電動自行車電池過熱引發火災的防控措施研究

摘要：隨著電動自行車的普及，其電池安全問題日益凸顯。本文通過分析電動自行車鋰電池的火災機理和危險特性，構建了包含技術防范和管理防范的防控體系。針對標準化集中充電場所和臨時性分散充電場所的不同特點，提出了差異化的防控措施，并詳細闡述了措施實施的關鍵要點。研究表明，通過建立完善的監測預警、防火分隔、自動滅火三級防護體系，結合規范的管理機制，可有效預防和控制電動自行車電池火災，為保障人民生命財產安全提供智力支持。

關鍵詞：電動自行車；鋰電池；火災防控；充電安全；應急處置

引言

近年來，電動自行車以其經濟環保、便捷靈活的優勢，在城市短途出行中發揮著越來越重要的作用。然而，作為其核心動力來源的鋰電池，在使用過程中存在著不容忽視的安全隱患。特別是在充電過程中，由于使用環境復雜、管理不規范等因素，極易引發火災事故，造成嚴重的人員傷亡和財產損失。此類火災事故多發、頻發，引起社會廣泛關注。因此，研究電動自行車電池火災的防控措施，對于提升城市安全韌性，保障人員生命財產安全具有重要的現實意義。

一、電池火災機理與危險性

近年來，電動自行車以其經濟環保的優勢在城市交通中發揮著重要作用。然而，作為其動力來源的鋰電池，在使用過程中存在著不容忽視的安全隱患。分析鋰電池的起火機理和危險特性，對于制定有效的防控措施具有重要意義。

當前電動自行車大多使用三元鋰電池（NCM），其主要由正極材料（鎳鈷錳酸鋰）、負極材料（石墨）、電解液（LiPF6）和隔膜（PE/PP）構成。電池在異常情況下會經歷一個漸進的熱失控過程。溫度達到80℃時，SEI膜開始分解；升至130℃時，隔膜發生收縮變形；到150℃時，隔膜完全熔化失去隔離作用；當溫度攀升至180℃，正極材料開始分解并釋放氧氣；在200℃以上時，電解液大量氣化導致內壓急劇升高，引發電池熱失控并起火。導致這一過程的主要原因包括過充引起的鋰離子過度嵌入，造成正極材料結構坍塌；外部短路導致的瞬間大電流放電；外力擠壓造成的隔膜破損[1]。

在實際使用中，電動自行車電池通常采用7串3并的組裝方式，單體電池額定電壓為37V，組裝后輸出48V直流電。一旦單體電池起火，由于電池正極材料分解時會釋放大量熱量（約790J/g），加之負極與電解液的劇烈反應（約1700J/g），很容易通過金屬外殼和匯流排形成連鎖反應。燃燒過程中電解液氣化產生的高壓會擊穿電池殼體，噴射出600℃—800℃的高溫熔融物，導致火勢快速蔓延。實驗數據顯示，電池組起火后僅需5分鐘，溫度就可能攀升至950℃以上。

電池燃燒會產生多種有毒物質，如電解液LiPF6分解產生的氫氟酸（HF，濃度可達150ppm）和五氧化二磷（P2O5）、正極材料分解產生的重金屬氧化物微粒（PM25可達1500μg/m3）、高濃度一氧化碳（可達2000ppm）。其中，HF具有強烈的腐蝕性，50ppm濃度暴露30分鐘即可致死；重金屬氧化物會在人體組織中長期蓄積；一氧化碳會導致組織缺氧。這些危險特性相互疊加，使電動自行車電池火災具有溫度高、蔓延快、毒性強的特點，給消防救援工作帶來嚴峻挑戰。因此，深入理解電池的火災機理和危險特性，對于構建有效的防控體系具有重要的指導意義。

二、防控體系構建

隨著電動自行車的普及和火災事故頻發，構建科學合理的防控體系顯得尤為重要。當前電動自行車充電場所呈現出標準化集中與臨時分散并存的特點，這對防控體系的構建提出了更高要求。基于電池火災起火快、傳播迅速、溫度高、煙氣毒性強等特性，防控體系應涵蓋技術防范和管理防范兩個維度，形成全方位的安全保障網絡。

