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浅谈新能源电动汽车火灾事故分析及防控对策探究

浏览次数：2009次   更新时间：2024-12-17 11:18:51

通过对电动汽车火灾事故进行统计分析，阐释了电动汽车火灾事故的发生机理，基于引发火灾事故的电池内部短路、电池外部短路、电池过充电或过放电3大因素，结合其蔓延快、危险大、灭火难、易复燃的特点，从电动汽车的生产、销售、使用、维护、回收5个环节提出了相应的防控措施，以期为电动汽车的安全防控与消防救援提供参考。

关键词：电动汽车；火灾事故；火灾原因；起火机理；防控对策

一、研究意义

随着社会科技的发展，新能源电动汽车的普及和推广已然是全球重要的发展趋势之一。新能源电动汽车的广泛应用，能有效促进绿色低碳型经济的发展，对我国的“碳达峰、碳中和”目标有着重要意义。随着电动汽车产销量的急剧上升，电动汽车逐步深入人们的日常生活。近年来，电动汽车火灾事故时有发生，不仅制约了电动汽车的普及和商业化应用，也给人民生命财产和交通安全带来了重大隐患。通过对新能源汽车发展趋势及电动汽车火灾事故原因及特点进行分析，提出电动汽车火灾事故防范对策，为电动汽车消防安全管理提供参考。

二、我国新能源汽车发展趋势分析

中国是当今世界大的新能源汽车市场，新能源汽车保有量与日俱增。根据国家统计局和中国汽车工业协会公布的数据，自2016年以来，我国新能源汽车产量和销量逐年增长，到2023年产销量分别为958.7万辆和949.5万辆。受口罩影响，2019、2020年增长率有所下滑，但2021年开始回归高增长率，2021年销量增长率甚至高达158%，产量增长率达169%，如图1所示。其中，2021年各类新能源车型占比中，纯电动汽车高达83%；2022年中国纯电动汽车销量536.5万辆，同比增长81.6%，纯电动汽车已然成为新能源汽车重要的部分。截至2023年底，中国新能源汽车保有量达2041万辆，占汽车总量的6.07%。同时，新能源汽车配套的充换电基础设施同样增长迅速。根据中国电动汽车充电基础设施促进联盟公布的数据，2023年我国充电基础设施增量达338.6万台；截至2023年底，全国充电基础设施保有量达859.6万台，同比增加65%。

三、电动汽车火灾事故统计及原因分析

3.1电动汽车火灾事故统计

目前公开发布的新能源电动汽车火灾事故统计的权威数据较少，仅2022年4月国家消防救援局公布了2022年一季度电动汽车火灾数据，数据显示新能源汽车火灾共发生640起，相较2021年同期上升32%。此外，根据朱培培等［1］、董武堂等［2］统计的2014-2021年电动汽车起火事故数据，2014-2021年电动汽车火灾事故数量总体呈现上升趋势。广西消防救援总队查询到的2020-2023年广西地区电动汽车火灾事故统计数据如表1所示。

由表1可以看出，随着电动汽车保有量的增加，广西地区电动汽车火灾事故数量和造成的直接财产损失也随之增多，电动汽车安全问题引起了越来越多的关注。

根据电动车辆国家工程实验室和文献的数据，电动汽车在不同状态下发生火灾占比情况如图2所示。数据表明，电动汽车在静置状态下发生火灾事故占比高达34.42%，导致其火灾事故的根本原因是电池内部短路，进而引发了电池热失控。电池生产制备时混入金属杂质、电滥用、电解液浸润不均等引发的局部析锂，会划破电池隔膜，引发微小的内部短路。这些内部短路不易察觉，当电池内部短路产生的热量累积到一定程度后将引发电池的热失控，导致电动汽车电池起火甚至爆炸。

充电状态下电动汽车发生火灾事故占比达33.33%。电池充电状态下起火的原因主要与电池、充电设备的质量有关。电池过充会使电池正极材料出现脱锂，具有强氧化能力，使负极材料表面产生氧化分解，放出大量的热，导致电池内部温度和压力急剧上升，同时电解液高度易燃，与锂发生反应剧烈燃烧，***终导致热失控引发起火。

