新能源汽車火災(zāi)特點(diǎn)與事故調(diào)查分析

張欣亞

摘要：為了給新能源汽車火災(zāi)防控提供一些參考，利用案例分析法，以一起電動(dòng)汽車火災(zāi)為例，分析新能源汽車火災(zāi)特征，探究新能源汽車火災(zāi)事故調(diào)查過(guò)程，并提出了幾點(diǎn)新能源汽車火災(zāi)事故預(yù)防建議，得出新能源汽車火災(zāi)具有危險(xiǎn)系統(tǒng)多、原因表現(xiàn)多樣、機(jī)理高度復(fù)雜等特征，事故危害較大等結(jié)論。因此，為避免動(dòng)力電池?zé)崾Э匾l(fā)的整車燒損事故，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)新能源汽車滅火技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化管理，改進(jìn)新能源汽車電池，降低新能源汽車火災(zāi)發(fā)生率及危害程度。

關(guān)鍵詞：新能源汽車；電動(dòng)汽車；火災(zāi)；調(diào)查分析

電動(dòng)汽車行業(yè)是我國(guó)重點(diǎn)扶持的戰(zhàn)略性新興行業(yè)，在迎來(lái)發(fā)展機(jī)遇的同時(shí)，也面臨著日益突出的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。由于電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車在燃料供給、驅(qū)動(dòng)方式上存在較大差異，火災(zāi)事故的誘因、蔓延燃燒方式、火后痕跡也具有較大差異。因此，探究電動(dòng)汽車火災(zāi)的特點(diǎn)及防控方法具有非常突出的現(xiàn)實(shí)意義。

1 新能源汽車火災(zāi)案例

2022年4月18日，遼寧省大連市勝利路和聯(lián)合路交叉路口發(fā)生1輛電動(dòng)汽車與1輛轎車相撞事故。其中電動(dòng)汽車內(nèi)人員被困，附近群眾自發(fā)組織救援，成功救出被困人員。被困人員救出后，電動(dòng)汽車立即起火，整車被燒成框架，無(wú)人員傷亡。

2 新能源汽車火災(zāi)特征

了解新能源汽車火災(zāi)特征是調(diào)查新能源汽車火災(zāi)的前提。當(dāng)前，新能源汽車火災(zāi)主要有危險(xiǎn)系統(tǒng)多、原因表現(xiàn)多樣、機(jī)理高度復(fù)雜、復(fù)燃風(fēng)險(xiǎn)高等特征。

2.1? 危險(xiǎn)系統(tǒng)多

新能源汽車火災(zāi)危險(xiǎn)系統(tǒng)較多，不僅包括動(dòng)力電池、熱管理系統(tǒng)、電控系統(tǒng)，而且包括高壓線路、充電系統(tǒng)、低壓線路、電機(jī)等。比如，動(dòng)力電池易發(fā)生熱失控，致使電池及其安全閥破裂，釋放煙霧、有毒氣體甚至形成氟氧化磷（或一氧化碳、氰化氫、氟化氫等），對(duì)人體健康造成很大危害[1]。

2.2? 原因表現(xiàn)多樣

新能源汽車火災(zāi)原因表現(xiàn)多樣，內(nèi)短路、固定帶熔斷、外短路、熱燒蝕、全線過(guò)熱、元器件損壞、氧化、電池?zé)崾Э氐染鶠殡妱?dòng)汽車火災(zāi)誘因。比如，因電池電氣部分使用不當(dāng)導(dǎo)致電氣短路火災(zāi)；再如，因外力作用導(dǎo)致電動(dòng)汽車電池組變形引發(fā)火災(zāi)。

2.3? 機(jī)理高度復(fù)雜

新能源汽車火災(zāi)機(jī)理高度復(fù)雜。雜質(zhì)混入、內(nèi)阻增加、溫度不均、電池放電、端子接觸不良、過(guò)壓或過(guò)流、電池管理系統(tǒng)報(bào)文錯(cuò)誤、過(guò)充電等均為新能源汽車火災(zāi)機(jī)理。加之作為可燃物之一的新能源汽車動(dòng)力電池類型不一，大小、容量以及數(shù)量差異較大，進(jìn)一步增加了電動(dòng)汽車著火機(jī)理復(fù)雜度[2]。

