新能源汽車火災特點與事故調查分析

張欣亞

摘要：為了給新能源汽車火災防控提供一些參考，利用案例分析法，以一起電動汽車火災為例，分析新能源汽車火災特征，探究新能源汽車火災事故調查過程，并提出了幾點新能源汽車火災事故預防建議，得出新能源汽車火災具有危險系統多、原因表現多樣、機理高度復雜等特征，事故危害較大等結論。因此，為避免動力電池熱失控引發的整車燒損事故，應進一步加強新能源汽車滅火技術標準化管理，改進新能源汽車電池，降低新能源汽車火災發生率及危害程度。

關鍵詞：新能源汽車；電動汽車；火災；調查分析

電動汽車行業是我國重點扶持的戰略性新興行業，在迎來發展機遇的同時，也面臨著日益突出的火災風險。由于電動汽車與傳統內燃機汽車在燃料供給、驅動方式上存在較大差異，火災事故的誘因、蔓延燃燒方式、火后痕跡也具有較大差異。因此，探究電動汽車火災的特點及防控方法具有非常突出的現實意義。

1 新能源汽車火災案例

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

2 新能源汽車火災特征

了解新能源汽車火災特征是調查新能源汽車火災的前提。當前，新能源汽車火災主要有危險系統多、原因表現多樣、機理高度復雜、復燃風險高等特征。

2.1? 危險系統多

新能源汽車火災危險系統較多，不僅包括動力電池、熱管理系統、電控系統，而且包括高壓線路、充電系統、低壓線路、電機等。比如，動力電池易發生熱失控，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），對人體健康造成很大危害[1]。

2.2? 原因表現多樣

新能源汽車火災原因表現多樣，內短路、固定帶熔斷、外短路、熱燒蝕、全線過熱、元器件損壞、氧化、電池熱失控等均為電動汽車火災誘因。比如，因電池電氣部分使用不當導致電氣短路火災；再如，因外力作用導致電動汽車電池組變形引發火災。

2.3? 機理高度復雜

新能源汽車火災機理高度復雜。雜質混入、內阻增加、溫度不均、電池放電、端子接觸不良、過壓或過流、電池管理系統報文錯誤、過充電等均為新能源汽車火災機理。加之作為可燃物之一的新能源汽車動力電池類型不一，大小、容量以及數量差異較大，進一步增加了電動汽車著火機理復雜度[2]。

2.4? 復燃風險高

新能源汽車較之傳統燃油汽車發生火災后的復燃概率更高，復燃頻次更多。這主要是由于電動汽車動力電池火災中火源是內部發生的化學反應，即便電動汽車外部火勢得到及時控制，但內部電池仍然可以在氧含量極低（或無氧）的環境內燃燒，且多次出現。

2.5? 熱釋放效率高

新能源汽車較之傳統燃油汽車具有更高的火災熱釋放效率。雖然傳統內燃機汽車和電動汽車內飾部件均為易燃塑料，但內燃機汽車動力系統主要可燃物為汽油、柴油等燃料，電動汽車主要可燃物則為動力電池。電動汽車熱釋放速率為動力電池、內飾部件等全部可燃物峰值熱釋放速率之和，可以達到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 新能源汽車火災事故調查方法

在了解新能源汽車火災特征的基礎上，可以綜合利用現場問詢、現場勘驗、視頻分析等方法，展開新能源汽車火災調查，為新能源汽車火災預防提供依據。下面結合上述案例分析具體步驟：

3.1? 現場問詢

在電動汽車火災事故發生后，由專人進入現場，對涉及火災事故的車主、事發當天附近群眾、消防救援機構、電動汽車銷售服務有限公司法定代表人進行調查問詢。經了解，起火電動汽車為某型號，顏色為白色，續航里程675km，車身架構采用鋼鋁混合金屬材質，可以在配置全景玻璃車頂情況下成功抵御4倍于自身質量的重壓，雙電機全輪驅動，搭配零重力高性能輪轂與高級制動系統，碳纖維擾流板提升高速行駛穩定性，百公里加速耗時3.3s。事故車輛原產于2019年11月，車主于2020年1月購置，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，電動汽車未立即出現火光，停留一段時間（營救被困人員）后發現火光，隨即周邊群眾撥打消防救援電話報警。