（一）技術防范

在技術防范層面，需要根據充電場所的建設標準和管理水平，采取差異化防護措施。對于按照工程技術規范建設的標準化集中充電場所，采用“監測預警-防火分隔-自動滅火”的三級防護體系。其中，監測預警是整個防控體系的第一道防線。監測預警系統應以D型感溫火災探測器為核心，將報警溫度設定在75℃，遠低于電池熱失控溫度180℃，為應急處置預留充足時間[2]。每個充電樁配置獨立的溫度傳感器，通過RS485總線實時傳輸數據。系統設置了60℃提醒關注、70℃強制斷電、75℃聯動消防的三級報警機制，確保早期發現和及時處置。監控平臺通過實時分析溫度曲線，及時發現異常趨勢，采用圖形化界面直觀顯示各充電點位的運行狀態，在確保早期發現火災的同時，有效阻斷火勢蔓延。

為有效阻斷火勢蔓延，充電區域可按50m2劃分防火分區，采用耐火極限不低于200h的防火隔墻，頂棚選用100h防火板。這種設計能有效控制火勢發展，為人員疏散和消防救援贏得寶貴時間。相鄰充電車位間設置10mm厚的通高防火隔板，避免單體電池起火后的橫向蔓延。分區之間安裝與火災自動報警系統聯動的防火卷簾門，實現火災的早期自動分隔。考慮到電池燃燒會產生大量有毒煙氣，每個防火分區配備獨立的機械排煙系統，排煙量按60m3/（m2·h）設計，確保及時排除有毒氣體。

除了被動防護，主動滅火系統的選擇也至關重要。在滅火系統選擇上，考慮到水系統對鋰電池火災的局限性，可采用超細干粉和氣溶膠的組合方案。超細干粉系統使用粒徑3μm—5μm的磷酸二氫銨，以12kg/m3的密度通過環形管網均勻釋放。粒徑的精確控制確保了滅火劑能夠充分擴散并包裹火源，實現快速滅火。同時，配合固定式氣溶膠裝置，利用其強大的阻燃性能，有效防止復燃。系統的啟動方式包括自動和手動兩種，提高了滅火系統的可靠性。此外，針對設施簡易、管理薄弱的臨時性分散充電場所，防控措施以“安全用電、及時發現、快速處置”為重點。在用電安全方面，安裝具備過流保護、漏電保護、溫度監測等功能的智能充電樁，選用防水防塵等級不低于IP65的產品，確保在室外環境下的可靠運行。每路充電回路單獨配置斷路器，形成獨立的保護回路，避免故障蔓延。監測預警采用帶有聲光報警和遠程推送功能的獨立式感溫探測器，配備太陽能供電和4G傳輸功能，實現全天候不間斷監測。火災防控設施以快速撲救為導向，在充電區域周邊設置間距不大于5m的手提式磷酸銨鹽干粉滅火器，保證滅火器材的有效覆蓋。對于具備給水條件的場所，安裝簡易消防炮或雨淋裝置，提供更強的火災防控工具。

（二）管理防范

在管理防范方面，不同類型充電場所需采取差異化的管理策略。標準化集中充電場所建立完善的安全管理檔案，包括車輛信息登記、充電設施維護保養、安全檢查等內容。實施電子化管理，通過掃碼充電系統記錄充電時間、充電量等數據，實現充電行為全程可追溯。這種信息化管理方式不僅提高了管理效率，還為事故原因分析提供了重要依據。物業管理人員每班巡查不少于2次，重點檢查充電設施的運行狀態、線路有無老化破損、車輛停放是否規范等。相比之下，臨時性場所的管理需要更加注重基礎性工作[3]。臨時性分散充電場所以落實基本安全制度為主，劃定固定充電區域，禁止私拉亂接電線。實施分時段管理，避開用電高峰期，并對夜間充電等高風險時段進行重點管控。指定專人負責日常巡查，建立巡查記錄制度，確保管理責任落實到位。無論何種類型的場所，加強人員培訓都是提升管理效能的關鍵。對管理人員開展的專項培訓涵蓋電池基本知識、火災特征識別、設備操作規程和應急處置流程等內容。培訓采用理論考核和實操演練相結合的方式，通過案例分析、現場演示等多種形式，增強培訓效果。定期組織消防演練，檢驗預案的可行性和人員的應急處置能力。除了對管理人員的培訓外，使用者的安全意識同樣需要提升。

