汽车电气系统火灾原因分析及调查方法

李垣翰，周广英，张金专

(1.中国人民警察大学，河北 廊坊 065000； 2.大庆市消防救援支队,黑龙江 大庆 163000)

0 引言

据公安部交管局统计，截至2019年6月底，全国汽车保有量达2.5亿辆。汽车作为一种现代化的交通运输工具，已经越来越广泛地融入人们的生活，给人们的生活和工作带来便利。汽车内部结构复杂、精密，含电路、油路、气路于一体，在汽车运行时各系统联合工作，具有不同程度的火灾危险性。而在所有汽车火灾中，因为电气系统故障引发的火灾占总数比例最大。由于汽车电气系统内部结构复杂，而汽车火灾本身就具有发现晚、燃烧快、扑救迟、烧得透的特点，给基层火灾调查人员相关工作的开展带来很大的挑战和困难。

在汽车电气系统故障引发火灾这一研究领域，国内研究成果相对分散。凌永成等对铅酸蓄电池、发电机、启动机电压调节器的结构组成和工作原理进行了介绍[1]。季文全和梁少鹏对汽车火灾进行分类，归纳总结出汽车火灾的类型[2]。刘硕文等分析汽车电气系统起火缺陷和特征，对汽车线束、电气设备的起火缺陷进行深入探讨，认为线束的导电性能和绝缘层失效会导致车辆无法正常运行[3]。邸曼和张明介绍汽车电气痕迹物证的鉴别方法，同时提出，电气故障引发火灾的主要原因是电气线路故障产生短路打火、电弧电火花引燃可燃物所致[4]。马会斌介绍了常见汽车电气火灾的类型，并分别进行分析[5]。耿惠民等分析由于短路引起汽车电气火灾的原因[6]。周俊涛提出发动机逆流断电器故障、限压器故障、限流器故障以及汽车改装不规范等是造成汽车火灾的原因[7]。李建林对汽车火灾的成因及现场勘验和调查方法进行了研究[8]。黄雅妮针对汽车火灾调查，提出现场调查询问、分析电气原理图、科学提取物证等方法[9]。王建提出车辆基本信息确认、车辆技术信息确认、火灾第一现场勘验、火灾转移现场确认等汽车火灾的调查步骤[10]。郝存继等通过对汽车电气火灾频发原因的分析，提出电气故障传播时序法、最低点法、最远点法等火灾现场勘验方法[11]。刘振刚等将汽车火灾发生部位分为驾驶室和发动机舱，分别阐述了在两种情况下的勘验方法[12]。杨军辉对汽车火灾原因、鉴定程序及技术进行了探究[13]。

本文在前人研究的基础之上，系统论述汽车电气系统的构成与特点，归纳总结引发汽车火灾的电气故障方面的原因，进一步完善汽车火灾调查的理论，并有针对性地提出调查思路和方法，以便为火灾调查人员开展相关工作提供一定借鉴。

1 汽车电气系统构成特点及故障原因分析

1.1 汽车电气系统特点

汽车电气系统具有以下几个特点：(1)低压直流。汽车车内的工作电压分为12 V和24 V两种，且内部供电电流均是直流电而非交流电。(2)负极搭铁。我国国家标准规定，汽车线路均采用负极搭铁的方式，即将汽车蓄电池的负极连接到车体上，汽车车身本身作为负极的一部分。(3)双电源供电。汽车中供电电源为蓄电池和发电机，当汽车启动时，发电机开始运行并为电气设备供电，同时为汽车蓄电池充电。而汽车熄火后，则由其蓄电池中储存的电能为汽车供能。(4)单线制并联。汽车中的用电设备均是由电源出发，由通电线束直接连到用电器，线束基本为并联连接，互不干扰。