3.2? 現場勘驗

經初步勘驗，起火電動汽車整車質量為1836kg，座位數為5座，電池為三元鋰電池，電池容量為76.8kW，超級充電峰值功率為250kW，最大功率達到339kW（461馬力），支持快充。截至事故發生當天，事故車輛已行駛13萬km，車主首次將充電限制開放到100%，前期設置參數為80%～90%，滿電后車輛顯示續航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，車輛周邊未見其他可燃物、過火痕跡，火災未向鄰近車輛蔓延。起火點為車輛前艙、駕駛室、車底，周邊車門完整，左前方嚴重燒損，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。

在現場初步勘驗后，借助立柱式舉升機舉升事故車輛，拆解電動汽車底盤，發現事故電動汽車底盤區域內僅設置有三元鋰電池組，未配置其他電氣零件、線路，距離三元鋰電池組15～17cm位置出現顯著燃爆損壞痕跡。隨后拆解事故電動汽車電池包，發現事故電動汽車電池高壓插座位置、殼外部15～17cm位置分別出現銹蝕、燃爆損壞痕跡。同時，在三元鋰電池包左后部出現高溫變色痕跡，整包燒損，但除電池包殼體前部燒損外，內部三元鋰電池組電池殼體未出現明顯損壞。

3.3? 視頻分析

事故路段設有視頻監控錄像機，機身性能正常。經時間校準后，監控錄像機主機時間慢于北京時間12min11s。在時間校準后，對監控視頻進行再次審查，可發現4月18日11時40分，十字路口傳來刺耳、尖銳的緊急剎車聲，隨后電動汽車與轎車碰撞，2輛車的前部均出現嚴重毀損，周邊群眾立即前往營救，發現電動汽車駕駛室仍然有一名女子，在60s后成功將駕駛室內的女子救出，并將其平放在行人道路上。女子被救后，電動汽車燃起大火伴隨陣陣白煙，且底部出現多次燃爆，在持續釋放大量煙氣和異常響聲30s后，煙氣顏色由白色轉變為黑色，火焰由底部向周邊噴出，并夾雜細小顆粒物。進而沿著電池包周邊間隙向前方動力艙、后部輪胎蔓延，在車頭與車尾同時燃燒過程中，4車輪輪輞位置竄出火焰到達上方翼子板。在消防隊趕赴現場后，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電基，經黏合劑黏合鈷、鎳、鋰、錳與導電劑，負極材料則是以銅箔為導電基，經黏合劑黏合石墨、導電劑。進一步拆解同一型號電動汽車鋰電池后進行電鏡掃描能譜分析，確定其內部含有碳、錳、鎳、銅、鐵、錳、氧等元素，與燒損電動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，電動汽車火災后電池金屬固定帶的電熱熔斷痕跡也是火災事故調查的重點，因為電動汽車電池電壓變化范圍在48～600V之間，可先模擬電源，再制備電動汽車線路短路熔斷痕跡樣品，確定電動汽車火災原因。借鑒不同直流電壓下短路熔斷痕跡模擬試驗思路，選擇加工改造開關電源的方法，模擬不同電壓下直流電路短路熔斷痕跡。模擬電源為400V、100A的大功率開關電源，電壓間隔為30V，基礎為70V，導線截面積為0.5mm2。以線徑、電壓、正負極為依據，進行樣品類別劃分。先從宏觀層面入手，對比參數變化下熔斷痕跡外觀變化并標記。得出：一次短路熔斷痕跡較短，多為熔珠，熔化部分較少，與基本過渡區域尺寸相對熔斷痕跡具有較大差異；二次短路熔斷痕跡較長，形狀不規則，表現為底部大而上部小的熔蝕坑。進而利用金相分析方法，進行微觀判斷：電壓一定時，電動汽車一次短路熔斷痕跡組織為胞狀晶、柱狀晶的緩慢過渡；電動汽車二次短路熔斷痕跡組織為粗大柱狀晶體，熔斷痕跡內存在大孔洞。而將電流恒定為100A，得出短路產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，引發火災風險更大。由此得出，電動汽車火災發生原因是電池艙內左前方電池模組部分在撞擊下發生電氣故障，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起火。

