新能源汽車起火原因分析及消防安全管理對策

黎子進

摘要：為提升新能源汽車消防安全管理水平，從充電樁自身故障、擅自改裝或加裝電氣設備等方面分析了新能源汽車著火的原因，闡述了新能源汽車發(fā)生火災的機理，提出了新能源汽車消防安全管理對策。

關鍵詞：新能源汽車；起火原因；機理分析；消防安全

中圖分類號：D035.36? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2023）11-0094-03

新能源產(chǎn)業(yè)是發(fā)展的重要方向。近年來，新能源汽車發(fā)展迅速，選擇使用新能源汽車的人越來越多。我國已成為新能源電動汽車大國，截至2022年底，我國共有機動車4.17億輛，而新能源汽車就有1310萬輛，同比增長67.13%。純電動汽車達1045萬輛，占新能源汽車總數(shù)的79.78%。從規(guī)?？?，我國已成為全球最大的新能源汽車市場，產(chǎn)銷量連續(xù)8年穩(wěn)居世界首位。據(jù)統(tǒng)計，2022年我國新能源汽車產(chǎn)量為705.82萬輛，同比增長96.9%，2022年我國新能源汽車銷量688.7萬輛，同比增長93.4%，提前完成了《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》中設置的2025年的階段性目標，進入規(guī)模擴張的爆發(fā)期和全面市場化的拓展期[1]。

在新能源汽車快速發(fā)展的同時，其消防安全狀況也面臨前所未有的挑戰(zhàn)。據(jù)應急管理部消防救援局公布的2021年全國消防接處警與火災情況，2021年全國新能源汽車火災共發(fā)生3000余起[2]。嚴峻的火災情況引起消費者的關注和擔憂，也給新能源汽車產(chǎn)業(yè)的持續(xù)安全發(fā)展帶來挑戰(zhàn)，加強安全保障已成為推動新能源汽車產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的當務之急和重中之重，強化新能源汽車消防安全已刻不容緩。

1 新能源汽車起火原因分析

新能源汽車起火，除了車輛自身在生產(chǎn)過程中存在的質(zhì)量或電子元器件系統(tǒng)程序問題外，基本上都是所搭載的動力蓄電池起火，充電樁自身故障、新能源汽車發(fā)生碰撞或托底、擅自改裝或加裝電氣設備、涉水、長時間處于高溫熱環(huán)境、蓄電池單體內(nèi)部短路等，均會導致新能源汽車發(fā)生火災或電池爆炸。具體原因有：

1.1? 充電樁自身故障

充電樁在被汽車用戶廣泛接受的同時，充電場所的管理不到位，日常安全巡查監(jiān)管缺失，充電樁電氣線路老化破損漏電，電壓、溫升監(jiān)測設施不完善，對防水防腐蝕等措施不重視等問題也浮出水面。充電樁自身質(zhì)量導致的故障問題成為引發(fā)火災的重要因素之一。充電樁在對新能源汽車充電過程中，由于充電樁自身質(zhì)量問題引發(fā)火災后，火勢會沿著充電線路蔓延到新能源汽車的電池，使得電池內(nèi)部發(fā)生反應和快速溫升，從而引發(fā)電池著火或爆炸。

1.2? 碰撞和托底

新能源汽車大部分采用三元鋰電池作為動力蓄電池，三元鋰電池比磷酸鐵鋰電池有較強的續(xù)航能力，但磷酸鐵鋰電池的安全性能要比三元鋰電池高。在車輛發(fā)生碰撞時，外力會擠壓到動力蓄電池里面的單體電池，導致單體電池內(nèi)部結(jié)構或隔膜受到損傷和破壞，造成正負極短路而著火或爆炸。此外，之前由于電池箱體采用的材質(zhì)不同，部分采用的是鑄鐵材料，會有砂眼，車輛托底時，如果電池箱體剛好被撞擊或刮到，就會使其防護性能受到損傷或達不到等級，造成內(nèi)部進水短路，發(fā)生自燃。還有公路上減速帶的影響，也會造成車輛的顛簸或托底，使電池系統(tǒng)的電路受損或松動造成接觸不良。

1.3? 隨意加裝“增程寶”

現(xiàn)在市面上有很多“增程寶”之類的產(chǎn)品在售賣，號稱可用來增加混電動汽車的續(xù)航里程。電動汽車在生產(chǎn)制造時一般都要經(jīng)過嚴格的檢驗和設定，加裝“增程寶”有可能會破壞原本的線束結(jié)構，造成線束防護等級受損。此外，“增程寶”的電池質(zhì)量無法得到保證，極易出現(xiàn)自燃事故。加裝的電氣設備也是引發(fā)火災的一個原因。

