安科瑞 劉秋霞
通過對電動汽車火災事故進行統(tǒng)計分析，闡釋了電動汽車火災事故的發(fā)生機理，基于引發(fā)火災事故的電池內(nèi)部短路、電池外部短路、電池過充電或過放電3大因素，結合其蔓延快、危險大、滅火難、易復燃的特點，從電動汽車的生產(chǎn)、銷售、使用、維護、回收5個環(huán)節(jié)提出了相應的防控措施，以期為電動汽車的安全防控與消防救援提供參考。
關鍵詞：電動汽車；火災事故；火災原因；起火機理；防控對策
隨著社會科技的發(fā)展，新能源電動汽車的普及和推廣已然是全球重要的發(fā)展趨勢之一。新能源電動汽車的廣泛應用，能有效促進綠色低碳型經(jīng)濟的發(fā)展，對我國的“碳達峰、碳中和"目標有著重要意義。隨著電動汽車產(chǎn)銷量的急劇上升，電動汽車逐步深入人們的日常生活。近年來，電動汽車火災事故時有發(fā)生，不僅制約了電動汽車的普及和商業(yè)化應用，也給人民生命財產(chǎn)和交通安全帶來了重大隱患。通過對新能源汽車發(fā)展趨勢及電動汽車火災事故原因及特點進行分析，提出電動汽車火災事故防范對策，為電動汽車消防安全管理提供參考。
中國是當今世界大的新能源汽車市場，新能源汽車保有量與日俱增。根據(jù)國家統(tǒng)計局和中國汽車工業(yè)協(xié)會公布的數(shù)據(jù)，自2016年以來，我國新能源汽車產(chǎn)量和銷量逐年增長，到2023年產(chǎn)銷量分別為958.7萬輛和949.5萬輛。受口罩影響，2019、2020年增長率有所下滑，但2021年開始回歸高增長率，2021年銷量增長率甚至高達158%，產(chǎn)量增長率達169%，如圖1所示。其中，2021年各類新能源車型占比中，純電動汽車高達83%；2022年中國純電動汽車銷量536.5萬輛，同比增長81.6%，純電動汽車已然成為新能源汽車重要的部分。截至2023年底，中國新能源汽車保有量達2041萬輛，占汽車總量的6.07%。同時，新能源汽車配套的充換電基礎設施同樣增長迅速。根據(jù)中國電動汽車充電基礎設施促進聯(lián)盟公布的數(shù)據(jù)，2023年我國充電基礎設施增量達338.6萬臺；截至2023年底，全國充電基礎設施保有量達859.6萬臺，同比增加65%。
目前公開發(fā)布的新能源電動汽車火災事故統(tǒng)計的*威數(shù)據(jù)較少，僅2022年4月國家消防救援局公布了2022年一季度電動汽車火災數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示新能源汽車火災共發(fā)生640起，相較2021年同期上升32%。此外，根據(jù)朱培培等［1］、董武堂等［2］統(tǒng)計的2014-2021年電動汽車起火事故數(shù)據(jù)，2014-2021年電動汽車火災事故數(shù)量總體呈現(xiàn)上升趨勢。廣西消防救援總隊查詢到的2020-2023年廣西地區(qū)電動汽車火災事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表1所示。
由表1可以看出，隨著電動汽車保有量的增加，廣西地區(qū)電動汽車火災事故數(shù)量和造成的直接財產(chǎn)損失也隨之增多，電動汽車安全問題引起了越來越多的關注。
根據(jù)電動車輛國家工程實驗室和文獻的數(shù)據(jù)，電動汽車在不同狀態(tài)下發(fā)生火災占比情況如圖2所示。數(shù)據(jù)表明，電動汽車在靜置狀態(tài)下發(fā)生火災事故占比高達34.42%，導致其火災事故的根本原因是電池內(nèi)部短路，進而引發(fā)了電池熱失控。電池生產(chǎn)制備時混入金屬雜質、電濫用、電解液浸潤不均等引發(fā)的局部析鋰，會劃破電池隔膜，引發(fā)微小的內(nèi)部短路。這些內(nèi)部短路不易察覺，當電池內(nèi)部短路產(chǎn)生的熱量累積到一定程度后將引發(fā)電池的熱失控，導致電動汽車電池起火甚至爆炸。
充電狀態(tài)下電動汽車發(fā)生火災事故占比達33.33%。電池充電狀態(tài)下起火的原因主要與電池、充電設備的質量有關。電池過充會使電池正極材料出現(xiàn)脫鋰，具有強氧化能力，使負極材料表面產(chǎn)生氧化分解，放出大量的熱，導致電池內(nèi)部溫度和壓力急劇上升，同時電解液高度易燃，與鋰發(fā)生反應劇烈燃燒，最終導致熱失控引發(fā)起火。
