汽車電氣自燃影響因素淺談

李仁明

（湖北省齊星汽車車身股份有限公司技術(shù)中心，湖北 隨州 441300）

關(guān)于車輛自燃起火，是個(gè)沉重的話題。大到如奔馳、寶馬等國(guó)際高檔品牌汽車，小到普通家用電動(dòng)自行車，我們經(jīng)常能看到報(bào)道甚至自己親眼見(jiàn)到不幸發(fā)生，有舊車也有新車。而現(xiàn)在車主買車輛自燃險(xiǎn)的并不多。車輛一旦起火，若搶救及時(shí)輕則僅內(nèi)飾、線束、電器件等局部燒損，損失不太大；重則看著車輛燒個(gè)精光、只留下車身金屬空殼，損失巨大，無(wú)可奈何！下面談?wù)勂囯姎庾匀嫉挠绊懸蛩亍?/p>

1 導(dǎo)線負(fù)載能力及過(guò)載

偶爾有人拿根導(dǎo)線問(wèn)我，這根導(dǎo)線能承受多大的電流？他是想問(wèn)多大電流能將這根電線燒斷還是不超過(guò)多大電流時(shí)導(dǎo)線是安全的？剛開(kāi)始這個(gè)問(wèn)題很難回答，這要從它是長(zhǎng)期工作還是短時(shí)間工作來(lái)看。下面我們從導(dǎo)線的負(fù)載能力開(kāi)始說(shuō)起。

同行推薦的汽車低壓銅芯導(dǎo)線-適配電流參數(shù)都是經(jīng)驗(yàn)值，有多種版本，表1是其中一種。電氣設(shè)備要長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)按實(shí)際載荷的60%選取導(dǎo)線、短時(shí)間工作的則按實(shí)際載荷的60%~100%選取。

這些版本都只是經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)但未提供如標(biāo)準(zhǔn)等出處，一直將信將疑。偶然看到GB4706.1-2005 25.8規(guī)定的家用和類似用途電器銅芯導(dǎo)線允許長(zhǎng)期工作的電流值 （表2）。

比較一下，發(fā)現(xiàn)2者參數(shù)稍有差別。0.75mm2及以下導(dǎo)線60%載流量經(jīng)驗(yàn)電流值大于該標(biāo)準(zhǔn)值，1.0mm2導(dǎo)線60%載流量經(jīng)驗(yàn)電流值比較接近該標(biāo)準(zhǔn)值，1.5mm2及以上導(dǎo)線60%載流量經(jīng)驗(yàn)電流值符合該標(biāo)準(zhǔn)。汽車上的0.5mm2導(dǎo)線主要用作儀表信號(hào)、報(bào)警燈、CAN線等，工作電流很小。因此這個(gè)經(jīng)驗(yàn)值是可信的。汽車上大量使用的是截面積6.0mm2以下的各種規(guī)格導(dǎo)線。

表1 汽車低壓銅芯導(dǎo)線-適配電流參數(shù)［1］

表2 GB4706.1-2005第25.8條規(guī)定的電源軟線導(dǎo)線的最小橫截面積

一直想了解導(dǎo)線過(guò)載時(shí)的情況，但工廠沒(méi)有試驗(yàn)條件。表3、表4是唐克等做的導(dǎo)線過(guò)載實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)觀察到的現(xiàn)象［2］。

下面來(lái)簡(jiǎn)單計(jì)算一下1.0mm2、5m長(zhǎng)銅導(dǎo)線在常溫20℃時(shí)的理論短路電流，銅的導(dǎo)電系數(shù)ρ=0.0174Ω·mm。導(dǎo)線的電阻為：R=ρl/s=0.0174×5/1=0.087Ω。假設(shè)該導(dǎo)線一端直接接在蓄電池正極上，另一端搭鐵，蓄電池電壓為DC12V，則其短路電流為：

表3 不同截面銅導(dǎo)線在不同額定倍數(shù)電流下的最高溫度 ℃

表4 導(dǎo)線在不同過(guò)載電流下的表象

根據(jù)表1，可知1.0mm2的額定電流 （載流量100%） 為19A，因此其理論短路電流為額定電流的138/19=7.26倍，根據(jù)表4此時(shí)導(dǎo)線會(huì)線芯裸露發(fā)亮紅，一段時(shí)間后線芯熔斷。