1.4? 水浸

新能源汽車的電池系統(tǒng)一般會有灰塵和浸水的防護等級要求，但電池箱體的密封裝置在長時間的風吹日曬和熱量的影響下，會有所老化或損壞，車輛在下雨天行駛過程中，由于過水洼或受旁邊車輛淌水的影響，會導致老化或受損的電池系統(tǒng)密封裝置進水漏電，這也會致使電池內(nèi)部短路而發(fā)生火災。

1.5? 高溫高熱環(huán)境

新能源汽車有散熱裝置，平時行駛過程中散熱系統(tǒng)正常工作，可以確保電池的熱量及時散發(fā)，但車輛熄火后，散熱系統(tǒng)就停止工作。若將車輛停放在溫度過高的地方，如夏天的水泥地，長時間停放會使新能源汽車底部的電池吸收大量的熱量，熱量積聚而又得不到及時散熱，也會引起電池熱失控導致火災。

1.6? 蓄電池單體內(nèi)部短路

鋰離子電池在低溫環(huán)境中或大倍率充電過程中，當一些異常情況出現(xiàn)，如負極可嵌入的鋰離子余量不夠或充電機制不當?shù)?，就會有金屬鋰析出，這個過程不可逆，久而久之生成的金屬鋰會越來越多，尖銳的金屬鋰會刺穿電解質(zhì)隔膜，造成蓄電池單體內(nèi)部短路。此外，由于生產(chǎn)環(huán)境或操作等原因，蓄電池單體在生產(chǎn)過程中也會滲入一些雜質(zhì)。當電池受到外力擠壓時，析鋰和這些雜質(zhì)可能發(fā)生針刺，引起電池單體內(nèi)部短路，產(chǎn)生的熱量集聚超過臨界點后就會引起熱失控，造成電池著火或爆炸。

2 新能源汽車發(fā)生火災的機理分析

從上述六類新能源汽車發(fā)生火災事故的原因來看，發(fā)生機理可概括成如下3類：

2.1? 電池自身火災事故的機理分析

新能源電動汽車電池發(fā)生火災或爆炸，內(nèi)因是熱失控。熱失控是指鋰離子電池內(nèi)部局部或整體的溫度急速上升，熱量不能及時散去，大量積聚在內(nèi)部并誘發(fā)進一步的副反應。熱失控是一種劇烈、危害性高，常伴有電池“脹氣”甚至出現(xiàn)起火爆炸的過程。通常這類火災事故發(fā)生時，迅速而且破壞力大。熱失控的反應過程分為3個階段：一是熱引發(fā)階段。指電池受到機械碰撞或過充短路引起發(fā)熱，熱量積聚達到100℃左右的這個過程。二是熱加速階段。隨著熱量的集聚，溫度越來越高，會引起SEI膜分解，負極與電解液反應，隔膜閉孔。三是熱失控階段。單個電池的異常溫升，會影響周邊其他單體的連鎖反應，從而造成整個電池內(nèi)部短路、正極材料分解，電解液開始分解，分解物還會與正極、負極發(fā)生反應，多種反應同時進行導致大量的熱量生成，最后導致電芯膜破裂，電解液噴出，發(fā)生著火爆炸。中科大火災科學國家重點實驗室研究發(fā)現(xiàn)，如果電池的極耳溫度達到99℃，電池就可能達到起火的臨界狀態(tài)[3]。

2.2? 車輛碰撞及電氣系統(tǒng)引起的火災機理分析

新能源車輛發(fā)生碰撞或者車輛的電氣系統(tǒng)發(fā)生故障也會引發(fā)火災。車輛碰撞時，有可能導致電池包的針刺或擠壓變形，從而引發(fā)電池熱失控，這種是外力的作用導致熱失控，著火機理與上文的機理一過程相似。但如果是電氣系統(tǒng)故障，如電機控制器和IGBT短路或浸水，就會導致車輛的電氣線路短路，直接引發(fā)火災，而不是電池熱失控引起[3]。

2.3? 充電設備引起的火災事故機理分析

充電樁設備本身的質(zhì)量問題、管理不規(guī)范等也會導致正在充電的新能源汽車著火，充電樁對防水、防塵、防腐蝕、漏電和過充保護、通信程序指令的設置都有著嚴格的安裝和管理規(guī)定，電氣線路老化未檢修更換、監(jiān)測反饋系統(tǒng)提示安全警告但沒有及時處理等都會最終導致火災的發(fā)生[3]。此外，新能源汽車電池充滿電后，充電過載保護系統(tǒng)反饋程序或設備出現(xiàn)故障，導致充電樁接收不到充電停止的指令，從而繼續(xù)充電導致電池熱失控。由過充引起的熱失控可能來自兩個方面：電流流過產(chǎn)生的熱量或者陰陽極發(fā)生的副反應產(chǎn)生的反應熱。鋰離子電池在使用過程中，充放電狀態(tài)SOC越高，熱失控的誘發(fā)溫度越低。在100%充放電狀態(tài)下，電池熱失控的誘發(fā)溫度在100℃左右，在50%充放電狀態(tài)下，溫度則要140℃左右才能誘發(fā)電池的熱失控。因此，充電樁自身質(zhì)量問題或管理漏洞也會造成新能源汽車起火。