行駛狀態(tài)下電動汽車發(fā)生火災事故占比為32.25%。行駛狀態(tài)主要包括行駛中發(fā)生碰撞和行駛中未發(fā)生碰撞兩種情況。電動汽車在行駛過程中發(fā)生碰撞引起的火災事故主要是因為碰撞過程中電池受到?jīng)_擊，可能被壓縮、穿孔或其他損壞，導致火災的發(fā)生。電動汽車正常行駛中若未發(fā)生碰撞，一般極少發(fā)生火災事故。如果起火，其可能的主要原因是電動汽車的散熱系統(tǒng)或電池設計不合理，產(chǎn)品質量不達標，或者行駛路況較差，汽車顛簸嚴重等。
基于電動車輛國家工程實驗室和文獻數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，電動汽車火災事故原因占比如圖3所示，電動汽車火災的主要原因有內(nèi)部故障、碰撞、過充電、泡水等，其中內(nèi)部故障導致的火災事故較高，占比達49%，碰撞和過充電分別占比12%、14%，泡水占比6%。
雖然導致電動汽車火災事故的表面原因有多種，但分析各種火災事故原因可以發(fā)現(xiàn)，導致電動汽車起火的內(nèi)部機理主要是電池的內(nèi)部短路、外部短路與過充過放電等故障及其進一步引發(fā)的熱失控，電動汽車電池起火機理分析如圖4所示。其中，電池故障與電池泡水起火主要由于電池內(nèi)部短路導致電池熱失控；交通事故或底盤碰撞則對應電池內(nèi)部短路和外部短路；用戶對電動汽車進行改裝則可能出現(xiàn)由于改裝不規(guī)范導致電池內(nèi)部短路、電池外部短路、電池過充電或過放電等現(xiàn)象；電子電氣故障、充電設備故障等引發(fā)起火的本質則是電池外部短路。電池的內(nèi)部短路、外部短路和過充電都會大量產(chǎn)熱，導致電池熱失控、引發(fā)火災。
四、電動汽車火災事故的特點根據(jù)電動汽車火災事故原因分析，由于起火主要是動力電池發(fā)生內(nèi)外部短路所致。由于動力電池的物質構成和內(nèi)部結構特點，電動汽車起火與傳統(tǒng)汽車起火相比更具危險性，電動汽車火災事故具有蔓延快、危險大、滅火難、易復燃等特點。
電動汽車動力電池由于內(nèi)部短路導致熱失控起火，此時電池內(nèi)部將發(fā)生大量的化學反應，如電解液反應、正極分解反應等，釋放出大量可燃易*氣體。而且電池火焰較高溫度超過1000℃,遠高于傳統(tǒng)汽油的燃燒溫度，火焰呈噴射狀。由于電池安裝在電動汽車底部，座椅內(nèi)飾等大量可燃物均位于著火電池上方，火勢容易迅速蔓延。電動汽車火災試驗結果表明，鋰電池熱失控會釋放出大量白色氣體，伴有火焰噴出，從白色氣體噴出到車輛后半部分整體過火用時不到10min，車輛電池溫度迅速升高至1000℃以上，火災迅速在整車蔓延。整車在625s時出現(xiàn)階段性溫增，在1250s時整車呈現(xiàn)猛烈燃燒狀態(tài)。
電動汽車發(fā)生火災事故時，由于車內(nèi)空間狹小，特別是汽車碰撞起火時，車門由于碰撞可能被擠壓損壞，車內(nèi)人員逃生時間有限，極易造成人員傷亡。動力電池燃燒將會產(chǎn)生HF、HCF等有毒物質和氫氣，甚至攜帶錳、汞等重金屬，這極易導致被困人員和消防救援人員發(fā)生中毒。同時，電池電解液多為碳酸酯類物質，其閃點較低，燃點為350~450℃,燃燒會釋放出H2、CO、CH4等易燃易爆氣體。鋰離子電池燃燒伴有大量的熱量式"手段處置一起初期火勢較小的電動汽車火災。和氣體產(chǎn)生，加上鋰離子電池狹小密閉空間的結構特點，在安全閥失效的情況下，能量的擠壓足以引發(fā)電池內(nèi)部爆炸。根據(jù)朱難難等的電動汽車火災特性試驗研究，電動汽車火災時，底盤電池包產(chǎn)生的噴射火最遠可達2.6m，猛烈的噴射火會對消防救援人員造成傷害。
根據(jù)電動汽車結構，動力電池一般安裝在車輛底部，電池上方安裝座位，外有車身包裹，內(nèi)有裝飾物遮擋，電池多位于車輛底盤下方，位置隱蔽。當電動汽車由于動力電池熱失控引發(fā)火災時，輪胎過火泄氣后會導致車輛底盤高度下降，消防救援人員很難將滅火劑有效噴射至動力電池位置，大大降低了滅火劑的滅火效率，導致電動汽車火災滅火難，大大延長撲救時間。