2.4? 復(fù)燃風(fēng)險(xiǎn)高

新能源汽車較之傳統(tǒng)燃油汽車發(fā)生火災(zāi)后的復(fù)燃概率更高，復(fù)燃頻次更多。這主要是由于電動(dòng)汽車動(dòng)力電池火災(zāi)中火源是內(nèi)部發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，即便電動(dòng)汽車外部火勢(shì)得到及時(shí)控制，但內(nèi)部電池仍然可以在氧含量極低（或無(wú)氧）的環(huán)境內(nèi)燃燒，且多次出現(xiàn)。

2.5? 熱釋放效率高

新能源汽車較之傳統(tǒng)燃油汽車具有更高的火災(zāi)熱釋放效率。雖然傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車和電動(dòng)汽車內(nèi)飾部件均為易燃塑料，但內(nèi)燃機(jī)汽車動(dòng)力系統(tǒng)主要可燃物為汽油、柴油等燃料，電動(dòng)汽車主要可燃物則為動(dòng)力電池。電動(dòng)汽車熱釋放速率為動(dòng)力電池、內(nèi)飾部件等全部可燃物峰值熱釋放速率之和，可以達(dá)到5.0～6.0MW，而一輛小型燃油客車的熱釋放速率一般在2.5～5.0MW之間[3]。

3 新能源汽車火災(zāi)事故調(diào)查方法

在了解新能源汽車火災(zāi)特征的基礎(chǔ)上，可以綜合利用現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)詢、現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)、視頻分析等方法，展開(kāi)新能源汽車火災(zāi)調(diào)查，為新能源汽車火災(zāi)預(yù)防提供依據(jù)。下面結(jié)合上述案例分析具體步驟：

3.1? 現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)詢

在電動(dòng)汽車火災(zāi)事故發(fā)生后，由專人進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)涉及火災(zāi)事故的車主、事發(fā)當(dāng)天附近群眾、消防救援機(jī)構(gòu)、電動(dòng)汽車銷售服務(wù)有限公司法定代表人進(jìn)行調(diào)查問(wèn)詢。經(jīng)了解，起火電動(dòng)汽車為某型號(hào)，顏色為白色，續(xù)航里程675km，車身架構(gòu)采用鋼鋁混合金屬材質(zhì)，可以在配置全景玻璃車頂情況下成功抵御4倍于自身質(zhì)量的重壓，雙電機(jī)全輪驅(qū)動(dòng)，搭配零重力高性能輪轂與高級(jí)制動(dòng)系統(tǒng)，碳纖維擾流板提升高速行駛穩(wěn)定性，百公里加速耗時(shí)3.3s。事故車輛原產(chǎn)于2019年11月，車主于2020年1月購(gòu)置，2022年4月車主駕駛車輛在大連市政道路上行駛，行駛期間與一輛轎車相撞，相撞后，電動(dòng)汽車未立即出現(xiàn)火光，停留一段時(shí)間（營(yíng)救被困人員）后發(fā)現(xiàn)火光，隨即周邊群眾撥打消防救援電話報(bào)警。

3.2? 現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)

經(jīng)初步勘驗(yàn)，起火電動(dòng)汽車整車質(zhì)量為1836kg，座位數(shù)為5座，電池為三元鋰電池，電池容量為76.8kW，超級(jí)充電峰值功率為250kW，最大功率達(dá)到339kW（461馬力），支持快充。截至事故發(fā)生當(dāng)天，事故車輛已行駛13萬(wàn)km，車主首次將充電限制開(kāi)放到100%，前期設(shè)置參數(shù)為80%～90%，滿電后車輛顯示續(xù)航461km，車頭向東北，周邊均為瀝青混凝土地面，車頭與轎車相距80cm，車輛周邊未見(jiàn)其他可燃物、過(guò)火痕跡，火災(zāi)未向鄰近車輛蔓延。起火點(diǎn)為車輛前艙、駕駛室、車底，周邊車門完整，左前方嚴(yán)重?zé)龘p，輪轂燒蝕損壞，右前方輪轂完整但輪胎燒損，而后輪基本保持完整。

在現(xiàn)場(chǎng)初步勘驗(yàn)后，借助立柱式舉升機(jī)舉升事故車輛，拆解電動(dòng)汽車底盤，發(fā)現(xiàn)事故電動(dòng)汽車底盤區(qū)域內(nèi)僅設(shè)置有三元鋰電池組，未配置其他電氣零件、線路，距離三元鋰電池組15～17cm位置出現(xiàn)顯著燃爆損壞痕跡。隨后拆解事故電動(dòng)汽車電池包，發(fā)現(xiàn)事故電動(dòng)汽車電池高壓插座位置、殼外部15～17cm位置分別出現(xiàn)銹蝕、燃爆損壞痕跡。同時(shí)，在三元鋰電池包左后部出現(xiàn)高溫變色痕跡，整包燒損，但除電池包殼體前部燒損外，內(nèi)部三元鋰電池組電池殼體未出現(xiàn)明顯損壞。

