電動自行車充電點火災風險分析及防控對策研究

作者簡介：

蔡云杰（1986- ），男，漢族，河北灤南人，本科，中級專業技術職務，研究方向：消防安全管理。

摘要：

隨著我國電動自行車保有量的快速增長，其充電安全問題日益凸顯，電動自行車充電點火災事故對人員生命財產安全造成嚴重威脅。本文分析了電動自行車充電特性及充電設施工作原理，探討了電弧、短路、過充過放等原因可能引發的電池失控起火過程，對充電點火災風險進行了多方位的分析，最后從完善產品標準、規范充電點布局、加強電氣防火配置以及提升用戶安全意識等方面，提出了系統的充電火災防控對策。

關鍵詞：消防安全；電動自行車;充電點;火災風險

引言

火災不僅帶來財產損失，更有可能造成人員傷亡的嚴重后果。在電動自行車充電點火災事故中，大部分是由于電池自燃、充電設備故障以及用戶操作不當等原因引發的。火災暴露了當前電動自行車充電設施管理存在的諸多問題，包括產品質量、消防安全意識、監管政策等方面的缺陷。為有效預防和控制電動自行車充電點的火災風險，本文旨在深入分析電動自行車充電火災的形成機理，梳理火災風險，并提出相應的防控對策。

一、電動自行車充電點火災形成機理分析

（一）電動自行車充電特性分析

1.電池類型與充電模式

當前主流的電動自行車主要使用鉛酸電池、鋰離子電池、鋰鐵磷電池三種類型的蓄電池。鉛酸電池采用恒流恒壓充電方式［1］，充電過程可以劃分為兩個階段。第一階段為恒流充電，充電器以一定電流對電池充電，電壓逐漸提高;當電壓達到充電器的復合電壓時，進入第二階段的恒壓充電，充電器保持電壓恒定，電流逐漸減小，最終下降到截止電流結束充電。鋰離子電池采用恒流-恒壓復合式的充電模式，充電初期為恒流模式，迅速恢復電池電壓;當電壓達到一定值后，轉為恒壓模式，同時電流逐漸減小，以保護電池免受過充損害，充電終止條件為電流降到設定的截止電流值。鋰鐵磷電池則需要采用特殊的增補充電模式，恒流充電至一定電壓后，再小電流增補充電，最后恒壓充電直至充滿，該模式可以補償電池充放電過程中負極材料的磷的損耗，延長電池壽命。

2.充電設施的構造和工作原理

電動自行車的充電設施主要包括交流充電器、直流充電器和充電樁三類。交流充電器輸入為220V/50Hz交流電，內置整流器將交流電轉換為直流電;輸出端子連接電池充電，直流充電器直接將直流電源經過穩壓變換后為電池充電，充電樁是大功率快速充電設備，支持交流和直流兩種輸入電源，并通過交直流轉換電路將電能傳輸到電池。無論何種充電設施，其工作原理都是利用電力電子設備調節電源電壓或電流，輸出穩定的充電電壓和電流，按照所連接電池的充電特性充電。充電器通過檢測電池的端電壓、充電時間或溫度來確定充電狀態，并能根據設定的充電曲線及保護參數，在電池充滿或出現故障時終止充電。充電設施一般必須集成過流、過壓、欠壓、溫控等保護功能，其控制參數設置直接影響電池的充電安全性，其過流、短路保護功能的性能也關系到充電系統的防火安全。

（二）充電點著火過程分析

1.電弧、短路、過充過放

電動自行車充電過程中，如果充電電壓、電流以及充放電時間控制不當，極易導致電池內部產生電弧、短路以及過充、過放等異常情況，引發電池溫度快速上升，以至于起火。電弧是由于電路接觸不良所產生的高溫放電現象，在充電過程中，如果充電接口接觸不良，會在接觸間隙產生電弧，使電池電解液揮發升溫，嚴重的甚至使電極熔化，產生氣體并可能引起爆炸［2］，電池接頭如果接觸不良也會產生電弧；短路是指電路內不同電位間意外形成低阻抗路徑，使大電流產生而發熱的故障狀態，電池內部短路是指正負極內部意外接觸，外部短路是指電池外部的正負極接觸，短路會產生大電流導致電池發熱，嚴重的可使電解液沸騰、電極熔化，產生大量氣體繼而發生爆炸；過充是指充電電壓、電流過大或者充電時間過長，使電池內部產生氣體、液體泄漏、電極材料溶解等不可逆反應；過放是指電池放電深度過大，電壓降至極低水平，同樣會引起電池內部不可逆損傷，過充、過放都會導致電池發熱甚至出現燃燒。