此外，從梨可等、王文和等、郭志慧等、高明澤等、朱難難等、陳欽佩等分別對磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池、全尺寸電動汽車開展的火災特性試驗研究可知，盡管動力電池類型不同，但電動汽車火災時其規(guī)模、煙氣、熱量等均較為嚴重，危險程度較高。從電動汽車結構、動力電池位置、電池火災危險性看，電動汽車火災撲救的難度高于傳統(tǒng)燃油汽車。
電動汽車發(fā)生火災后，動力電池內(nèi)部結構遭到破壞，電池電解質、電解液及電極之間大多處于不穩(wěn)定、不平衡的狀態(tài)，電池內(nèi)部仍存在化學反應和電流放熱效應，因此盡管明火被熄滅，其內(nèi)部的放熱反應仍在繼續(xù)，隨著熱量的不斷累積，車輛仍然極易復燃。黃強等、張明杰等、饒慧等、郭莉等、卓萍等分別研究了不同滅火劑和不同滅火方式對電池火災的滅火效果，結果表明，滅火后仍會出現(xiàn)復燃現(xiàn)象。
電動汽車火災撲救不易，易造成人員傷亡和較大的經(jīng)濟損失，提前做好電動汽車火災防控具有重要意義。根據(jù)前文對電動汽車火災原因統(tǒng)計及起火機理分析，結合目前電動汽車安全防護相關新技術特點，從電動汽車的生產(chǎn)、銷售、使用、維護、回收5個環(huán)節(jié)總結電動汽車火災事故的防控對策，如圖5所示。
在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，需要加大科研投入，提高電動汽車的整體安全水平能從根源上預防和減少電動汽車火災事故的發(fā)生。有關部門和企業(yè)應該加大科研經(jīng)費投入，加強電池材料、電池包結構設計、預測預警系統(tǒng)等方面技術的研發(fā)力度，提升電動汽車整體的安全水平，同時研發(fā)很快滅火和抗復燃技術。
電池材料方面，減少電極材料產(chǎn)生枝晶而刺穿隔膜的情況，研發(fā)出兼?zhèn)潆娀瘜W性能和安全性的難燃型和不燃型電解液，以及安全型正負極材料，高性能、高安全性的新型電池，如固態(tài)電池、鈉離子電池等。
電池包結構設計方面，除電池包外殼采用高強度機械結構設計，減少碰撞中產(chǎn)生的形變，并防止行駛中意外刺穿外，還應該增加電池包快速卸氣結構，并在內(nèi)部增加阻燃粉狀物配合卸氣結構，在卸氣的同時噴射阻燃物抑制明火的產(chǎn)生，使故障盡可能自限，同時防止壓力過高產(chǎn)生爆炸。可將電池包分為不同大小的區(qū)域并采用防火材料阻隔，起到類似“防火墻"的作用，延緩電池熱失控的發(fā)生，為救援工作爭取寶貴時間。
預測預警系統(tǒng)方面，研發(fā)電池故障隱患診斷和熱失控準確預測方法和技術，實現(xiàn)隱患事故的早期處置與事故預警，如采用大數(shù)據(jù)深度分析等人工智能算法提升BMS性能，提升電池熱失控預警功能，準確預測電池壽命和電池熱失控早期狀態(tài)。
最后，要發(fā)展一體化的智能安全防控技術系統(tǒng)。研發(fā)安全檢測傳感器、集熱管理、故障診斷、熱失控預警和滅火協(xié)同的智能一體化技術，實現(xiàn)動力電池的很快熱管理、智能準確預測、靶向快速處置、清潔很快滅火。
在銷售環(huán)節(jié)，國家市場監(jiān)督管理總局發(fā)布的《關于進一步規(guī)范新能源汽車事故報告的補充通知》，進一步強化了新能源汽車產(chǎn)品安全召回監(jiān)管，規(guī)范新能源汽車事故報告制度。新能源車企應加強動力電池防解碼、防改裝技術的研究，杜絕非法改裝行為，并充分應用網(wǎng)絡技術，加強動力電池全生命周期監(jiān)管，對儲能電池安全情況進行跟蹤并實現(xiàn)預判預警功能。
此外，消防救援部門與電動汽車經(jīng)銷商合作，積極做好消費者關于新能源汽車安全使用的認知、宣傳和培訓，提高消費者的電動汽車消防意識。消費者應充分了解廠家信息，認準*方渠道，避免購買三無產(chǎn)品，切莫因貪小便宜，盲目相信非*方渠道的產(chǎn)品，同時切莫私自、非法改裝車輛。
在使用環(huán)節(jié)，需要構建車輛安全信息共享平臺，加強充電設施和換電站的安全建設，普及電動汽車火災消防設施設備，規(guī)范電動汽車的使用，可以從監(jiān)控平臺、充電設施、消防設施等方面考慮對電動汽車火災事故的防控。