若在額定電氣為DC24V的商用車上其短路電流約為額定電流14.52倍，則此時(shí)線芯瞬時(shí)熔斷。

為什么選5m長(zhǎng)呢？一般平頭重型卡車駕駛室內(nèi)熔斷絲盒一般在副駕駛座椅前，該處到蓄電池的長(zhǎng)度大致為5m左右。而很多卡車自燃時(shí)都是此熔斷絲盒處燃燒最厲害?，F(xiàn)在看看其他各種截面的導(dǎo)線情況，見(jiàn)表5。

因此理論上，不論在額定電壓12V還是24V的車上，只要未串接熔斷絲的5m長(zhǎng)導(dǎo)線短路都會(huì)瞬間釋放出大量熱量，使線芯裸露、導(dǎo)線瞬間熔斷，并殃及線束上相鄰的其他導(dǎo)線。導(dǎo)線更短，熔斷時(shí)間更短。

表5 5m長(zhǎng)不同截面導(dǎo)線、不同電壓下的理論短路電流

表6是趙艷紅等做的過(guò)負(fù)載銅導(dǎo)線引燃特性的實(shí)驗(yàn)研究［3］，表7是李培祥等做的不同過(guò)負(fù)載銅導(dǎo)線絕緣層引燃情況［4］。

表6 過(guò)負(fù)載銅導(dǎo)線引燃布料實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表7 不同過(guò)負(fù)載銅導(dǎo)線絕緣層引燃情況

從實(shí)驗(yàn)可以看出，導(dǎo)線過(guò)載后發(fā)展情況是：導(dǎo)線會(huì)逐步絕緣層冒煙，熔化，起明火，線芯裸露發(fā)紅，引燃周圍的可燃物。短路時(shí)導(dǎo)線會(huì)熔斷。

從表5看到12V車上1.5mm2導(dǎo)線的理論短路電流是額定電流的8.63倍。從表3發(fā)現(xiàn)僅通過(guò)2.5倍的過(guò)載電流時(shí)導(dǎo)線溫度即可達(dá)355℃，從表6也可看到此時(shí)導(dǎo)線不論平放在布料表面還是被包裹在布料內(nèi)部都能引起布料陰燃。

雖然實(shí)際上短路時(shí)會(huì)因接觸表面是否生銹、涂過(guò)油漆、臟污程度、接觸壓力大小、導(dǎo)線線芯是否氧化等不同會(huì)導(dǎo)致接觸電阻不一樣，使短路時(shí)電流會(huì)小于理論值，但是，此時(shí)電流一定是某一倍數(shù)的過(guò)負(fù)載電流，大多數(shù)完全能將車上的手套、棉被、衣物、臥鋪墊、內(nèi)飾等可燃物引燃。從表6還可看到導(dǎo)線被包裹在布料內(nèi)部后散熱差，溫度會(huì)比單根平放在布料表面的高很多。因此，線束內(nèi)的導(dǎo)線過(guò)載或短路會(huì)比單根導(dǎo)線發(fā)生時(shí)的溫度高多了，會(huì)對(duì)周圍的導(dǎo)線產(chǎn)生很大的傷害。若是短路，導(dǎo)線瞬間會(huì)熔斷，但是短路熔斷前瞬間釋放的大量熱量會(huì)將周圍相鄰導(dǎo)線絕緣層損壞。若相鄰導(dǎo)線為電源線或搭鐵線，會(huì)引起連鎖短路等反應(yīng)，使情況異常復(fù)雜，引起火災(zāi)的可能性很大。

即使是0.5mm2導(dǎo)線短路時(shí)間稍長(zhǎng)也有引起火災(zāi)的可能。

因此，汽車上的所有線路都需要串接熔斷絲就顯得非常重要。實(shí)際上車上并不是所有線路都經(jīng)過(guò)了熔斷絲。下面來(lái)談?wù)勅蹟嘟z。