3 新能源汽車消防安全管理對策

確保新能源汽車更快更好發(fā)展符合國家的發(fā)展戰(zhàn)略和人民群眾的切身利益，解決新能源汽車的消防安全穩(wěn)定性是必不可少的關鍵一環(huán)。提升新能源汽車的消防安全水平，建議從以下幾個方面考慮：

3.1? 研發(fā)提升新能源汽車的產(chǎn)品質(zhì)量安全

提升新能源汽車的產(chǎn)品質(zhì)量安全是降低新能源汽車火災的源頭性課題，特別是要針對電池材料的安全性能進行突破性的改進，使其實用性能和品質(zhì)、安全性得到顯著提升。各新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)要從產(chǎn)品設計研發(fā)階段開始嚴格標準，注重產(chǎn)品質(zhì)量，切實提升安全意識，充分考慮和反復驗證新能源汽車的電池、電路、電氣零部件等組成部分在整車處于正常運行或遇到惡劣環(huán)境過程中的協(xié)調(diào)可靠性、完整性和安全性。新能源汽車的安全性要在已有事故權威調(diào)查結(jié)果分析基礎上，查找漏洞源頭，切實改進安全措施并充分驗證安全措施的可行性，杜絕隱患，確保萬無一失。如在科研項目中設置專項經(jīng)費，研究新能源汽車在暴風雨、高溫、冰雪、霧霾、塵土、高原缺氧等惡劣環(huán)境下的熱導系統(tǒng)安全穩(wěn)定性和受影響程度，汽車受特定力度在正面、后面、側(cè)面等不同方位撞擊或刮碰后，評判電池是否還具備安全穩(wěn)定性，是否超過了溫升的標準和要求。此外，可以依據(jù)實驗條件，結(jié)合實際事故原因，建立安全事故預測模型，完善具體情形下的安全措施[4]。

3.2? 實現(xiàn)智能車載監(jiān)控系統(tǒng)與智慧消防監(jiān)管平臺的信息共享

新能源汽車要堅持以預防為主的原則，完善配備智能化的車載全天候自動監(jiān)控系統(tǒng)，保障車輛在關閉電源的情況下，也能實現(xiàn)對新能源汽車的安全狀態(tài)特別是電池的溫控情況進行實時監(jiān)測，當監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測到有異常情況時，應能迅速上報數(shù)據(jù)情況和報警信息到車企或電池廠商終端，同時也能及時預警，提醒告知駕駛員和車主本人進行車輛狀態(tài)檢查和維保。此外，車載監(jiān)控系統(tǒng)平臺還應與國家智慧消防監(jiān)管平臺進行有效對接，當新能源汽車作出安全警示判斷時，即可將該車輛的位置信息、車輛參數(shù)、異常情況同步傳輸?shù)街腔巯辣O(jiān)管平臺，為就近的消防救援力量提供第一手資料并制定有效的應急處置措施。

3.3? 制定更加嚴格的安全標準和規(guī)范

新能源汽車生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)必須嚴格執(zhí)行新能源汽車的相關國家標準和規(guī)范，生產(chǎn)企業(yè)也必須熟悉并貫徹落實標準規(guī)范對新能源汽車各個分支類型各項指標的具體要求，將安全防護措施落實在各個組件和各個系統(tǒng)的設計生產(chǎn)環(huán)節(jié)中。針對技術落后、標準較低、安全性能得不到保障、不合時宜的標準規(guī)范條款，要組織全國的權威專家和技術骨干在充分調(diào)研評估的基礎上進行修訂完善，出臺更加嚴格更加安全的標準和規(guī)范。