3.3? 視頻分析

事故路段設(shè)有視頻監(jiān)控錄像機(jī)，機(jī)身性能正常。經(jīng)時(shí)間校準(zhǔn)后，監(jiān)控錄像機(jī)主機(jī)時(shí)間慢于北京時(shí)間12min11s。在時(shí)間校準(zhǔn)后，對(duì)監(jiān)控視頻進(jìn)行再次審查，可發(fā)現(xiàn)4月18日11時(shí)40分，十字路口傳來(lái)刺耳、尖銳的緊急剎車聲，隨后電動(dòng)汽車與轎車碰撞，2輛車的前部均出現(xiàn)嚴(yán)重毀損，周邊群眾立即前往營(yíng)救，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)汽車駕駛室仍然有一名女子，在60s后成功將駕駛室內(nèi)的女子救出，并將其平放在行人道路上。女子被救后，電動(dòng)汽車燃起大火伴隨陣陣白煙，且底部出現(xiàn)多次燃爆，在持續(xù)釋放大量煙氣和異常響聲30s后，煙氣顏色由白色轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏鹧嬗傻撞肯蛑苓厙姵?，并夾雜細(xì)小顆粒物。進(jìn)而沿著電池包周邊間隙向前方動(dòng)力艙、后部輪胎蔓延，在車頭與車尾同時(shí)燃燒過(guò)程中，4車輪輪輞位置竄出火焰到達(dá)上方翼子板。在消防隊(duì)趕赴現(xiàn)場(chǎng)后，車體僅剩下框架。

3.4? 物證鑒定

三元鋰電池組鄰近左前輪位置縫隙存在燒損殘留物，經(jīng)電鏡掃描能譜分析，確定燒損殘留物由錳、銅、鐵、鎳、氧、鈷、碳等元素組成。而三元鋰電池正極材料是以鋁箔為導(dǎo)電基，經(jīng)黏合劑黏合鈷、鎳、鋰、錳與導(dǎo)電劑，負(fù)極材料則是以銅箔為導(dǎo)電基，經(jīng)黏合劑黏合石墨、導(dǎo)電劑。進(jìn)一步拆解同一型號(hào)電動(dòng)汽車鋰電池后進(jìn)行電鏡掃描能譜分析，確定其內(nèi)部含有碳、錳、鎳、銅、鐵、錳、氧等元素，與燒損電動(dòng)汽車鋰電池脫出物樣品成分具有一致性[4]。

除燒損殘留物外，電動(dòng)汽車火災(zāi)后電池金屬固定帶的電熱熔斷痕跡也是火災(zāi)事故調(diào)查的重點(diǎn)，因?yàn)殡妱?dòng)汽車電池電壓變化范圍在48～600V之間，可先模擬電源，再制備電動(dòng)汽車線路短路熔斷痕跡樣品，確定電動(dòng)汽車火災(zāi)原因。借鑒不同直流電壓下短路熔斷痕跡模擬試驗(yàn)思路，選擇加工改造開(kāi)關(guān)電源的方法，模擬不同電壓下直流電路短路熔斷痕跡。模擬電源為400V、100A的大功率開(kāi)關(guān)電源，電壓間隔為30V，基礎(chǔ)為70V，導(dǎo)線截面積為0.5mm2。以線徑、電壓、正負(fù)極為依據(jù)，進(jìn)行樣品類別劃分。先從宏觀層面入手，對(duì)比參數(shù)變化下熔斷痕跡外觀變化并標(biāo)記。得出：一次短路熔斷痕跡較短，多為熔珠，熔化部分較少，與基本過(guò)渡區(qū)域尺寸相對(duì)熔斷痕跡具有較大差異；二次短路熔斷痕跡較長(zhǎng)，形狀不規(guī)則，表現(xiàn)為底部大而上部小的熔蝕坑。進(jìn)而利用金相分析方法，進(jìn)行微觀判斷：電壓一定時(shí)，電動(dòng)汽車一次短路熔斷痕跡組織為胞狀晶、柱狀晶的緩慢過(guò)渡；電動(dòng)汽車二次短路熔斷痕跡組織為粗大柱狀晶體，熔斷痕跡內(nèi)存在大孔洞。而將電流恒定為100A，得出短路產(chǎn)生能量隨短路電壓的升高而增大，短路熔珠迸濺范圍、聲音、亮度與電熱能量隨之增加，引發(fā)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)更大。由此得出，電動(dòng)汽車火災(zāi)發(fā)生原因是電池艙內(nèi)左前方電池模組部分在撞擊下發(fā)生電氣故障，引燃周邊可燃物起火，疑似三元鋰電池組熱失控及熱管系統(tǒng)起火。