2 熔斷器

根據(jù)《QC/T420-2004汽車用熔斷器》標(biāo)準(zhǔn)，汽車上最常用的片式熔斷器ATS （圖1）、ATN （圖2） 等的熔斷特性見(jiàn)表8。可看出，這些快熔熔斷器在通過(guò)1.1倍的額定電流時(shí)熔斷器可長(zhǎng)期工作；在通過(guò)1.35倍的額定電流時(shí)，熔斷器最快0.75s就會(huì)熔斷，最長(zhǎng)熔斷時(shí)間不會(huì)超過(guò)1800s （30min），這就是過(guò)載保護(hù)；超過(guò)2倍以上的額定電流時(shí)，熔斷器會(huì)立即熔斷。過(guò)載越多，熔斷時(shí)間越短，即起到短路保護(hù)作用。

圖1 ATS快熔熔斷器

圖2 ATN快熔熔斷器

表8 汽車上常用片式熔斷器熔斷特性

在前面分析導(dǎo)線過(guò)載時(shí)若導(dǎo)線上未串接熔斷絲，發(fā)熱會(huì)導(dǎo)致絕緣層損壞、線芯裸露、熔斷等故障。但1.5mm2的導(dǎo)線若加了熔斷絲 （根據(jù)表1，100%載流量為24A，選20A的熔斷絲），在通過(guò)1.5倍的過(guò)載電流 （36A） 若無(wú)熔斷絲時(shí)的最高平衡溫度為109℃。而20A熔斷絲在通過(guò)1.35倍的額定電流時(shí)（27A） 最長(zhǎng)半小時(shí)熔斷絲就熔斷了。因此，導(dǎo)線溫度不可能達(dá)到109℃，不會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)線絕緣層損壞、線芯裸露現(xiàn)象，更不會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)線短路熔斷了。

實(shí)際中，有些用戶買車后在車上加裝行駛記錄儀或其他電子產(chǎn)品時(shí)，有些不專業(yè)的人在增加的導(dǎo)線上未串接熔斷絲，導(dǎo)線直接接在總電源線或總?cè)蹟嘟z上；或?qū)?dǎo)線纏在一個(gè)熔斷片的一個(gè)腳上 （圖3），看似接了一個(gè)熔斷片，若熔斷片方向插反了，熔斷片纏導(dǎo)線的那個(gè)腳直接插在了電源端，那就實(shí)際上還是沒(méi)經(jīng)過(guò)熔斷片；或有些用戶在熔斷片爆了后應(yīng)急用鐵絲代替，而事后又忘了換回；有些車型，總?cè)蹟嘟z在駕駛室上，起動(dòng)機(jī)B+或蓄電池正極到駕駛室總?cè)蹟嘟z間的總電源線沒(méi)有總?cè)蹟嘟z等這些都是事故隱患。為了安全，汽車上的除搭鐵線外的所有線路都需要經(jīng)過(guò)熔斷絲。那導(dǎo)線該如何選配熔斷絲呢？

圖3 導(dǎo)線纏在熔斷片一腳上

一般設(shè)計(jì)時(shí)是根據(jù)負(fù)載的額定工作電流來(lái)選合適的導(dǎo)線和熔斷絲。電阻性負(fù)載熔斷絲值通常是用電器額定負(fù)載的1.3倍左右，電感性負(fù)載為2.5~3倍。這樣既保證了用電器的正常工作，又有效地保護(hù)了導(dǎo)線。

同行推薦的熔斷絲與導(dǎo)線線徑的匹配參數(shù) （QBV導(dǎo)線）［5］見(jiàn)表9。

表9 熔斷絲與導(dǎo)線線徑的匹配參數(shù) （QBV導(dǎo)線）

類似介紹，也只知道應(yīng)用，未說(shuō)明匹配原因。現(xiàn)在將表1導(dǎo)線載流量100%加進(jìn)去，見(jiàn)表10。

表10 推薦的熔斷絲與導(dǎo)線線徑的匹配參數(shù)（QBV導(dǎo)線）意義

可看出：選用的熔斷絲容量均為最接近、但小于導(dǎo)線額定電流 （載流量100%） 的現(xiàn)有熔斷片規(guī)格值。這就是該經(jīng)驗(yàn)值的意義，在導(dǎo)線的負(fù)載達(dá)到載流量100%前，先熔斷熔斷絲，對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行保護(hù)！選用原則為：電氣負(fù)載<熔斷絲的容量<導(dǎo)線額定工作電流。