監(jiān)控云平臺方面，目前北京理工大學電動車輛中心進行網(wǎng)絡求援，為救援人員提供準確的事故數(shù)據(jù)，還能預警和延遲事故的發(fā)生趨勢。
充電設施方面，加大充電樁建設力度，提升充電器、充電樁等充電設施的消防安全水平，推廣電動汽車電池換電站，倡導集中充電、換電，降低消防安全風險，同時建立完整的充電設施安全防護管理制度。各地國家規(guī)范，指導充電場所完善應急消防隔離板配備，在發(fā)生電動汽車火災事故時能夠及時使用消防隔離板，隔離事故車輛，防止火災蔓延，減少經(jīng)濟損失。消防設施設備方面，相關部門應加強電動汽車火災消防設施設備的推廣普及，根據(jù)相關標準在電動汽車充電站、換電站、地下電動汽車車庫等重點場所布置應急消防隔離板、自動報警系統(tǒng)、自動滅火系統(tǒng)、消防給水系統(tǒng)等消防設施設備，降低電動汽車火災事故的安全風險。
此外，電動汽車使用人員應提高火災安全防范意識，學習電動汽車消防知識，規(guī)范電動汽車的使用，禁止使用未接地的充電設施給電動汽車充電，熟知充電設施緊急停止按鈕的位置，盡量避免電動汽車行駛在涉水、高溫及路況較差的路面，避免車輛底盤受到磕碰和損壞。
維護環(huán)節(jié)需要強化監(jiān)控云平臺的應用實效，及時提醒用戶定期維護保養(yǎng)，盡早出臺新能源汽車維修保養(yǎng)相關規(guī)范和標準。
電動汽車的日常維護主要包括動力電池、充電器、電氣線路、防控裝置等的檢測與維護，特別是動力電池需要進行專業(yè)化維護。維護環(huán)節(jié)應強化監(jiān)控云平臺的應用實效，新能源車企應采用大數(shù)據(jù)分析、人工智能算法等精準預測電池的使用壽命和安全狀態(tài)，并根據(jù)預測結果，提醒使用人員進行保養(yǎng)維護。同時，使用人員在日常使用中也應做好日常保養(yǎng)和維護，定期到專業(yè)門店檢測電動汽車關鍵部件。
建議國家及相關部門盡早出臺新能源電動汽車的維修保養(yǎng)規(guī)范與標準，4S店或維修廠加強維修人員的培訓，提高維修人員的電動汽車維修保養(yǎng)技能水平。在新標準規(guī)范出臺之前，電動汽車生產(chǎn)銷售企業(yè)加強對日常維修保養(yǎng)過程中易發(fā)、多發(fā)的故障問題的及時研判，突出的問題要召回車輛進行維修。
回收環(huán)節(jié)，需要加強動力電池回收的安全管理，建立科學合理的循環(huán)利用體系。
電動汽車動力電池的回收是電池梯級利用和資源循環(huán)利用的重要手段，如果管理不規(guī)范、安全措施不到位，由于電池性能不一并且集中處置，也會存在較大火災安全風險。因此，相關政府部門應與新能源車企加強合作，共同加強動力電池回收的安全管理：一方面，建立科學合理的循環(huán)利用體系，提升動力電池回收環(huán)節(jié)的資源綜合利用水平，保證梯級利用電池產(chǎn)品的安全和質量；另一方面，建立溯源管理體系，進行廠商代碼申請和編碼規(guī)則備案，督促企業(yè)及時上傳梯次產(chǎn)品和廢舊電池的流向信息。使用人員應謹慎處理廢舊的動力電池，應將廢舊動力電池交予專業(yè)機構或企業(yè)回收，切勿私自處理或胡亂丟棄。專門負責回收的企業(yè)應謹慎處置舊動力電池，不應再將動力電池中部分完好的模組或電池包直接應用于其他電子產(chǎn)品。
充電運營管理平臺是基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術的充電設施管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對充電樁的監(jiān)控、調度和管理、提供充電樁的利用率和充電效率，提升用戶的充電體驗和服務質量。用戶可以通過APP或小程序提前預約充電，避免在充電站排隊等待的情況，同時也能為充電站提供更準確的充電需求數(shù)據(jù)，方便后續(xù)的調度和管理。通過智能監(jiān)控設備，對充電樁的功率、電壓、電流等參數(shù)進行實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)和處理充電樁故障和異常情況對充電樁的功率進行控制和管理，確保充電樁在合理的功率范圍內(nèi)充電，避免對電網(wǎng)造成過大的負荷。