行驶状态下电动汽车发生火灾事故占比为32.25%。行驶状态主要包括行驶中发生碰撞和行驶中未发生碰撞两种情况。电动汽车在行驶过程中发生碰撞引起的火灾事故主要是因为碰撞过程中电池受到冲击，可能被压缩、穿孔或其他损坏，导致火灾的发生。电动汽车正常行驶中若未发生碰撞，一般极少发生火灾事故。如果起火，其可能的主要原因是电动汽车的散热系统或电池设计不合理，产品质量不达标，或者行驶路况较差，汽车颠簸严重等。

3.3电动汽车电池起火机理分析

基于电动车辆国家工程实验室和文献数据进行统计分析，电动汽车火灾事故原因占比如图3所示，电动汽车火灾的主要原因有内部故障、碰撞、过充电、泡水等，其中内部故障导致的火灾事故较高，占比达49%，碰撞和过充电分别占比12%、14%，泡水占比6%。

虽然导致电动汽车火灾事故的表面原因有多种，但分析各种火灾事故原因可以发现，导致电动汽车起火的内部机理主要是电池的内部短路、外部短路与过充过放电等故障及其进一步引发的热失控，电动汽车电池起火机理分析如图4所示。其中，电池故障与电池泡水起火主要由于电池内部短路导致电池热失控；交通事故或底盘碰撞则对应电池内部短路和外部短路；用户对电动汽车进行改装则可能出现由于改装不规范导致电池内部短路、电池外部短路、电池过充电或过放电等现象；电子电气故障、充电设备故障等引发起火的本质则是电池外部短路。电池的内部短路、外部短路和过充电都会大量产热，导致电池热失控、引发火灾。

四、电动汽车火灾事故的特点

根据电动汽车火灾事故原因分析，由于起火主要是动力电池发生内外部短路所致。由于动力电池的物质构成和内部结构特点，电动汽车起火与传统汽车起火相比更具危险性，电动汽车火灾事故具有蔓延快、危险大、灭火难、易复燃等特点。

4.1蔓延快

电动汽车动力电池由于内部短路导致热失控起火，此时电池内部将发生大量的化学反应，如电解液反应、正极分解反应等，释放出大量可燃易燃气体。而且电池火焰较高温度超过1000℃,远高于传统汽油的燃烧温度，火焰呈喷射状。由于电池安装在电动汽车底部，座椅内饰等大量可燃物均位于着火电池上方，火势容易迅速蔓延。电动汽车火灾试验结果表明，锂电池热失控会释放出大量白色气体，伴有火焰喷出，从白色气体喷出到车辆后半部分整体过火用时不到10min，车辆电池温度迅速升高至1000℃以上，火灾迅速在整车蔓延。整车在625s时出现阶段性温增，在1250s时整车呈现猛烈燃烧状态。

4.2危险大

电动汽车发生火灾事故时，由于车内空间狭小，特别是汽车碰撞起火时，车门由于碰撞可能被挤压损坏，车内人员逃生时间有限，极易造成人员伤亡。动力电池燃烧将会产生HF、HCF等有毒物质和氢气，甚至携带锰、汞等重金属，这极易导致被困人员和消防救援人员发生中毒。同时，电池电解液多为碳酸酯类物质，其闪点较低，燃点为350~450℃,燃烧会释放出H2、CO、CH4等易燃易爆气体。锂离子电池燃烧伴有大量的热量式”手段处置一起初期火势较小的电动汽车火灾。和气体产生，加上锂离子电池狭小密闭空间的结构特点，在安全阀失效的情况下，能量的挤压足以引发电池内部爆炸。根据朱难难等的电动汽车火灾特性试验研究，电动汽车火灾时，底盘电池包产生的喷射火***远可达2.6m，猛烈的喷射火会对消防救援人员造成伤害。