汽車上除了快熔熔斷絲外，還有各種慢熔熔斷絲，圖4為ANG平板式慢熔熔斷絲，它的熔斷特性見(jiàn)表11，不同品種參數(shù)稍有差異。通過(guò)2.5倍額定電流的熔斷時(shí)間在60s內(nèi)，熔斷時(shí)間比快熔熔斷絲稍長(zhǎng)，可抵抗開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)的浪涌電流沖擊而不熔斷，從而保證設(shè)備能正常工作?？梢?jiàn)兩種熔斷絲保護(hù)作用都不差。因一旦電路出現(xiàn)故障，過(guò)電流不會(huì)自行消失，無(wú)論何種熔斷絲都會(huì)熔斷，都能起保護(hù)作用。除總?cè)蹟嘟z和部分感性負(fù)載一般采用慢熔熔斷絲外，其他的電氣設(shè)備大都采用普通片式快熔熔斷絲。因此，只要線路上都串接有合適的熔斷絲，基本上不會(huì)出現(xiàn)短路燒線事故，大大降低了車輛電氣自燃的可能性。

圖4 ANG慢速熔斷絲

表11 汽車上常用慢熔熔斷絲熔斷特性

但是選擇熔斷絲容量要合適。我曾經(jīng)有過(guò)因熔斷絲容量選擇不合適而將熔斷絲座熔化的經(jīng)歷。當(dāng)時(shí)負(fù)載為4個(gè)75W前照燈，線路熔斷絲為15A，線路電流為4×75/24=12.5A。后來(lái)服務(wù)反饋該熔斷絲座燒熔了。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)分析、查看后將熔斷片從15A換成20A問(wèn)題就解決了。原因?yàn)樵撥嚬ぷ髟趶V東地區(qū)夏天溫度較高，工作時(shí)15A熔斷片熔絲的溫度較高接近熔斷溫度，熔絲的高溫通過(guò)熔斷片插腳傳到熔斷絲座上將座熔化了。20A熔斷片的熔絲阻值較小發(fā)熱量小，在此負(fù)載下的溫度低就沒(méi)事。因此合理選擇熔斷絲非常關(guān)鍵。

汽車上電氣、線路之間的連接主要通過(guò)插接件。若插接件接觸不好也是會(huì)發(fā)熱的，下面來(lái)簡(jiǎn)單談一下插接件。

3 插接件

我們先說(shuō)說(shuō)汽車插接件端子。常用的端子的推薦承載能力為：1系列10A左右、2.2或3系列20A左右、4.8系列30A左右、6.3系列45A左右、7.8或9.5系列60A左右［6］。這也是經(jīng)驗(yàn)值，而且端子材料不同，該數(shù)值還有差異。不同材料插接件塑料護(hù)套長(zhǎng)期工作的承受溫度也不一樣。如ABS護(hù)套其最高工作溫度為80~85℃，而尼龍護(hù)套最高工作溫度可達(dá)130℃左右。需要根據(jù)負(fù)載的大小選擇合適的端子系列及不同材料的插接件護(hù)套。線束和電器件兩端的公、母護(hù)套和端子盡量采用同一家公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，這樣配合性更好，接觸電阻更小，發(fā)熱量更小。同時(shí)線束要盡量固定牢靠，插接件盡量不允許晃動(dòng)。插接件經(jīng)多次拔插、車輛振動(dòng)、插接件晃動(dòng)后會(huì)使端子接觸電阻變大，工作時(shí)該處發(fā)熱量大大增加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使插接件發(fā)熱變形甚至引起火災(zāi)。圖5為端子接觸不良后導(dǎo)致插接件發(fā)熱變形的照片。