1.2 汽车电气系统构成以及故障分析

1.2.1 电源系统

汽车电源系统的核心部件为蓄电池、发电机、逆流切断器以及电压调节器。

日常使用中，汽车蓄电池内部若长时充放电，或车主对汽车保养不当，均有可能造成蓄电池中隔板老化，发生破损、绝缘皮老化等，进而造成负极桩和正极桩直接接通，发生短路。又因为蓄电池中电解液多为腐蚀性液体，往往会对蓄电池内部通气孔以及隔板造成腐蚀，同样会造成蓄电池内部短路。当汽车蓄电池内部电解液不足时，若对汽车蓄电池充电，电解液则会大量气化，在短时间内产生大量具有酸性和腐蚀性的气体，局部有限空间内产生大量压力，容易造成蓄电池爆燃。蓄电池内部线路复杂，若汽车行程多而欠缺保养，长期颠簸会导致线路接线口处发生松动，则极易造成蓄电池接线处断路或者接触不良。此时，若汽车处于运行状态，则发电机无法正常对蓄电池进行充电，造成发电机过负荷运转，长时工作发热，损坏汽车发电机、烧损逆流切断器，引燃周围可燃物，进而引发火灾。

正常运行时，发电机为整车电气设备的运行提供电能。当逆流切断器因某种原因无法正常工作时，汽车蓄电池的大电流则会直接作用于发电机，引燃线路绝缘层以及周围可燃物，进而引发火灾。

电压调节器起到保持电源系统电压稳定的作用。当汽车运行时，不同数量、种类的电气设备运行，电源系统内部电压不断变化。若电压调节器出现故障，则电气设备或者电气线路会出现不同类型的电气故障，进而引发火灾。

1.2.2 启动系统

在启动电路中，若启动机安装错误使得齿轮侧面间隙过小、单向离合器回位弹簧由于长时间使用导致弹力不足、电动机开关触点损坏电路不能切断、电磁开关触片短路等会造成启动机不停地转动，则短时间内烧坏启动机，温度过高时会产生火灾[14]。在冬天时，有些汽车经过一夜的低温，遇到启动困难的问题，一些缺乏常识的司机会选择持续打火试图发动汽车。此时，启动线路多次承受数百安培的电流，瞬间电流差释放出大量的热量，可能引燃线路绝缘层以及周围其他可燃物，造成火灾。此外，若汽车启动系统中启动机处发生轴承松动或者轴承破坏故障，与之相邻的高速运转的传动带摩擦将产生大量热量，引燃周围的可燃物，因被动接触而引发火灾。

1.2.3 点火系统

点火系统发生电气故障引发火灾一般与其他系统故障有关。当点火线圈损坏或火花塞故障，会造成点火次序错乱，在进气门未关闭时将气缸内混气点燃，电喷放电打火处发生混合气体的爆燃事故。此外，若火花塞发生松动、脱落，引燃周围可燃物，同样会引发火灾。线路中发生部件松动、线路老化、绝缘失效等故障，会造成短路、断路、过负荷、接触不良等电气故障，同样会引发火灾。

1.2.4 空调系统

汽车空调系统若长期使用而未清洗保养，则会造成内部灰尘堆积，致使空调散热不佳，集聚的热量引燃周围可燃物。若空调散热管的位置设计不合理，处于接近易燃物的位置则具有较大的火灾危险性[15]。此外，若长期处于工作运行、阴雨潮湿天气时，可能造成空调系统中的电容器绝缘性能下降，发生漏电，强电流则会击穿电容器或者其他电器元件，高温引燃周围可燃物，引发火灾。

1.2.5 照明与信号系统

在实际使用中，若汽车发生路途颠簸、长时使用热量积累、后期未妥善保养维修等情况，或者因为个人偏好擅自对汽车照明与信号系统进行改装，使用一些质量无法保证的灯具、线束替换原厂用电设备，会出现电气设备实际工作电流与设计电流不符，电容器、镇流器无法正常工作等问题。这些问题均会使照明与信号系统的电气线路发生短路、断路、过负荷、接触不良等故障，产生瞬间的强电流和高电压，击穿该系统中的用电器，产生电弧，释放大量能量，引燃周围可燃物(诸如车灯灯罩等)引发火灾。