2.著火燃燒擴散過程

當電動自行車電池出現過熱現象時，會導致電解液泄漏，產生可燃氣體，附近易燃物接觸到高溫電池和可燃氣體，發生著火現象。電池燃燒的火焰溫度極高，可達1000°C以上，燃燒速度快。著火后，電池內部發生的氧化還原反應會持續提供熱量，推動燃燒反應。著火點所在電池會燃燒融化，大量熱量輻射到周圍電池，引發連環著火。同時，電池燃燒過程中產生的大量煙氣，使得整個充電區域迅速充滿，降低了可燃氣體的爆炸下限，從而擴大燃燒態勢。環繞著火電池的可燃物也會被帶燃，甚至引燃房屋內部裝修材料。電動自行車電池燃燒還會產生大量的有毒有害氣體，如氫氟酸、一氧化碳、氟氣等，對人員生命安全和消防員的滅火救援造成嚴重威脅［3］。著火電池會迸射熔融物，污染大面積區域，著火點附近的其他電池和充電設施也可能受損。

二、電動自行車充電點火災風險分析

（一）設備隱患：充電器、電池與相關電氣設施

電動自行車充電過程中，充電設備自身故障是導致充電火災的重要隱患源。主要設備隱患來自充電器、電池及相關電氣設施方面。首先，市場上的充電器質量參差不齊，存在構造不合理、控制參數不匹配電池特性、保護功能不完善等隱患，劣質充電器的電源轉換效率低，發熱量大，輸出電壓波動大，無法為電池提供穩定的充電電壓電流，其過充過放保護功能與電池不匹配，均可能導致電池異常發熱。其次，市場上的電池質量參差不齊，存在內部短路隱患，劣質電池使用的電極材料活性差，容易產生短路，電池內部結構設計不合理，不同極片易發生接觸短路，在使用過程中可能導致電池發熱起火。最后，電氣線路老化及選用規格不當也會導致電源供應不穩，發生漏電、短路、過載等故障。例如，一些充電點的電纜敷設隨意，電纜槽未能有效防護，充電點存在私拉亂接現象，忽視了防水防潮措施，使電氣設施在潮濕環境中工作等，極易發生絕緣性能下降和短路事故，加速電氣設備老化。

（二）人為隱患：用戶充電操作不當與違規充電

人為因素是導致火災事故頻發的關鍵問題之一。用戶的充電操作不當和違規充電行為不僅增加了自身財產和生命安全風險，也給公共安全帶來了嚴重隱患。一方面，很多用戶缺乏對充電器和電池正確使用方法的認知，如使用非原廠充電器、隨意更換電池或充電器組件、忽視充電器與電池型號的匹配性等，或在充電過程中使用不當，如充電時遮蓋電池，妨礙散熱，在充滿電后不及時拔掉充電器，造成電池過充，或在電動自行車通電狀態下自行拆卸維修等；另一方面，違規充電行為主要包括非法改裝電動自行車增加電池容量、在公共區域私拉電線充電以及使用非法或未認證的充電設施，非法改裝不僅違反了相關安全規范，而且增加了電池負荷，加劇了電池和電氣系統的熱負擔，私拉電線充電易造成電線老化、絕緣層損壞，引發短路，使用非法或未認證的充電設施則難以保證充電安全，其材料、設計和性能可能都不符合安全標準。

三、電動自行車充電點火災防控對策

（一）完善電動自行車及充電器產品標準，提高產品安全性

在當前電動自行車火災頻發的形勢下，完善電動自行車及充電器的產品標準，提高產品的安全性尤為重要。一是要強化電池和充電器的設計安全性，提升電動自行車電池的設計標準，在電池的正極、負極、隔膜等關鍵部位設置過熱、過充、過放、短路等多級保護裝置，一旦出現異常情況，可以快速斷開電路，切斷電流，有效抑制電池溫度過快上升和積熱風險；二是要推廣使用高安全性材料，積極引導和支持電池生產企業使用易燃性差、耐高溫的電極材料，選用熱穩定性更高的電解液，增強電池材料系統在過熱條件下的抗燃性，鼓勵充電器生產企業選用阻燃外殼材料，內部線路布線采用高溫絕緣材料，提高產品的防火性能［4］；三是實施定期的產品安全檢測，建立電動自行車及其充電器的產品質量抽查和定期檢測制度，對市場上流通的產品執行無害化處理、過充過放測試、振動測試、熱沖擊測試等項目檢測，檢查產品是否符合安全標準。定期開展充電器電源轉換效率、輸出穩定性等檢測，確保其長期使用過程中繼續符合安全生產的最新標準。

