電動自行車充電過程中起火原因分析及防范對策

姜自營

(臨沂市消防支隊,山東 臨沂 276000）

電動車的大力發(fā)展與普及,可顯著減少燃油使用量,從源頭上解決車輛尾氣對大氣的污染。電動車行業(yè)的發(fā)展不可避免地帶來了新的安全問題,那就是電動車的火災(zāi)事故。根據(jù)消防部門統(tǒng)計分析數(shù)據(jù),全國每年至少有75%的電動自行車(以下簡稱“電動車”)火災(zāi)發(fā)生在蓄電池充電過程中[1]。因此,筆者針對電動車充電過程中的起火原因及相關(guān)防范對策,進行深入研究分析。

1.電動車易引發(fā)火災(zāi)部件分析

造成電動車發(fā)生火災(zāi)的原因可歸結(jié)為以下2方面[2]:

第一，電動車硬件配置問題。電氣安全保護裝置不合格、主要電器器件如充電器和電機等工作參數(shù)不匹配、工作線路裝配布置不合理、車體外飾大量采用可燃材料等。

第二，使用者操作不當。過度充電、私拉電線充電、非專業(yè)人員拆修、私設(shè)防盜器等增加電池負荷的器件等等。電動車自身硬件的火災(zāi)事故概率是不同的,按照高、中、低3個等級劃分如表1所示。

2.電動車充電過程引發(fā)火災(zāi)原因分析

（1）充電器故障引發(fā)火災(zāi)

充電器的主要作用是將輸入的220 V/50 Hz的交流工頻電轉(zhuǎn)換為能夠被蓄電池組使用的直流電壓和電流。常見的電動自行車充電器屬于三段式充電,即經(jīng)過恒流、恒壓和浮充3個階段。導致充電器發(fā)生故障的原因主要有以下3個方面。

表1 電動車不同部件火災(zāi)事故概率劃分

第一，充電器內(nèi)部散熱差、溫升快。影響充電器散熱性能的主要因素包括充電器外殼封裝較為嚴密,或留有的換氣孔設(shè)置不合理,釋放熱量速度較慢,另外充電器內(nèi)置的小功率散熱扇發(fā)生故障。除此之外,蓄電池電量處于欠壓狀態(tài)下,采用三段式充電,充電完成時間一般在9 h左右。充電器長時間工作在上述情況下溫升速度很快,溫度達到電路器件耐溫極限時非常危險。充電器內(nèi)部電路板所使用到的許多電子元器件,如電容、二極管、集成芯片等基本都不能在持續(xù)高溫環(huán)境下工作。功率消耗較大的三極管等器件在使用時也會產(chǎn)生一定的熱量。電動車充電過程中如果主要器件發(fā)熱嚴重,而又無法及時的將熱量分散出去,很可能導致充電器電路板器件燒毀,甚至造成充電器的起火爆炸。

第二，元器件松動。為方便電池續(xù)航,電動車充電器一般隨車攜帶。如果車輛經(jīng)常行駛在顛簸路況,充電器內(nèi)部若干元器件會產(chǎn)生松動。如此容易引起充電器充電時的工作電壓不穩(wěn)定,功率振蕩,很多電能轉(zhuǎn)換成熱能,慢慢集聚,容易燒毀充電器內(nèi)部耐熱性差器件,如電路板、電容等,甚至直接引燃無阻燃的塑料外殼。

第三，缺乏相關(guān)保護裝置。充電器工作時容易受電網(wǎng)電壓波動影響產(chǎn)生較大的瞬時電流,電流達到一定等級后會造成內(nèi)部變壓器一次側(cè)發(fā)生短路;蓄電池在充電時,如果不慎將電池正負極接反容易發(fā)生爆炸。上述幾種意外狀況在日常的電動車充電時比較常見。