4.3灭火难

根据电动汽车结构，动力电池一般安装在车辆底部，电池上方安装座位，外有车身包裹，内有装饰物遮挡，电池多位于车辆底盘下方，位置隐蔽。当电动汽车由于动力电池热失控引发火灾时，轮胎过火泄气后会导致车辆底盘高度下降，消防救援人员很难将灭火剂有效喷射至动力电池位置，大大降低了灭火剂的灭火效率，导致电动汽车火灾灭火难，大大延长扑救时间。

此外，从梨可等、王文和等、郭志慧等、高明泽等、朱难难等、陈钦佩等分别对磷酸铁锂电池、三元锂电池、全尺寸电动汽车开展的火灾特性试验研究可知，尽管动力电池类型不同，但电动汽车火灾时其规模、烟气、热量等均较为严重，危险程度较高。从电动汽车结构、动力电池位置、电池火灾危险性看，电动汽车火灾扑救的难度高于传统燃油汽车。

4.4易复燃

电动汽车发生火灾后，动力电池内部结构遭到破坏，电池电解质、电解液及电极之间大多处于不稳定、不平衡的状态，电池内部仍存在化学反应和电流放热效应，因此尽管明火被熄灭，其内部的放热反应仍在继续，随着热量的不断累积，车辆仍然极易复燃。黄强等、张明杰等、饶慧等、郭莉等、卓萍等分别研究了不同灭火剂和不同灭火方式对电池火灾的灭火效果，结果表明，灭火后仍会出现复燃现象。

五、电动汽车火灾事故防控对策

电动汽车火灾扑救不易，易造成人员伤亡和较大的经济损失，提前做好电动汽车火灾防控具有重要意义。根据前文对电动汽车火灾原因统计及起火机理分析，结合目前电动汽车安全防护相关新技术特点，从电动汽车的生产、销售、使用、维护、回收5个环节总结电动汽车火灾事故的防控对策，如图5所示。

5..1生产环节

在生产环节，需要加大科研投入，提高电动汽车的整体安全水平能从根源上预防和减少电动汽车火灾事故的发生。有关部门和企业应该加大科研经费投入，加强电池材料、电池包结构设计、预测预警系统等方面技术的研发力度，提升电动汽车整体的安全水平，同时研发很快灭火和抗复燃技术。

电池材料方面，减少电极材料产生枝晶而刺穿隔膜的情况，研发出兼备电化学性能和安全性的难燃型和不燃型电解液，以及安全型正负极材料，高性能、高安全性的新型电池，如固态电池、钠离子电池等。

电池包结构设计方面，除电池包外壳采用高强度机械结构设计，减少碰撞中产生的形变，并防止行驶中意外刺穿外，还应该增加电池包快速卸气结构，并在内部增加阻燃粉状物配合卸气结构，在卸气的同时喷射阻燃物抑制明火的产生，使故障尽可能自限，同时防止压力过高产生爆炸。可将电池包分为不同大小的区域并采用防火材料阻隔，起到类似“防火墙”的作用，延缓电池热失控的发生，为救援工作争取宝贵时间。

预测预警系统方面，研发电池故障隐患诊断和热失控准确预测方法和技术，实现隐患事故的早期处置与事故预警，如采用大数据深度分析等人工智能算法提升BMS性能，提升电池热失控预警功能，准确预测电池寿命和电池热失控早期状态。

***后，要发展一体化的智能安全防控技术系统。研发安全检测传感器、集热管理、故障诊断、热失控预警和灭火协同的智能一体化技术，实现动力电池的很快热管理、智能准确预测、靶向快速处置、清洁很快灭火。

5.2销售环节

在销售环节，国家市场监督管理总局发布的《关于进一步规范新能源汽车事故报告的补充通知》，进一步强化了新能源汽车产品安全召回监管，规范新能源汽车事故报告制度。新能源车企应加强动力电池防解码、防改装技术的研究，杜绝非法改装行为，并充分应用网络技术，加强动力电池全生命周期监管，对储能电池安全情况进行跟踪并实现预判预警功能。