圖5 端子接觸不良導(dǎo)致插接件發(fā)熱變形

4 電器件起火

我曾見(jiàn)過(guò)點(diǎn)煙器品質(zhì)不合格，按下點(diǎn)煙器，點(diǎn)煙器頭燒紅后不是自動(dòng)彈起復(fù)位而是向炮彈一樣彈起飛出；線路設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致開(kāi)關(guān)印刷電路板過(guò)載起火；閃光器品質(zhì)不合格導(dǎo)致閃光器起火等案例。電器件本身品質(zhì)不好或線路設(shè)計(jì)得不合理使電器件發(fā)生起火，若未注意或車上無(wú)人時(shí)就可能引燃內(nèi)飾件引起火災(zāi)。

5 線束與金屬摩擦

線束在車身、車架上要捆扎好，線束固定點(diǎn)間距不大于300mm；所有線束插接件在20~50mm之內(nèi)要牢固固定，根據(jù)實(shí)際情況無(wú)法固定不允許出現(xiàn)與周邊件干涉；線束過(guò)金屬孔必須要有能牢固固定在金屬孔上的橡膠護(hù)套，絕對(duì)不允許線束與金屬支架摩擦。因?qū)Ь€與金屬支架長(zhǎng)期摩擦，使絕緣層磨損破皮后銅絲短路，引起火災(zāi)的事故占比不少。

6 內(nèi)飾材料阻燃并不是不燃

根據(jù)GB 8410-2006汽車內(nèi)飾材料的燃燒特性，汽車內(nèi)飾材料的燃燒特性必須滿足燃燒速度不大于100mm/min的技術(shù)要求。因此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的是燃燒速度不能過(guò)快而不是不燃，起火后能給駕乘人員留下更多的逃生或搶救時(shí)間。實(shí)際上，現(xiàn)在汽車的內(nèi)飾材料應(yīng)都能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。在火勢(shì)初起，若及時(shí)發(fā)現(xiàn)并滅火，火能被撲滅。但一旦火勢(shì)漫延后，風(fēng)助火威，汽車上的火焰燃燒速度非?？臁Ｎ乙?jiàn)過(guò)車輛著火的視頻，防火力量不夠根本難以撲滅，或等撲滅時(shí)車身已成了個(gè)鐵殼。

7 總結(jié)

以上都是影響汽車自燃起火的因素。當(dāng)然，引起汽車起火的原因還有很多，如抽煙煙頭亂扔導(dǎo)致起火、車內(nèi)點(diǎn)蚊香不慎導(dǎo)致起火、運(yùn)動(dòng)件過(guò)熱接觸可燃物導(dǎo)致起火、油管破損滴漏在排氣管等高溫部件上導(dǎo)致起火、車輛維修時(shí)部件未復(fù)原到位甚至有極個(gè)別人故意縱火等。車輛起火大部分發(fā)生在發(fā)動(dòng)機(jī)艙或駕駛室內(nèi)儀表工作臺(tái)附近。目前很多汽車上都沒(méi)帶滅火器，或僅配置1L的小滅火器，在火災(zāi)初期可能有用，但火勢(shì)稍大就不起作用了。配置合適容量的滅火器也很重要!

現(xiàn)在官方火災(zāi)專業(yè)鑒定機(jī)構(gòu)一般是當(dāng)?shù)毓蚕啦块T。但因汽車廠家多、車型多、線路復(fù)雜和多種多樣，一般的消防人員不具備分析汽車起火的專業(yè)知識(shí)，進(jìn)行汽車火災(zāi)分析需要廠家技術(shù)人員的高度配合。因此汽車一旦起火故障原因往往難查找、難分析，車主很難得到車輛起火的真相。車輛起火會(huì)對(duì)車主造成人身安全和很大的經(jīng)濟(jì)損失。

再次提醒：車輛不能隨便進(jìn)行電氣改裝、加裝電子產(chǎn)品！加裝要請(qǐng)專業(yè)電工在搞清原車電氣原理后再合理進(jìn)行，同時(shí)加裝電源線一定要經(jīng)過(guò)合適的熔斷絲，加裝的線路一定要固定牢靠，防止留下引起原車局部線路過(guò)載、短路的隱患！