4 新能源汽車火災(zāi)事故預(yù)防建議

根據(jù)新能源汽車火災(zāi)調(diào)查結(jié)果，可以制定新能源汽車火災(zāi)預(yù)防建議。

4.1? 安裝水噴霧系統(tǒng)

水噴霧系統(tǒng)包括水噴霧隔熱阻火系統(tǒng)、拖車式車載水噴霧滅火降溫系統(tǒng)，可以有效抑制電動(dòng)汽車底盤射流火焰，阻止火災(zāi)向其他部位蔓延[5]。其中水噴霧隔熱阻火系統(tǒng)主體為12只水噴霧噴頭，噴頭為廣角錐形，孔徑為6.7mm，工作壓力為0.8MPa，噴霧系統(tǒng)配套主管路為DN65，支路管路為DN25，需要在電動(dòng)汽車兩側(cè)安裝，在耗水量為26.4m3/h的情況下，將射流火焰抑制在燃料噴嘴周邊，阻止車載鋰電池動(dòng)力艙射流火焰向相鄰車輛蔓延，并借助水噴霧霧滴冷卻效果，將駕駛艙平面溫度由66℃下降到40℃及以下（環(huán)境溫度），降低復(fù)燃事故發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)；而拖車式車載水噴霧滅火降溫系統(tǒng)主體是4只ZSTWB53.5/60型水噴霧噴頭，需要在電動(dòng)汽車車頭前部安裝，布置形式為上下布置。拖車式車載水噴霧滅火降溫系統(tǒng)運(yùn)行壓力為0.8MPa，應(yīng)用目的是防控電動(dòng)汽車火災(zāi)危害周邊設(shè)施設(shè)備。一般需要在應(yīng)用消防水槍的基礎(chǔ)上，借助拖車第一時(shí)間將起火電動(dòng)汽車拖離現(xiàn)場(chǎng)，開(kāi)啟車載水噴霧滅火降溫系統(tǒng)（含配套射流風(fēng)機(jī)）。在耗水量為15.05m3/h的情況下，借助車載水噴霧滅火降溫系統(tǒng)獨(dú)特的水噴霧繞障能力，將駕駛艙溫度控制在25℃以下，控制拖運(yùn)狀態(tài)下起火電動(dòng)汽車的火勢(shì)。

4.2? 持續(xù)迭代優(yōu)化動(dòng)力電池

電池?zé)崾Э厥切履茉雌嚮馂?zāi)事故出現(xiàn)的首要原因，火災(zāi)具有燃燒溫度高、燃燒速度快、撲救困難的特點(diǎn)[6]。特別是在三元體系鋰電池組發(fā)生熱失控燃燒時(shí)，火焰溫度可以超過(guò)800℃，在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生極大火勢(shì)，加之電池成分在燃燒時(shí)易分解為復(fù)雜氧化物，撲救難度較大。因此，應(yīng)注重電動(dòng)汽車電池的多次迭代優(yōu)化。首先，從電動(dòng)汽車動(dòng)力電池內(nèi)部短路著手，綜合考慮電池內(nèi)混入異物刺破隔膜、過(guò)充電負(fù)極碳材料形成鋰金屬枝晶等因素，在低溫急充時(shí)，限制充電功率并將特殊陶瓷材料涂抹在隔膜表面，提升電動(dòng)汽車動(dòng)力電池隔膜抗穿透能力，營(yíng)造干燥、潔凈的運(yùn)行環(huán)境。進(jìn)而從鋰電池充放電、存儲(chǔ)環(huán)節(jié)存在的電壓、溫度、電流安全工作區(qū)間著手，進(jìn)行安全管理。比如，磷酸鐵鋰電池充電溫度、放電溫度、電壓區(qū)間分別為0～60℃、20～55℃、2.0～3.7V，需要嚴(yán)格控制鋰電池充放電、存儲(chǔ)工作區(qū)間范圍，確保鋰電池在規(guī)定運(yùn)行年限內(nèi)的安全性能。在這個(gè)基礎(chǔ)上，可以綜合應(yīng)用電池內(nèi)安裝壓力安全閥、利用低熔點(diǎn)隔膜代替高熔點(diǎn)隔膜、安裝溫度保險(xiǎn)器件、安裝電流切斷器等方式，降低電動(dòng)汽車鋰電池?zé)崾Э仫L(fēng)險(xiǎn)。

