淺談電動汽車火災(zāi)危險性及調(diào)查方法

廖國榮

摘? 要：電動汽車由于其不同于傳統(tǒng)汽車的燃料供給和驅(qū)動方式，產(chǎn)生了新的有別于傳統(tǒng)汽車火災(zāi)的新特點(diǎn)。本文從筆者參與調(diào)查的電動汽車火災(zāi)案例出發(fā)，總結(jié)了當(dāng)前電動汽車發(fā)生火災(zāi)的原因，在此基礎(chǔ)上，探討了電動汽車火災(zāi)調(diào)查的方法，筆者認(rèn)為，電動汽車火災(zāi)調(diào)查在參照內(nèi)燃機(jī)汽車火災(zāi)調(diào)查規(guī)則的同時，要注意電動汽車火災(zāi)本身的特殊性。

關(guān)鍵詞：電動汽車? 火災(zāi)? 危險? 調(diào)查

中圖分類號：U492.8? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）10（a）-0071-03

Abstract： Because of the difference of fuel supply and driving mode between electric vehicles and traditional vehicles， new characteristics of electric vehicles are different from traditional vehicle fires. Starting from the cases of electric vehicle fire that the author participated in the investigation， this paper summarizes the causes of the current electric vehicle fire， and on this basis， discusses the methods of electric vehicle fire investigation. The author believes that the particularity of electric vehicle fire itself should be paid attention to when the fire investigation of electric vehicle refers to the fire investigation rules of internal combustion engine vehicle.

Key Words： Electric vehicle; Fire; Danger; Investigation

電動汽車由于其不同于傳統(tǒng)汽車的燃料供給和驅(qū)動方式，產(chǎn)生了新的有別于傳統(tǒng)汽車火災(zāi)的新特點(diǎn)。電動汽車主要以電池為動力源，以電機(jī)為驅(qū)動方式;混合動力汽車則是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車與純電動汽車的結(jié)合產(chǎn)物，由于燃料供給和電力輸送的變化產(chǎn)生了新的火災(zāi)隱患。

電動汽車主電氣系統(tǒng)電壓高于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車，電氣系統(tǒng)不僅是控制系統(tǒng)也是主要動力系統(tǒng)。同時，由于純電動汽車缺少了內(nèi)燃機(jī)，減少了油路及某些機(jī)械故障引起火災(zāi)的可能性。而混合動力汽車由于電機(jī)及控制器等動力系統(tǒng)的增加，火災(zāi)載荷發(fā)生了變化，增加了機(jī)艙散熱的負(fù)荷。火災(zāi)形成的燃燒蔓延痕跡也隨之發(fā)生了變化。

1? 電動汽車火災(zāi)危險性分析

1.1 動力電池

電動汽車目前使用的動力電池主要為鋰離子動力電池。鋰離子電池由高活性的正極材料和有機(jī)電解液組成，在受熱條件下非常容易發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，這種反應(yīng)將產(chǎn)生大量的熱，從而使電池溫度進(jìn)一步上升，這是引發(fā)電池危險事故的主要原因。電池引起火災(zāi)的危險主要來自于電池的內(nèi)部短路和外部短路。電池的充放電是非常復(fù)雜的化學(xué)、物理反應(yīng)過程，內(nèi)部短路很難完全避免，這有待于電池生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品質(zhì)量的提高。電池的外部短路從技術(shù)上相對容易避免。只要充分對電池（單體、模塊）正負(fù)極絕緣，正常情況下不會有太大的危險發(fā)生。但是，由于汽車屬于流動性的運(yùn)輸工具，一旦發(fā)生異常情況，如變形、異物進(jìn)入等造成電池外部短路，巨大的短路電流很容易引起火災(zāi)。

1.2 碰撞

根據(jù)電池的安全標(biāo)準(zhǔn)QC/T 743-2006《電動汽車用鋰離子蓄電池》，電動汽車在碰撞、擠壓、振動、跌落等過程中電池不能發(fā)生燃燒爆炸現(xiàn)象。不同于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的火災(zāi)安全隱患，電動汽車在碰撞后，動力電池的損壞有時不會立即體現(xiàn)出來，會經(jīng)歷一個緩慢的化學(xué)反應(yīng)過程，最終導(dǎo)致火災(zāi)事故的發(fā)生。雪弗蘭VOLT在進(jìn)行側(cè)碰撞實(shí)驗(yàn)時，于停車場放置3周后發(fā)生火災(zāi)。調(diào)查表明，火災(zāi)發(fā)生時發(fā)生過爆炸現(xiàn)象，電池箱車體發(fā)現(xiàn)多處電弧放電形成的孔洞。國內(nèi)發(fā)生的因碰撞引發(fā)的電動汽車起火的火災(zāi)中，雖然是立即起火，調(diào)查中同樣發(fā)現(xiàn)電池放電對車體形成的孔洞。在調(diào)查初期，曾經(jīng)有車輛、電池方面的專家對孔洞由電弧形成表示懷疑，認(rèn)為是由于動力電池內(nèi)的電解液或物理撞擊而形成的，但通過物證鑒定最終證明了其為放電形成?？梢?，短路產(chǎn)生的熱量對車體的損壞足以引起火災(zāi)。