三、防控措施實施

防控措施的有效性不僅取決于方案的科學性，還依賴于實施過程的規范性和可靠性。只有將技術防范和管理措施落到實處，才能真正發揮防控體系的作用。

（一）技術防范措施實施

電動自行車電池火災防控措施的有效性很大程度上取決于施工安裝的規范性和可靠性。一個完善的技術防范體系需要監測預警、防火分隔和滅火系統三個層面的協同配合，共同發揮作用。其中，監測預警系統的安裝質量尤為關鍵。監測預警系統作為整個防控體系的基礎，其安裝質量直接影響火災的早期發現。探測器的安裝位置、高度和角度都需要嚴格按照規范要求，通過精確計算確定探測器的覆蓋范圍，消除監測盲區。為確保信號傳輸的準確性，溫度傳感器的接線必須采用屏蔽電纜，有效防止外部電磁干擾。系統安裝完成后，須進行至少72小時的持續運行測試，全面驗證各項功能的穩定性和可靠性。在確保早期發現的基礎上，防火分隔設施的施工質量同樣不容忽視。

防火分隔設施是控制火勢蔓延的關鍵屏障。在施工過程中，防火墻與樓板、墻體之間的縫隙處理尤為關鍵，必須使用合格的防火封堵材料進行嚴密封堵，確保防火分區的完整性。防火卷簾門的安裝需要特別注意導軌的垂直度，通過反復的下降試驗確保卷簾門動作靈活、密閉嚴實[4]。考慮到電池火災產生的有毒煙氣，排煙系統的風管制作和安裝不僅要符合防火要求，還要確保系統的供電可靠性，必須采用消防專用電源。作為最后一道防線，自動滅火系統的安裝調試更需要嚴格把控。

自動滅火系統直接決定了火災撲救的效果。藥劑儲存裝置的位置選擇要兼顧系統可靠性和維護便利性，管網布置要通過精確計算，確保最不利點的噴灑強度滿足設計要求。系統安裝完成后，需要進行管網強度試驗和嚴密性試驗，確保無任何滲漏。啟動裝置的可靠性試驗次數不得少于5次，以保證系統在火災發生時能夠快速準確響應。然而，技術措施的有效運行離不開完善的管理機制作為保障。

（二）管理措施落實

管理措施是技術防范發揮作用的重要保障，需要從日常管理和應急處置兩個維度構建長效機制。在日常管理方面，要建立健全各項規章制度，明確崗位職責，制定詳細的工作標準和交接班制度。建立隱患排查和整改臺賬，做到發現問題及時處置、限期整改、跟蹤復查。在人員培訓方面，采用理論學習與實踐操作相結合的方式，通過案例分析和現場演示增強培訓效果。建立培訓考核機制，將考核結果與崗位聘用掛鉤，確保管理人員具備必要的專業知識和操作技能。應急處置必須快速、有序、高效，一旦發現電池異常，必須按照預案第一時間切斷電源，使用專業的絕緣工具將可疑電池轉移至安全區域。在初期火災撲救時，要選擇正確的滅火器材，干粉滅火器的使用距離應保持在3m—5m，確保滅火效果[5]。在人員疏散過程中，要注意避免人員回流，同時做好現場警戒。當專業消防隊伍到達后，要及時提供準確的現場情況，包括起火位置、燃燒物性質、被困人員等信息，全力配合救援行動。每次應急處置結束后的總結改進也不容忽視。要認真分析經驗教訓，及時完善應急預案，查找并整改管理漏洞。同時，做好現場取證和責任認定工作，為持續改進防控措施提供依據。通過不斷地實踐、總結和改進，逐步提升整個防控體系的效能。

結語

電動自行車電池火災具有起火快、溫度高、蔓延迅速、煙氣毒性強等特點。通過構建技術防范和管理防范相結合的防控體系，采取差異化防控策略，可有效預防和控制火災風險。其中，技術防范需重點把控監測預警、防火分隔、自動滅火三個關鍵環節；管理防范要健全規章制度，強化培訓演練。只有切實落實各項措施，才能從根本上減少火災事故。此外，應進一步完善法規標準，加大科技研發投入，不斷提升防控措施的科學性和有效性。

參考文獻

[1]何學超，劉振飛，何瑾.三元鋰電池電動自行車火災燃燒特性研究[J].消防科學與技術，2024，43（05）：722-725.

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[3]戰乃巖，谷城放，馬鴻軒.多層樓梯間鋰離子電池電動自行車火災數值模擬研究[J].安全，2024，45（08）：35-42.

[4]吳賽.電動汽車電池倉火災預警系統研究與設計[D].西南石油大學，2022.

[5]尹揚俊.電動汽車動力電池組火災預防及對策[J].今日消防，2021，6（05）：131-132.