4 新能源汽車火災事故預防建議

根據新能源汽車火災調查結果，可以制定新能源汽車火災預防建議。

4.1? 安裝水噴霧系統

水噴霧系統包括水噴霧隔熱阻火系統、拖車式車載水噴霧滅火降溫系統，可以有效抑制電動汽車底盤射流火焰，阻止火災向其他部位蔓延[5]。其中水噴霧隔熱阻火系統主體為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，噴霧系統配套主管路為DN65，支路管路為DN25，需要在電動汽車兩側安裝，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（環境溫度），降低復燃事故發生風險；而拖車式車載水噴霧滅火降溫系統主體是4只ZSTWB53.5/60型水噴霧噴頭，需要在電動汽車車頭前部安裝，布置形式為上下布置。拖車式車載水噴霧滅火降溫系統運行壓力為0.8MPa，應用目的是防控電動汽車火災危害周邊設施設備。一般需要在應用消防水槍的基礎上，借助拖車第一時間將起火電動汽車拖離現場，開啟車載水噴霧滅火降溫系統（含配套射流風機）。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獨特的水噴霧繞障能力，將駕駛艙溫度控制在25℃以下，控制拖運狀態下起火電動汽車的火勢。

4.2? 持續迭代優化動力電池

電池熱失控是新能源汽車火災事故出現的首要原因，火災具有燃燒溫度高、燃燒速度快、撲救困難的特點[6]。特別是在三元體系鋰電池組發生熱失控燃燒時，火焰溫度可以超過800℃，在短時間內產生極大火勢，加之電池成分在燃燒時易分解為復雜氧化物，撲救難度較大。因此，應注重電動汽車電池的多次迭代優化。首先，從電動汽車動力電池內部短路著手，綜合考慮電池內混入異物刺破隔膜、過充電負極碳材料形成鋰金屬枝晶等因素，在低溫急充時，限制充電功率并將特殊陶瓷材料涂抹在隔膜表面，提升電動汽車動力電池隔膜抗穿透能力，營造干燥、潔凈的運行環境。進而從鋰電池充放電、存儲環節存在的電壓、溫度、電流安全工作區間著手，進行安全管理。比如，磷酸鐵鋰電池充電溫度、放電溫度、電壓區間分別為0～60℃、20～55℃、2.0～3.7V，需要嚴格控制鋰電池充放電、存儲工作區間范圍，確保鋰電池在規定運行年限內的安全性能。在這個基礎上，可以綜合應用電池內安裝壓力安全閥、利用低熔點隔膜代替高熔點隔膜、安裝溫度保險器件、安裝電流切斷器等方式，降低電動汽車鋰電池熱失控風險。

此外，電動汽車行駛期間發生碰撞、翻滾或者充電器件遭遇撞擊均會引發動力電池組、高壓線束、高壓用電設備與電動汽車殼體之間摩擦（或接觸），引發短路、絕緣失效等[7]。在大量高壓電氣設備、線束集成的前提下，電動汽車設計方應注重電氣保護的優化設計，增設緊急情況下駕駛方切斷電池及相關設備裝置并配置實時監測軟件，跟蹤、記錄電動汽車運行數據，實時對比當前數據與存儲數據，及時發出異常警告信息。或者借鑒增強主動安全技術理論，增設電池包一鍵式脫離車體、車輛穩定控制系統，提高電動汽車運行期間安全可靠性。

4.3? 完善防火技術標準體系

完善防火技術標準體系是電動汽車火災撲滅救援攻關的前提。對于電動汽車來說，動力電池組故障是火災的直接原因，具有一定火災危險性，受外界環境刺激、制造工藝等因素的直接影響，如高溫熱潮沖擊、機械濫用、制造瑕疵等[8]。加之周邊動力電池易在高溫下出現熱失控，引發周邊連鎖反應，撲救難度較大。因此，可以依據現有汽車應急救援規范與指南，協同中國汽車工程學會、中國消防救援機構，以消防與汽車部門跨界合作的形式，完善電動汽車標準體系。并由相關行業協會開展電動汽車火災事故特性研究，細化電動汽車滅火與救援行動指南，降低電動汽車火災救援風險。

5 結語

綜上所述，新能源汽車火災位置發生于前部駕駛室下側，火勢從前方向后方、從左側向右側、從下部向上部蔓延。火災根本原因是電池組起火引發電動汽車內部過火，直接原因是劇烈撞擊引發電池組電芯之間劇烈反應，加之電池包內動力電池單體銹蝕，致使電池熱失控起火。為了降低電動汽車內部電池熱失控行為的發生概率，可以安裝水噴霧系統，抑制鋰電池艙火焰、熱量向駕駛艙傳播，為火災撲救與應急救援爭取時間，降低電動汽車火災危害。

參考文獻：

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[8]張馳.已建地下汽車庫中設置電動汽車充電設施的消防改造技術問題探討[J].給水排水，2021，57（4）：104-107.

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