此外，消防救援部门与电动汽车经销商合作，积极做好消费者关于新能源汽车安全使用的认知、宣传和培训，提高消费者的电动汽车消防意识。消费者应充分了解厂家信息，认准官方渠道，避免购买三无产品，切莫因贪小便宜，盲目相信非官方渠道的产品，同时切莫私自、非法改装车辆。

5.3使用环节

在使用环节，需要构建车辆安全信息共享平台，加强充电设施和换电站的安全建设，普及电动汽车火灾消防设施设备，规范电动汽车的使用，可以从监控平台、充电设施、消防设施等方面考虑对电动汽车火灾事故的防控。

监控云平台方面，目前北京理工大学电动车辆中心进行网络求援，为救援人员提供准确的事故数据，还能预警和延迟事故的发生趋势。

充电设施方面，加大充电桩建设力度，提升充电器、充电桩等充电设施的消防安全水平，推广电动汽车电池换电站，倡导集中充电、换电，降低消防安全风险，同时建立完整的充电设施安全防护管理制度。各地国家规范，指导充电场所完善应急消防隔离板配备，在发生电动汽车火灾事故时能够及时使用消防隔离板，隔离事故车辆，防止火灾蔓延，减少经济损失。消防设施设备方面，相关部门应加强电动汽车火灾消防设施设备的推广普及，根据相关标准在电动汽车充电站、换电站、地下电动汽车车库等重点场所布置应急消防隔离板、自动报警系统、自动灭火系统、消防给水系统等消防设施设备，降低电动汽车火灾事故的安全风险。

此外，电动汽车使用人员应提高火灾安全防范意识，学习电动汽车消防知识，规范电动汽车的使用，禁止使用未接地的充电设施给电动汽车充电，熟知充电设施紧急停止按钮的位置，尽量避免电动汽车行驶在涉水、高温及路况较差的路面，避免车辆底盘受到磕碰和损坏。

5.4维护环节

维护环节需要强化监控云平台的应用实效，及时提醒用户定期维护保养，尽早出台新能源汽车维修保养相关规范和标准。

电动汽车的日常维护主要包括动力电池、充电器、电气线路、防控装置等的检测与维护，特别是动力电池需要进行专业化维护。维护环节应强化监控云平台的应用实效，新能源车企应采用大数据分析、人工智能算法等精准预测电池的使用寿命和安全状态，并根据预测结果，提醒使用人员进行保养维护。同时，使用人员在日常使用中也应做好日常保养和维护，定期到专业门店检测电动汽车关键部件。

建议国家及相关部门尽早出台新能源电动汽车的维修保养规范与标准，4S店或维修厂加强维修人员的培训，提高维修人员的电动汽车维修保养技能水平。在新标准规范出台之前，电动汽车生产销售企业加强对日常维修保养过程中易发、多发的故障问题的及时研判，突出的问题要召回车辆进行维修。

5.5回收环节

回收环节，需要加强动力电池回收的安全管理，建立科学合理的循环利用体系。

电动汽车动力电池的回收是电池梯级利用和资源循环利用的重要手段，如果管理不规范、安全措施不到位，由于电池性能不一并且集中处置，也会存在较大火灾安全风险。因此，相关政府部门应与新能源车企加强合作，共同加强动力电池回收的安全管理：一方面，建立科学合理的循环利用体系，提升动力电池回收环节的资源综合利用水平，保证梯级利用电池产品的安全和质量；另一方面，建立溯源管理体系，进行厂商代码申请和编码规则备案，督促企业及时上传梯次产品和废旧电池的流向信息。使用人员应谨慎处理废旧的动力电池，应将废旧动力电池交予专业机构或企业回收，切勿私自处理或胡乱丢弃。专门负责回收的企业应谨慎处置旧动力电池，不应再将动力电池中部分完好的模组或电池包直接应用于其他电子产品。