（二）規范電動自行車充電點選址和布局，優化充電環境

優化充電點的選址和布局，改善充電環境，是降低充電火災風險的重要對策。一是要合理規劃充電區域選址，在規劃充電點位置時，應充分考慮消防通道和安全出口的設置，確保充電區域與建筑物的主要疏散通道和安全出口之間距離合理，便于人員在緊急情況下能夠迅速從充電區域撤離。同時，預留必要的通道空間，保證消防車輛能夠快速進入充電區域開展撲救工作；二是要優化充電站布局設計，合理規劃充電站內充電設備的間距，避免過于密集的布置導致充電過程中的熱量聚集，選擇通風良好的場地規劃充電點，采用開敞式建筑，確保充電環境具備良好的自然通風條件，快速散失充電過程中的多余熱量；三是要強化對充電點環境的監控，在充電站內設置溫度、濕度傳感器，實時監測充電環境狀態，一旦發現溫濕度指標超出安全范圍，立即啟動補充排風、降溫等措施，利用可燃氣體探測器、煙霧探測器等裝置，嚴密監測可能發生電池泄漏、起火的隱患，以便第一時間發現隱患并啟動應急預案［5］。

（三）加強充電點電氣防火設施配置，強化日常安全管理

為防范充電點火災事故，必須強化電氣防火設施配置，并建立健全日常安全管理制度。一是要完善電氣防火設備，充電點必須配備手提式干粉滅火器、滅火毯等基本滅火器材，大型充電站應設置自動噴水滅火系統，一旦檢測到火災跡象，立即噴灑水霧，重要充電區域應安裝消防應急照明和消防電源系統，確保火災時照明與供電不中斷；二是要定期檢查電氣安全，每月至少一次，對充電設施的開關插座、配電箱進行檢查，檢查是否有松動、發熱等異常，每三個月進行一次充電機房的絕緣電阻測試和線路接地保護檢查，每年更換一次電源插座和老化嚴重的電線電纜，電氣安全檢查不僅包括對設備的物理檢查，還應包括對充電點電氣系統的絕緣強度測試、漏電保護器功能測試和接地系統測試等［6］。

（四）提高用戶充電安全意識和操作規范性

提高用戶的充電安全意識和操作規范性，是減少充電過程中人為隱患的關鍵。一是要普及充電安全知識，通過社區宣傳欄、小冊子發放、微信公眾號推送等多種方式，向電動自行車用戶持續普及充電安全知識［7］。使用戶明確理解何種充電行為存在安全隱患，如混合充電、低質充電器的使用以及不規范操作等可能引發的后果。增加用戶的充電安全意識，使其在充電過程中自覺規范操作；二是要強化充電操作規范培訓，消防部門可以監督社區定期開展充電操作規范培訓，專業人員現場示范如何正確使用充電設備，講解充電前的安全檢查內容以及在充電過程中應監測的電壓、電流、溫度等參數，使用戶掌握規范的充電操作方法；三是要建立一個有效的充電安全監督機制，包括相互監督、定期巡查以及對違規行為的及時糾正，社區或充電點管理方應加強巡查，抽查充電區域，糾正用戶的違規操作，在居民中落實“充電安全責任人”制度，引導和鼓勵用戶互相監督［8］。

結語

電動自行車充電火災事故時有發生，直接威脅人民群眾的生命財產安全，必須深入剖析充電火災成因，找出設施建設、產品標準、環境管理、用戶操作等方面的薄弱環節，并予以改進。同時，還需要加強監管部門、生產企業、運營方和用戶之間的溝通協作，形成合力，建立長效的充電安全保障機制。分析充電火災風險，制定針對性防控對策，不僅是應對當前火災事故的治標之舉，也是避免事故重復發生的治本之策。

參考文獻

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