因此,為防止各種常見電路故障導致充電器直接損壞,設(shè)計諸如短路、反接和過熱保護等電路是必需的。國內(nèi)生產(chǎn)電動車充電器的廠家眾多,既有品牌電動車生產(chǎn)的配套充電器,也有許多企業(yè)生產(chǎn)的各規(guī)格普通充電器。雖然充電器所涉及的技術(shù)難度不高,但各個廠家推出的充電器質(zhì)量卻參差不齊。選擇并使用不具有相關(guān)保護功能的劣質(zhì)充電器,增加了電動車充電時發(fā)生火災(zāi)的可能性。

（2）蓄電池故障引發(fā)火災(zāi)

目前市面上比較常見的電動車電池類型可分為鉛酸電池、鋰離子電池和鎳氫電池等等。鉛酸蓄電池憑借較高的性價比一直受到電動車生產(chǎn)商以及消費者的青睞。鉛酸蓄電池儲存和釋放電能的實質(zhì)是硫酸鉛和水進行化學反應(yīng)。如果出現(xiàn)刺激條件如外界環(huán)境中的溫度過高,導致反應(yīng)不穩(wěn)定,電池容易發(fā)生爆炸起火。

第一，鉛酸蓄電池析氫過量。蓄電池充電時其電解液的濃度在逐漸增大,若發(fā)生熱失控現(xiàn)象,電池會析出許多氫氣和氧氣。氫氣屬于易燃易爆的不穩(wěn)定氣體,而氧氣可助燃。當兩者的混合濃度達到4%～74．2%時,一旦周圍有電火花產(chǎn)生就能造成瞬間的起火甚至爆炸。

第二，蓄電池過度充電。電池充電時間過長可能是使用者一時的疏忽,也可能是由于電池老化使得電池電壓持續(xù)相對偏低,充電器不能調(diào)整到涓流模式而是一直工作在大電流充電狀態(tài)下造成的。蓄電池過度充電引發(fā)自身高溫,正負極接線柱極板受腐蝕作用發(fā)生破裂,電解液流出或極柱接線不牢產(chǎn)生火花,遇明火爆炸。

第三，蓄電池“超期服役”。蓄電池超過使用期限,會大大增加起火概率。而目前電動自行車的使用者往往會忽略蓄電池超期的問題,不能及時更換,造成充電過程中過熱爆燃事故頻發(fā)。

（3）線路故障

電動車自身電氣線路短路是引發(fā)電動車火災(zāi)的重要因素。從電動車充電時電流流通回路來看,電氣線路主要由充電器(包括電源線和抽頭)、車身充電插座、插座與電池之間的導線、各個蓄電池正負極端子之間的連接線。此部分線路發(fā)生短路的原因：第一，插頭與插座之間連接不牢靠導致的短路。第二，充電器電源線在長期使用后因線路老化或與其它尖銳雜物摩擦導致導線絕緣層損傷引起短路。[3]第三，電動車電池組裝之后,其電池相互連接線路可能受外力擠壓等作用引起金屬層裸露,很容易發(fā)生短路現(xiàn)象。通過分析蓄電池發(fā)生短路時相關(guān)導線截面積與外層絕緣皮分解時間的數(shù)據(jù)關(guān)系總結(jié)出數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 電池發(fā)生短路時數(shù)據(jù)

由表2可知,短路電池數(shù)量一定的前提下,截面積大的導線絕緣皮分解時間較長,并且隨著短路電池數(shù)量的增多,導線到達燃點時間越來越短。因此,蓄電池連接導線應(yīng)選擇一定范圍內(nèi)截面積較大的。

許多居民小區(qū)、大型超市、工廠企業(yè)都提供公用車棚以方便人們臨時停放車輛。車棚中若帶有充電設(shè)施,其充電線路往往線徑小、保護裝置匱乏。第一，當電動車扎堆充電時容易由充電過載、短路或發(fā)熱引起火災(zāi)。第二，電動車使用者私自改裝電氣線路,如增加防盜功能,因改裝線路不經(jīng)過電源總線,沒有電氣保護裝置,相關(guān)線路一旦發(fā)生短路則會引發(fā)火災(zāi)。第三，電動車車身支架大都采用無阻燃材料的硬質(zhì)塑料制作,火災(zāi)發(fā)生后火勢愈演愈烈,有毒有害氣體在密封空間能夠造成人員傷亡。