此外，電動(dòng)汽車行駛期間發(fā)生碰撞、翻滾或者充電器件遭遇撞擊均會(huì)引發(fā)動(dòng)力電池組、高壓線束、高壓用電設(shè)備與電動(dòng)汽車殼體之間摩擦（或接觸），引發(fā)短路、絕緣失效等[7]。在大量高壓電氣設(shè)備、線束集成的前提下，電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)方應(yīng)注重電氣保護(hù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，增設(shè)緊急情況下駕駛方切斷電池及相關(guān)設(shè)備裝置并配置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軟件，跟蹤、記錄電動(dòng)汽車運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)對(duì)比當(dāng)前數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)出異常警告信息?；蛘呓梃b增強(qiáng)主動(dòng)安全技術(shù)理論，增設(shè)電池包一鍵式脫離車體、車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)，提高電動(dòng)汽車運(yùn)行期間安全可靠性。

4.3? 完善防火技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系

完善防火技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系是電動(dòng)汽車火災(zāi)撲滅救援攻關(guān)的前提。對(duì)于電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)，動(dòng)力電池組故障是火災(zāi)的直接原因，具有一定火災(zāi)危險(xiǎn)性，受外界環(huán)境刺激、制造工藝等因素的直接影響，如高溫?zé)岢睕_擊、機(jī)械濫用、制造瑕疵等[8]。加之周邊動(dòng)力電池易在高溫下出現(xiàn)熱失控，引發(fā)周邊連鎖反應(yīng)，撲救難度較大。因此，可以依據(jù)現(xiàn)有汽車應(yīng)急救援規(guī)范與指南，協(xié)同中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)、中國(guó)消防救援機(jī)構(gòu)，以消防與汽車部門跨界合作的形式，完善電動(dòng)汽車標(biāo)準(zhǔn)體系。并由相關(guān)行業(yè)協(xié)會(huì)開(kāi)展電動(dòng)汽車火災(zāi)事故特性研究，細(xì)化電動(dòng)汽車滅火與救援行動(dòng)指南，降低電動(dòng)汽車火災(zāi)救援風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，新能源汽車火災(zāi)位置發(fā)生于前部駕駛室下側(cè)，火勢(shì)從前方向后方、從左側(cè)向右側(cè)、從下部向上部蔓延?；馂?zāi)根本原因是電池組起火引發(fā)電動(dòng)汽車內(nèi)部過(guò)火，直接原因是劇烈撞擊引發(fā)電池組電芯之間劇烈反應(yīng)，加之電池包內(nèi)動(dòng)力電池單體銹蝕，致使電池?zé)崾Э仄鸹?。為了降低電?dòng)汽車內(nèi)部電池?zé)崾Э匦袨榈陌l(fā)生概率，可以安裝水噴霧系統(tǒng)，抑制鋰電池艙火焰、熱量向駕駛艙傳播，為火災(zāi)撲救與應(yīng)急救援爭(zhēng)取時(shí)間，降低電動(dòng)汽車火災(zāi)危害。

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New energy vehicle fire characteristics and accident investigation and analysis

Zhang Xinya

（Dezhou Municipal Fire and Rescue Brigade， Shandong Dezhou 253073）

Abstract： In order to provide references for the fire prevention and control of new energy vehicles， the case analysis method is used to analyze the fire characteristics of new energy vehicles by taking an electric vehicle fire as an example. The investigation process of new energy vehicle fire accidents is explored， and several new energy vehicle fire accident prevention suggestions are put forward. It is concluded that new energy vehicle fires have the characteristics of many dangerous systems， various reasons， and highly complex mechanisms， and the accident is more harmful. Therefore， in order to avoid vehicle fire accidents caused by thermal runaway of power batteries， it is necessary to further strengthen the standardized management of new energy vehicle fire fighting technology， improve new energy vehicle batteries， and reduce the incidence and harm of new energy vehicle fires.

Keywords： new energy vehicle; electric vehicle; fire; investigation and analysis