1.3 電氣線路

電動汽車使用高壓電路（稱為12、24V以外的高壓）來供電，主要用于空調(diào)、電池、電動機(jī)控制器、電動機(jī)等。高壓使用兩線制，其著火危險與傳統(tǒng)的單線制有很大不同，并且類似于普通建筑物中的電氣著火機(jī)理。

電源線短路、電池外部短路、電池放電和固定皮帶以及電源線端子接觸不良是電源線起火的主要原因張力。電動汽車的低壓電氣系統(tǒng)與傳統(tǒng)汽車沒有什么不同，電動汽車可能會發(fā)生汽車電氣火災(zāi)的常見形式。此外，控制系統(tǒng)還包括高壓電源管理控制和儀表功能顯示。在實(shí)際的火災(zāi)調(diào)查案例中，發(fā)現(xiàn)電動汽車的高壓線（如圖1所示），包括在正常行駛期間未充電的充電線，可以發(fā)現(xiàn)多條短路痕跡，并分布在不同的地方。與調(diào)查傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車輛的電氣火災(zāi)的原因相比，電動車輛的電氣火災(zāi)應(yīng)加強(qiáng)電氣火災(zāi)的證據(jù)提取和識別技術(shù)，分析和研究電氣火災(zāi)的發(fā)生時間。短路和融合標(biāo)記識別的性質(zhì)。

1.4 熱管理

電動汽車的主要熱源是電池、控制器、電動機(jī)等。在這樣的系統(tǒng)中，總散熱量大約等于相同功率的普通機(jī)械傳動裝置的總散熱量，但是，這些熱源的工作溫度范圍差別很大。為了及時消散這些組件的熱量并保持可靠的組件性能，必須有一個有效的冷卻系統(tǒng)，并且必須全面考慮冷卻和冷卻組件的體積、質(zhì)量、尺寸和其他因素，滿足車輛的一般要求。一旦電池運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量積聚，溫度不均勻?qū)⒂绊戨姵貑卧囊恢滦?，從而降低電池充放電循環(huán)的效率，影響能量性能電池，在嚴(yán)重的情況下會導(dǎo)致熱泄漏，會引起火災(zāi)。另外，當(dāng)溫度低時，電池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)不能正常進(jìn)行，必須對電池進(jìn)行加熱。因此，為了使電池的性能和壽命最大化，有必要優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)，對其進(jìn)行熱管理，增加散熱和加熱設(shè)施，控制其工作的溫度環(huán)境。電池，并在加熱時使用PTC，加熱電阻器、加熱系統(tǒng)。如果設(shè)計不正確，還可能導(dǎo)致局部短路或溫度過高，從而引起火災(zāi)。

2? 電動汽車火災(zāi)調(diào)查

調(diào)查電動汽車車火災(zāi)時，在遵循傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車輛火災(zāi)調(diào)查規(guī)則的同時要注意以下問題。

2.1 調(diào)查前的準(zhǔn)備

由于傳統(tǒng)汽車起火的頻率很高，因此應(yīng)急響應(yīng)人員熟悉油箱和輪胎爆炸等一般危險，并會在進(jìn)行滅火和消防時自覺避免此類危險。在應(yīng)對電動汽車火災(zāi)事故時，如果遵循傳統(tǒng)的汽車處理方式，許多潛在的危害將被忽略。電動汽車中的高壓電池不同于傳統(tǒng)汽車中的鉛酸電池，電路系統(tǒng)在大火中燃燒后完全癱瘓。電動汽車動力電池由許多串聯(lián)和并聯(lián)連接的電池單元（模塊）組成，電池（模塊）損壞不會導(dǎo)致整個電池完全斷電。消防人員必須了解建造電動汽車的原理，尤其是培訓(xùn)高壓電氣裝置和使用高壓開關(guān)。