5.1.1充電服務
充電設施搜索，充電設施查看，地圖尋址，在線自助支付充電，充電結算，導航等。
5.1.2首頁總覽
總覽當日、當月開戶數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時長，累計的開戶數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時長，以及相應的環(huán)比增長和同比增長以及樁、站分布地圖導航、本月充電統(tǒng)計。
5.1.3交易結算
充電價格策略管理，預收費管理，賬單管理，營收和財務相關報表。
5.1.4故障管理
故障管理故障記錄查詢、故障處理、故障確認、故障分析等管理項，為用戶管理故障和查詢提供方便。
5.1.5統(tǒng)計分析
統(tǒng)計分析支持運營趨勢分析、收益統(tǒng)計，方便用戶以曲線、能耗分析等分析工具，瀏覽樁的充電運營態(tài)勢。
5.1.6運營報告
按用戶周期分析汽車、電瓶車充電站、樁運行、交易、充值、充電及報警、故障情況，形成分析報告。
5.1.7APP、小程序移動端支持
通過模糊搜索和地圖搜索的功能，可查詢可用的電樁和電站等詳細信息。掃碼充電，在線支付:掃描充電樁二維碼，完成支付，微信支付完成后，即可進行充電。
5.1.8資源管理
充電站檔案管理，充電樁檔案管理，用戶檔案管理，充電樁運行監(jiān)測，充電樁異常交易監(jiān)測。
5.3改造項目充電樁配置安裝推薦表
表3.1改造項目充電樁配置安裝推薦表
安科瑞AcreICloud-6000安全用電管理云平臺是針對我國當前電氣火災事故頻發(fā)而研發(fā)的一套電氣火災預警和預防管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是基于移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算技術，通過物聯(lián)網(wǎng)傳感終端，將辦公建筑、學校、醫(yī)院、工廠、體育場館、賓館、福利院等人員密集場所的電氣安全數(shù)據(jù)，實時傳輸至安全用電管理服務器，為用戶提供不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤、統(tǒng)計分析和安全監(jiān)管。平臺將發(fā)現(xiàn)的各種安全隱患信息及時告警提醒，并推送給相關人員，以便及早發(fā)現(xiàn)和消除隱患，真正做到防患于未然。
6.1.1實時監(jiān)測
可查看設備的狀態(tài)、實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)，巡檢記錄和報警信息。
6.1.2報警推送
可提供短信、郵件、APP推送、語音外呼、語音播報、微信小程序推送、微信公眾號推送、釘釘推送通知等多種方式進行異常通知。
6.1.3隱患管理
隱患查詢→隱患派發(fā)→隱患處理，通過隱患的完整流程，形成閉環(huán)，跟蹤每一個隱患的工單狀態(tài)。
6.1.4遠程控制
管理人員可以遠程設定探測器的各種參數(shù)值，或者對監(jiān)控設備進行分閘、合閘、復位、消音、自檢和遠程設置等操作，方便管理，同時提高工作效率。
6.1.5用戶報告
針對項目一個周期內(nèi)的用電數(shù)據(jù)進行匯總，生成安全用電分析報告。
安裝在汽車充電樁前端
電動汽車充電樁集中安裝
目前，隨著能源危機的全球蔓延以及對環(huán)境保護的日益關注，電動汽車已經(jīng)成為全球汽車行業(yè)的重要發(fā)展方向。盡管電動汽車相關技術已逐步趨于成熟，但電動汽車在電池的研發(fā)、生產(chǎn)、維護和使用等方面還存在很大的進步空間，加之電動汽車屬于新興行業(yè)，很多規(guī)范和標準尚未*全落實，仍有未知的安全問題尚未*全暴露。因此，關于電動汽車火災事故的相關研究仍需繼續(xù)加強，以期為消防救援提供參考。
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