新能源汽車火災風險及安全對策分析

黎 濤

（1.上海大學，上海 201204；2.上海市浦東新區消防救援支隊，上海 201204）

1 新能源汽車的概念和火災風險

由于石油等資源的能源危機和傳統汽車工業帶來的環境污染問題，發展新能源汽車已成為全球主要經濟體共識。當前我國得益于現代高科技進步和國家新能源戰略布局，新能源汽車產業得到前所未有的發展，擁有廣闊的市場前景和發展潛力[1]。

新能源汽車是指“采用新型動力系統，完全或者主要依靠新能源驅動的汽車，包括插電式混合動力（含增程式）汽車、純電動汽車和燃料電池汽車等”[2]。一般來說，新能源汽車分為純電動汽車、混合動力電動汽車、燃氣汽車、燃燒電池電動汽車和生物燃燒汽車等類型[3]。通過查詢中國汽車協會相關統計數據，我國在2016—2018年間的新能源汽車銷量分別占全球汽車銷量的65.47%，49.03%，62.23%。2018年，我國新能源汽車的銷售量達到了125.6萬輛，既是全球最大的新能源汽車消費國，又是全球最大的新能源汽車制造國。伴隨著我國新能源汽車行業的迅猛發展，汽車動力電池也得到了前所未有的增長和應用。從當前我國新能源汽車市場來看，動力電池從制作原料不同主要分為7種[4]：磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池、鈦酸鋰電池、三元材料電池、多元復合電池、鎳氫電池、超級電容器。

通過《新能源汽車藍皮書：中國新能源汽車產業發展報告（2017）》中發布的相關數據整理而成的2017年我國動力電池總配套量表（見表1）可看出，鋰電池的應用領域最廣，總配套量占據了市場動力電池總配套量的80%以上，是最主要的新能源汽車動力電池。

表1 2017年我國動力電池總配套量

新能源汽車的普及給人們帶來極大的便利，但伴隨而來的動力電池（以鋰電池為主）引發的火災已成為產業關注的焦點和亟須正視的安全問題。在我國，根據不完全數據統計，新能源汽車起火引發的事故在2017—2018年超過60起，2019年超過70起[5-6]，2020—2022年更是呈猛烈上升趨勢。

2 新能源汽車火災成因及隱患分析

由于近些年來頻發的以鋰電池為主要動力的新能源汽車安全和火災事故，不僅限制了新能源汽車產業的發展，而且危害了人們的生命財產安全，因此對新能源汽車及其動力鋰電池安全性問題的研究十分有必要。在進行新能源汽車火災風險隱患分析之前，對新能源汽車主體結構和鋰電池原理構造的了解和認識是重要前提和基礎。

新能源汽車主要指以鋰電池為動力源的純電動汽車，其主要由電源控制系統、電力驅動系統和輔助系統組成[7]，具體見圖1。

圖1 新能源汽車的結構示意圖

鋰電池主要由正極、負極、隔膜和電解液（電解質和有機溶劑結合）組成，正負兩極浸潤在電解液中，Li+以電解質為介質從而在正負兩極之間運動，實現電池的充放電過程[8]。并且，為了避免正負極通過電解液發生短路問題，生產時需要用隔膜將鋰電池的正負兩極進行分隔。具體來說，鋰電池的工作原理見圖2[9]，在充放電過程中，Li+在兩個正負電極之間往返嵌入和脫嵌；充電時，Li+從正極脫嵌，并經過非水電解質嵌入到負極中，而使負極處于富Li+狀態，放電時過程剛好相反。通過對鋰電池的原理和構造分析可以看出，鋰電池的高能量儲存與釋放都是在一個狹小的空間內完成。為了提高鋰電池的單位儲能效應，鋰電池研發和生產商們都會盡可能得壓縮鋰離子的傳送空間（即隔膜）。因此通常提高鋰離子電池效能的最直接方法就是減少隔膜的厚度，從而使電池內Li+的狹小空間愈發狹小。但愈發薄的隔膜會增加正負兩極直接接觸從而造成短路的風險，從而更易造成短路引發火災甚至爆炸，這就是人們通常所說的“熱失控”。此外，鋰電池除正常充放電電化學反應之外，存在的一些副反應也會產熱[10]。

圖2 鋰離子電池工作原理示意圖

2.1 汽車鋰電池火災危害性

雖然鋰電池具備一系列良好的使用性能和優勢，并且在新能源汽車行業中得到了廣泛的應用，但同時也存在燃燒和爆炸的風險。由鋰電池引發的汽車火災表現出顯著的氣體火特征，主要為C類預混火[11]。汽車鋰電池火災通常具有以下區別于一般火災的特點和危害。