2.2 分析方法不同

在通常的電氣火災(zāi)分析中，一般從負(fù)荷側(cè)到電源側(cè)的電流方向?qū)﹄姎舛搪泛圹E的次序進(jìn)行常規(guī)判斷，而電源側(cè)的短路痕跡往往就失去了分析鑒定的意義。但在電動汽車火災(zāi)中，由于動力電池是由許多電池模塊組成，模塊又是由許多電池單體組成，這些單體采用串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)的形式連接，一旦某一單體或模塊出現(xiàn)故障，不會完全影響整個電池包的電量輸出。同時，動力電池、控制電路用鉛酸蓄電池的共同使用，一個在車底、一個在機(jī)艙內(nèi)，兩個相對獨(dú)立的系統(tǒng)，電路布置交錯，增加了電氣系統(tǒng)火災(zāi)分析的復(fù)雜性。高壓電池箱的布置、傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)艙內(nèi)火災(zāi)載荷的變化，都將影響電動汽車火災(zāi)發(fā)生后火災(zāi)的蔓延和發(fā)展。

2.3 起火點(diǎn)的判斷

一般汽車非縱火火災(zāi)有一個起火點(diǎn)，這是判斷縱火火災(zāi)與自身故障火災(zāi)的一個重要依據(jù)。但在電動汽車火災(zāi)中，由于電動汽車動力電池體積較大，為節(jié)省空間，通常把電池大面積平鋪于汽車底盤下面，或采取分體式的方式安裝于車輛的不同可用空間。當(dāng)電池包一處發(fā)生故障時，往往會影響到其他部位。受電池包設(shè)計形式、空間布置、通風(fēng)（與氧氣接觸）的影響，形成類似兩個或多個火點(diǎn)的表現(xiàn)形式。電池或車身的變形會對電池不同部位受力點(diǎn)產(chǎn)生破壞，表現(xiàn)為多點(diǎn)燃燒的痕跡。在火災(zāi)調(diào)查中，對這些火點(diǎn)（故障點(diǎn)）出現(xiàn)的次序判斷非常困難。

2.4 痕跡的影響

電動汽車動力電池的電解質(zhì)是易燃的有機(jī)溶劑，并且電池密閉，一旦發(fā)生火災(zāi)，很難撲滅。當(dāng)前，沒有公認(rèn)的有效的用于電動汽車火災(zāi)的滅火劑。底盤中的電池占據(jù)的面積非常大，其劇烈燃燒也對著火的痕跡影響很大。著火時應(yīng)充分考慮電池和燃燒對車輛痕跡的長期影響。與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車相比，最熱的部分將從發(fā)動機(jī)艙轉(zhuǎn)移到駕駛室或動力電池部分。同樣，艙內(nèi)火勢蔓延的方式也不同。比較純電動汽車和帶有前輪驅(qū)動內(nèi)燃機(jī)的四缸臥式汽車的燃燒足跡，它們也是燃燒從機(jī)艙擴(kuò)散到發(fā)動機(jī)艙的痕跡。電動車機(jī)艙蓋未燒蝕，形成在前機(jī)艙蓋上。它們中的一些在車輛前部作為底部邊緣顯示三角形標(biāo)記，而帶有內(nèi)燃機(jī)的傳統(tǒng)汽車的蓋子的燒蝕和變色痕跡在駕駛室下部顯示三角形標(biāo)記。這與車輛的結(jié)構(gòu)有關(guān)。對于傳統(tǒng)汽車，當(dāng)大火通過駕駛防火墻中間的穿線孔（或空調(diào)孔）進(jìn)入發(fā)動機(jī)艙時，它將點(diǎn)燃諸如后進(jìn)氣系統(tǒng)部件之類的可燃部件并過濾掉沿進(jìn)氣管向左前排空氣，清潔并延長電池。在純電動汽車的機(jī)艙中，兩個中央金屬部件DC-DC和電動機(jī)控制器阻礙了這種傳播過程，火勢從機(jī)艙的兩側(cè)向前方蔓延（見圖2）。

特別是電動汽車總布置比較靈活，不同車輛也會有很大差別，而混合動力汽車在機(jī)艙內(nèi)布置發(fā)動機(jī)的同時，還會增加電機(jī)、發(fā)電機(jī)等部件。因此，在火災(zāi)痕跡的分析判斷中要區(qū)別這種因構(gòu)造不同而形成的差別。

3? 結(jié)語

電動汽車的火災(zāi)原因調(diào)查不同于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車火災(zāi)原因調(diào)查。特別是高壓動力電的安全問題，在調(diào)查前，一定要了解被調(diào)查車輛的結(jié)構(gòu)、原理，并采取安全有效的防護(hù)措施，同時盡量保護(hù)現(xiàn)場痕跡不被破壞。按照內(nèi)燃機(jī)汽車火災(zāi)調(diào)查規(guī)則調(diào)查的同時，要注意電動汽車火災(zāi)的特殊性。

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