火災(zāi)案例。筆者統(tǒng)計了幾起電動車電氣線路短路火災(zāi)傷亡事故,如表3所示。

3.電動車充電過程火災(zāi)防范對策

通過分析電動車充電回路中各個部分可能存在的具體起火原因,可制定出詳細的防范措施。下面分別從技術(shù)防范和使用防范2個方面詳細探討電動車充電過程火災(zāi)防范對策。

（1）技術(shù)防范對策

第一，充電器交流電源回路設(shè)置速斷式保險管。鑒于許多公共場合中的臨時充電線路或者充電樁設(shè)施存在安全保護裝置不規(guī)范問題,充電器生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)在保證產(chǎn)品使用穩(wěn)定的前提下,在充電器插頭部分或者其殼體電路板前端安裝5 A/250 V規(guī)格的速斷保險絲。當充電器的變壓器一次側(cè)發(fā)生故障或者電源線因金屬部分裸露等原因造成短路時能夠第一時間切斷電源。

第二，充電器直流輸出回路安裝速斷式保險管。一是，充電器插頭在充電過程中可能因為外力作用造成接觸不良。二是，各個蓄電池的接線柱也可能因為擠壓等原因造成短路。因此,有必要在充電器與電動車的電源連接部分安裝速斷保險絲。

第三，確保控制器線路斷路器工作可靠。電動車控制器線路比較復雜,尤其是帶有自動巡航、電機鎖、報警等附加功能的控制器。為確保各功能線路出現(xiàn)電氣故障時不會產(chǎn)生連鎖反應(yīng),蓄電池與控制器連接主電路必須安裝斷路器。由于該斷路器每次起跳都會影響電動車正常使用,許多用戶為了免去維修麻煩就主動拆除斷路器,小故障引起整車線路燒毀的實例屢見不鮮。

表3 電動車電氣線路短路火災(zāi)傷亡事故

（2）使用防范對策

第一，規(guī)范充電器標準。電動車充電器質(zhì)量差是造成車輛充電起火的主要原因之一。只有保證整流、濾波、穩(wěn)壓、過載及短路保護等功能完整且采用阻燃材料、散熱快的充電器才是質(zhì)量合格,可被人們放心使用的電動車配件。在購買充電器時應(yīng)優(yōu)先選擇安全性高的品牌產(chǎn)品,不能因為價格便宜就盲目選擇使用。

第二，檢查蓄電池安全性能。電動車電池可用電容量在低于10%時候進行充電,一般需要持續(xù)充電10 h左右。蓄電池過度充電達到一定次數(shù)會導致電池內(nèi)極板活性物質(zhì)早期疏化。除此之外,高溫環(huán)境下應(yīng)保證電池充電四周通風散熱狀況,尤其是炎熱季節(jié)更應(yīng)避免過充電。當發(fā)現(xiàn)電池充電不正常時,如總是充不滿或者直接不能充電時,應(yīng)立即停止充電。首先排除充電器保護裝置是否失靈故障,之后仔細檢查電池性能。

第三，做好電氣線路檢查、維護工作。電動車電路導線在長期使用過程中,導線的橡膠絕緣層易產(chǎn)生老化開裂,尤其是在多條電路線混扎的集束線中,一旦幾根導線由于絕緣層老化開裂,在過載高溫烘烤下極容易引起線間相互短路并燃燒,所以在日常的維護保養(yǎng)中,應(yīng)注重檢查電路導線的老化龜裂程度,發(fā)現(xiàn)有破損開裂的導線應(yīng)及時包扎或更換,車輛當行駛一段時間后,應(yīng)當在有維修資質(zhì)的部門作一次整體的檢測。