1）燃燒速度快，鋰電池火災容易造成蔓延。

2）鋰電池燃燒爆炸會產生可燃有害氣體，毒性大。

李順明：落實政策“大禮包”的關鍵在于：一是政府一把手要主動承擔紓困民企的主體責任。作為領導，應該以黨中央、國務院的決策部署為指導，親力親為地解決民營企業的發展問題，年初做安排，年中看進展，年末抓總結，切實掃清困擾民營企業發展的制度性障礙。二是強化政府部門之間的協調力度。民營企業發展問題涉及財政、稅務、發改、工信、住建、國土、規劃、市場監管等部門，建議各涉及部門加強協調配合，切勿踢皮球，通過形成合力化解制約民營企業發展的現實問題。三是強化法制保障。司法部門在接到民營企業的合理訴求時，應依法及時調查清楚造成問題的原因，做到早判、準判，為民營企業發展提供法律保障。■

3）燃燒爆炸產生的火焰噴射距離遠，常伴內溶物的飛出和濺射，加大了起火爆炸的危害度。

4）鋰電池的燃燒熱值大，滅火難，存在復燃風險。

5）汽車鋰電池起火，對周邊物體易造成較大的危害并存在爆炸風險。

2.2 汽車鋰電池火災風險因素分析

新能源汽車上使用的鋰電池都是通過串并聯成組工作，如果單個電池組發生熱失控后，局部釋放產生的能量就會向周圍擴散傳播，極大可能引起周圍電池的熱失控，數千顆電芯間連鎖反應，容易造成電池組的全面起火爆炸，釋放出巨大的能量。因此在極端情況下，鋰電池的一個小故障就很有可能造成大災難。造成鋰電池熱失控的因素可分為內外部因素，內部因素主要有電池本身存在制造缺陷和工藝不足；外部因素主要有機械濫用、高溫熱沖擊、短路、過充電等[12]。更詳細來說，造成新能源汽車鋰電池起火燃燒爆炸的原因可分為4種[13]：電池過充電、外部短路、內部短路、機械碰撞。

總結來說，由鋰電池引發的汽車火災安全隱患問題主要原因就是鋰電池本身存在的產品質量問題和工藝缺陷。

3 安全對策

面對著日益增長的新能源汽車火災事故，如何降低火災風險，提高新能源汽車安全使用率成為當下亟須解決的重要問題。而且，工業和信息化部、國家發展和改革委員會、科學技術部、財政部聯合發布的《促進汽車動力電池產業發展行動方案》里也提出：“大幅提升產品安全和質量水平”的基本原則，“產品設計和系統集成滿足功能安全要求，實現全生命周期的安全生產和使用”的主要目標，“提升產品質量安全水平”的重點任務。因此，筆者立足國內新能源汽車火災隱患現狀并結合國外應對新能源汽車消防安全的措施，提出解決我國新能源汽車火災風險的安全對策。

3.1 國家方面

1）管理部門，出臺更為科學嚴格的鋰電池生產規范和安全標準。設定新能源汽車安全生產的準入門檻，提高安全生產標準，強化對新能源汽車從生產到使用再到報廢的閉環式管理。盡快出臺新能源汽車更為細致的規范和法律條文，讓企業、消費者、執法部門等做到有規可循、有法可依。

3.2 企業方面

新能源汽車的安全問題，預防為先。提升新能源汽車的鋰電池產品質量安全，是預防新能源汽車火災的基石。

1）設計階段，優化鋰電池設計，保障鋰電池產品質量。企業在設計階段應科學設計，在改善鋰電池材料和優化內部性能的同時，將安全、可靠、穩定的理念融入其中。

2）生產階段，嚴控鋰電池產品質量。企業是鋰電池和新能源汽車的第一道“守護門”，不可盲目追求利潤而忽視產品質量安全。

3）銷售階段，可與地方經銷商合作，做好對消費者關于新能源汽車安全使用的認知、宣傳和培訓。

4）售后階段，企業可與消費者、維護商家進行合作，定期為新能源汽車及其電池進行保養和維護，提醒消費者定期做安全檢查，保障新能源汽車安全使用。

3.3 消費者方面

一是安全規范使用新能源汽車；二是注意車輛保養和日常維護；三是培養安全防范意識。

4 結束語

隨著我國對新能源汽車行業的戰略布局和人們日益增長的綠色出行需求，新能源汽車正朝著高質量、高效率和高產量的方向快速發展。新能源汽車的大規模普及對人們日常生活產生了巨大影響，伴隨而來的安全問題不容忽視。確保新能源汽車安全使用、防范新能源汽車火災風險將成為汽車行業和消防安全領域的一個重要話題和熱點。科學分析新能源汽車火災風險，加強新能源汽車火災安全對策分析，對促進新能源汽車高質量發展、保障人民生命和財產安全和構建新時代中國特色社會主義和諧社會有著重要意義。