六、安科瑞汽车充电桩运营管理平台

充电运营管理平台是基于物联网和大数据技术的充电设施管理系统，可以实现对充电桩的监控、调度和管理、提供充电桩的利用率和充电效率，提升用户的充电体验和服务质量。用户可以通过APP或小程序提前预约充电，避免在充电站排队等待的情况，同时也能为充电站提供更准确的充电需求数据，方便后续的调度和管理。通过智能监控设备，对充电桩的功率、电压、电流等参数进行实时监控，及时发现和处理充电桩故障和异常情况对充电桩的功率进行控制和管理，确保充电桩在合理的功率范围内充电，避免对电网造成过大的负荷。

6.1功能介绍

5.1.1充电服务

充电设施搜索，充电设施查看，地图寻址，在线自助支付充电，充电结算，导航等。

5.1.2首页总览

总览当日、当月***数、充值金额、充电金额、充电度数、充电次数、充电时长，累计的***数、充值金额、充电金额、充电度数、充电次数、充电时长，以及相应的环比增长和同比增长以及桩、站分布地图导航、本月充电统计。

5.1.3交易结算

充电价格策略管理，预收费管理，账单管理，营收和财务相关报表。

5.1.4故障管理

故障管理故障记录查询、故障处理、故障确认、故障分析等管理项，为用户管理故障和查询提供方便。

5.1.5统计分析

统计分析支持运营趋势分析、收益统计，方便用户以曲线、能耗分析等分析工具，浏览桩的充电运营态势。

5.1.6运营报告

按用户周期分析汽车、电瓶车充电站、桩运行、交易、充值、充电及报警、故障情况，形成分析报告。

5.1.7APP、小程序移动端支持

通过模糊搜索和地图搜索的功能，可查询可用的电桩和电站等详细信息。扫码充电，在线支付:扫描充电桩二维码，完成支付，微信支付完成后，即可进行充电。

5.1.8资源管理

充电站档案管理，充电桩档案管理，用户档案管理，充电桩运行监测，充电桩异常交易监测。

6.2产品选型

5.3改造项目充电桩配置安装推荐表

表3.1改造项目充电桩配置安装推荐表

七、安科瑞智慧用电管理云平台

安科瑞AcreICloud-6000安全用电管理云平台是针对我国当前电气火灾事故频发而研发的一套电气火灾预警和预防管理系统。该系统是基于移动互联网、云计算技术，通过物联网传感终端，将办公建筑、学校、医院、工厂、体育场馆、宾馆、福利院等人员密集场所的电气安全数据，实时传输至安全用电管理服务器，为用户提供不间断的数据跟踪、统计分析和安全监管。平台将发现的各种安全隐患信息及时告警提醒，并推送给相关人员，以便及早发现和消除隐患，真正做到防患于未然。

7.1功能介绍

6.1.1实时监测

可查看设备的状态、实时数据、历史数据，巡检记录和报警信息。

6.1.2报警推送

可提供短信、邮件、APP推送、语音外呼、语音播报、微信小程序推送、微信公众号推送、钉钉推送通知等多种方式进行异常通知。

6.1.3隐患管理

隐患查询→隐患派发→隐患处理，通过隐患的完整流程，形成闭环，跟踪每一个隐患的工单状态。

6.1.4远程控制

管理人员可以远程设定探测器的各种参数值，或者对监控设备进行分闸、合闸、复位、消音、自检和远程设置等操作，方便管理，同时提高工作效率。

6.1.5用户报告

针对项目一个周期内的用电数据进行汇总，生成安全用电分析报告。

7.2产品选型

7.3现场图片

安装在汽车充电桩前端

电动汽车充电桩集中安装

八、总结

目前，随着能源危机的全球蔓延以及对环境保护的日益关注，电动汽车已经成为全球汽车行业的重要发展方向。尽管电动汽车相关技术已逐步趋于成熟，但电动汽车在电池的研发、生产、维护和使用等方面还存在很大的进步空间，加之电动汽车属于新兴行业，很多规范和标准尚未完全落实，仍有未知的安全问题尚未完全暴露。因此，关于电动汽车火灾事故的相关研究仍需继续加强，以期为消防救援提供参考。