3.4? 細化充電樁的設置要求和強化充電樁消防安全管理

目前，社會上既有專門用于新能源車充電的集中充電場所，也有群眾自行在車庫或者私人場所安裝的充電樁，但散裝的充電樁基本與燃油汽車停放在一個區(qū)域，因此為了防止發(fā)生火災后火勢擴大，有條件的建筑物或者新建的建筑物可以考慮設置獨立的新能源汽車集中充電的區(qū)域，并完善配套出臺相應的法律法規(guī)和規(guī)章制度等，如視情考慮在地下停車庫設置新能源汽車獨立停放充電的防火分區(qū)。嚴格落實充電樁的過流、急停、充電槍插拔保護等措施，在充電樁上安裝聯(lián)網(wǎng)式電壓實時監(jiān)測及溫升傳感警報裝置，當監(jiān)測到電壓或溫度異常時，充電樁能自動斷電并同時向車主和監(jiān)測終端發(fā)出警報[4]。此外，行業(yè)主管部門應督促、檢查、考評充電樁安裝企業(yè)或充電樁廠主是否建立充電樁定期巡查檢修制度，是否存在電氣線路老化、漏電、無設置溫升和電壓監(jiān)測裝置、安全性能無保障等現(xiàn)象。

3.5? 完善責任追究機制

新能源汽車火災安全事故發(fā)生后，要嚴查火災事故原因，落實責任追究。相關安全事故主管部門要成立調(diào)查小組，對事故原因開展深入的延伸調(diào)查和分析，如原因涉及新能源汽車或電池生產(chǎn)廠商降低生產(chǎn)標準，質(zhì)量把控不嚴，實驗條件弄虛作假等原因，要加大處罰力度，追究相關公司及責任人、管理人的刑事或行政責任，并及時將涉事企業(yè)在新聞媒體進行曝光，同時將企業(yè)和相關責任人員納入誠信懲戒體系。此外，還應將新能源汽車火災事故納入相關主管行業(yè)部門或協(xié)會對車企、電池廠商的年度考核或評價體系，并將其作為補貼發(fā)放的標準之一，進一步強化生產(chǎn)廠商的安全責任意識，倒逼企業(yè)從研發(fā)設計和生產(chǎn)過程等環(huán)節(jié)注重消防安全性能的提升。

3.6? 規(guī)范用車和科學保養(yǎng)

預防新能源汽車起火可以從用車和保養(yǎng)車的角度做起，一是在用車時避免暴力駕駛，暴力駕駛不利于電池的保養(yǎng)，會加劇電池的負荷，容易引起電池老化，導致電池散熱不均勻的情況，以致出現(xiàn)電池熱失控。二是不能隨意改裝或者加裝電器，這樣容易使線路出現(xiàn)短路。三是在充電方面，盡量選擇智能充電樁和慢充，避免使用快充，快充容易使電池內(nèi)部出現(xiàn)過流、過充和過熱等情況。從保養(yǎng)車的角度來看，定期進行車輛的保養(yǎng)，檢查電池的使用狀況以及電控單元等，這樣可以提前排查安全隱患，降低起火的風險。

4 結(jié)語

綜上所述，要降低新能源汽車火災事故的概率，需要根據(jù)新能源汽車的內(nèi)部結(jié)構和動力電池的火災特點，采取多樣化的防控措施，如提升新能源汽車的產(chǎn)品質(zhì)量安全，實現(xiàn)智能車載監(jiān)控系統(tǒng)與智慧消防監(jiān)管平臺的信息共享，完善制定更加嚴格的安全標準和規(guī)范，細化充電樁的設置要求和強化充電樁消防安全管理，規(guī)范用車和科學保養(yǎng)等，以便新能源汽車在發(fā)生安全故障提醒及火災事故時，能夠及時預警，方便車主或廠家提前介入，有針對性地進行高效處置，最大限度地減少新能源車汽車火災事故的發(fā)生概率。

參考文獻：

[1]中國政府網(wǎng).2022年我國機動車保有量達4.17億輛[DB/OL].www.gov.cn/xinwen/2023-01/11/content_5736176.htm

[2]央視網(wǎng).應急管理部消防救援局公布2021年全國消防接處警與火災情況[DB/OL].https：//news.sina.com.cn/gov/2022-01-20/doc-ikyakumy1556794.shtml

[3]吳志強，廖承林，李勇.新能源電動汽車消防安全現(xiàn)狀與思考[J].消防科學與技術，2019，38（1）：148-150.

[4]朱小彤.新能源電動汽車消防安全現(xiàn)狀與思考[J].新型工業(yè)化，2021，11（7）：203-204.

New energy vehicle fire cause analysis and fire safety management countermeasures

Li Zijin

（Panyu District Fire and Rescue Section of Guangzhou， Guangdong Guangzhou 511400）

AbstraCt： In order to improve the fire safety management level of new energy vehicles， the paper analyzes the fire causes in new energy vehicles from the aspects of charging pile failure， unauthorized modification or installation of electrical equipment， etc.， expounds the mechanism of fire in new energy vehicles， and proposes countermeasures for fire safety management of new energy vehicles.

Keywords： new energy vehicle; fire cause; mechanism analysis; fire safety