wú)阻燃材料的硬質(zhì)塑料制作,火災(zāi)發(fā)生后火勢(shì)愈演愈烈,有毒有害氣體在密封空間能夠造成人員傷亡。

火災(zāi)案例。筆者統(tǒng)計(jì)了幾起電動(dòng)車(chē)電氣線路短路火災(zāi)傷亡事故,如表3所示。

3.電動(dòng)車(chē)充電過(guò)程火災(zāi)防范對(duì)策

通過(guò)分析電動(dòng)車(chē)充電回路中各個(gè)部分可能存在的具體起火原因,可制定出詳細(xì)的防范措施。下面分別從技術(shù)防范和使用防范2個(gè)方面詳細(xì)探討電動(dòng)車(chē)充電過(guò)程火災(zāi)防范對(duì)策。

（1）技術(shù)防范對(duì)策

第一，充電器交流電源回路設(shè)置速斷式保險(xiǎn)管。鑒于許多公共場(chǎng)合中的臨時(shí)充電線路或者充電樁設(shè)施存在安全保護(hù)裝置不規(guī)范問(wèn)題,充電器生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)在保證產(chǎn)品使用穩(wěn)定的前提下,在充電器插頭部分或者其殼體電路板前端安裝5 A/250 V規(guī)格的速斷保險(xiǎn)絲。當(dāng)充電器的變壓器一次側(cè)發(fā)生故障或者電源線因金屬部分裸露等原因造成短路時(shí)能夠第一時(shí)間切斷電源。

第二，充電器直流輸出回路安裝速斷式保險(xiǎn)管。一是，充電器插頭在充電過(guò)程中可能因?yàn)橥饬ψ饔迷斐山佑|不良。二是，各個(gè)蓄電池的接線柱也可能因?yàn)閿D壓等原因造成短路。因此,有必要在充電器與電動(dòng)車(chē)的電源連接部分安裝速斷保險(xiǎn)絲。

第三，確?？刂破骶€路斷路器工作可靠。電動(dòng)車(chē)控制器線路比較復(fù)雜,尤其是帶有自動(dòng)巡航、電機(jī)鎖、報(bào)警等附加功能的控制器。為確保各功能線路出現(xiàn)電氣故障時(shí)不會(huì)產(chǎn)生連鎖反應(yīng),蓄電池與控制器連接主電路必須安裝斷路器。由于該斷路器每次起跳都會(huì)影響電動(dòng)車(chē)正常使用,許多用戶(hù)為了免去維修麻煩就主動(dòng)拆除斷路器,小故障引起整車(chē)線路燒毀的實(shí)例屢見(jiàn)不鮮。

（2）使用防范對(duì)策

第一，規(guī)范充電器標(biāo)準(zhǔn)。電動(dòng)車(chē)充電器質(zhì)量差是造成車(chē)輛充電起火的主要原因之一。只有保證整流、濾波、穩(wěn)壓、過(guò)載及短路保護(hù)等功能完整且采用阻燃材料、散熱快的充電器才是質(zhì)量合格,可被人們放心使用的電動(dòng)車(chē)配件。在購(gòu)買(mǎi)充電器時(shí)應(yīng)優(yōu)先選擇安全性高的品牌產(chǎn)品,不能因?yàn)閮r(jià)格便宜就盲目選擇使用。

第二，檢查蓄電池安全性能。電動(dòng)車(chē)電池可用電容量在低于10%時(shí)候進(jìn)行充電,一般需要持續(xù)充電10 h左右。蓄電池過(guò)度充電達(dá)到一定次數(shù)會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)極板活性物質(zhì)早期疏化。除此之外,高溫環(huán)境下應(yīng)保證電池充電四周通風(fēng)散熱狀況,尤其是炎熱季節(jié)更應(yīng)避免過(guò)充電。當(dāng)發(fā)現(xiàn)電池充電不正常時(shí),如總是充不滿(mǎn)或者直接不能充電時(shí),應(yīng)立即停止充電。首先排除充電器保護(hù)裝置是否失靈故障,之后仔細(xì)檢查電池性能。

第三，做好電氣線路檢查、維護(hù)工作。電動(dòng)車(chē)電路導(dǎo)線在長(zhǎng)期使用過(guò)程中,導(dǎo)線的橡膠絕緣層易產(chǎn)生老化開(kāi)裂,尤其是在多條電路線混扎的集束線中,一旦幾根導(dǎo)線由于絕緣層老化開(kāi)裂,在過(guò)載高溫烘烤下極容易引起線間相互短路并燃燒,所以在日常的維護(hù)保養(yǎng)中,應(yīng)注重檢查電路導(dǎo)線的老化龜裂程度,發(fā)現(xiàn)有破損開(kāi)裂的導(dǎo)線應(yīng)及時(shí)包扎或更換,車(chē)輛當(dāng)行駛一段時(shí)間后,應(yīng)當(dāng)在有維修資質(zhì)的部門(mén)作一次整體的檢測(cè)。

表3 電動(dòng)車(chē)電氣線路短路火災(zāi)傷亡事故