2 汽车电气系统故障引发火灾调查思路及方法

2.1 现场询问内容

火灾事故调查人员应该在充分了解现场情况的基础上，对当事人、报警人、目击者、受害人、火灾扑救者、汽车维修人员、汽车厂家技术人员等进行询问。这其中，对于当事人尤其汽车驾驶者和汽车持有者应当重点询问，主要询问火灾发生发展的过程，汽车行驶前后有无异常情况，电气设备及电气线路的使用及维修保养情况，发现起火的时间和起火部位，车辆是否改装、加装其他物件等。

2.2 现场勘验内容

2.2.1 发动机舱勘验

首先应当整体观察发动机舱外围的烧毁烧损情况，发动机舱舱盖的油漆变色起泡情况和金属变形变色痕迹，以及发动机机舱上部挡风玻璃的破坏破损痕迹。随后打开汽车发动机舱盖，结合汽车的电气原理设计图纸和现场实际情况，从发动机和蓄电池这两个供电电源入手，分析与之连接导线的走向及连接部位，判断电气系统哪一部分存在电气故障。

2.2.1.1 对蓄电池的勘验。总体上把握蓄电池全貌，查看有无过火、爆裂痕迹，从配电盘出发判断火势蔓延路线，沿着导线分散的方向，查看电气线路中是否有导线熔痕，附近金属有无电弧作用痕迹。还要查看蓄电池的挡板及线束周围有无液体腐蚀痕迹、老化松动情况以及绝缘磨损情况。

2.2.1.2 对电源电路的勘验。当确定蓄电池没有故障后，可沿导线对电源电路进行勘验，查看电源电路有无破坏破损情况，逆流切断器和电压调节器的触点闭合等情况。

2.2.1.3 对启动电路的勘验。判断火灾发生时汽车的启动运行情况，然后勘查启动系统的线路破坏情况，确定单向离合器回位弹簧是否可以实现回位效果，判断电动机和蓄电池连接及使用情况，观察电路线束是否存在电气故障痕迹。

2.2.1.4 对点火电路的勘验。查看点火开关的闭合状态以及能否正常使用，如果启动机出现过热破坏痕迹，则应当继续勘验点火线路。此外，还应重点查看点火系统中火花塞、火花塞帽是否完好，确定是否发生过更换、掉落等情况。

2.2.1.5 对空调系统的勘验。当确定其他电气系统均无故障时，应对空调系统中的压缩机、节流阀、电动机、散热器、冷凝器等部件进行细致勘验，询问调查火灾发生前该系统的运行情况，勘查是否有烧毁烧损的痕迹，有无电弧灼烧、金属熔痕等。

2.2.2 车厢内勘验

火灾调查人员应首先勘验汽车外观，比较金属变形变色的轻重程度，初步确定起火范围。观察火焰衰减方向与蔓延方向，确定起火部位，然后再深入车厢内进行勘验，观察勘验车厢内电源接口及电气设备的完好状态和工作情况，车厢内是否存在非原车用电设备及物品。调查了解车厢内车主、持有者擅自加装、改装物件的情况。此外，有些汽车在驾驶室位置会安装配电盒，勘验人员应当对其内部的电气线路进行细致勘验。

2.2.3 照明灯具勘验

首先应当检查照明灯具是否还可以正常使用，照明灯具的接口处是否接触良好，有无电弧灼烧放电痕迹。一般的汽车照明灯具采用卡口式连接，受安装不当、路途颠簸、年久老化等因素影响，会造成灯具卡口处接触不良，积热引燃周围可燃物，引发火灾。此外，还应查看照明灯具线路的绝缘破损、线路上的熔痕情况。如线束完好，则应重点勘验照明灯具的灯泡接线、镇流器、开关接线处的熔化变形变色痕迹等。

3 汽车电气系统故障火灾调查案例分析

3.1 案例背景

停放在某市一小区楼下的一辆别克轿车发生火灾，发现火灾的车主赵某立即报警，消防队员迅速到达将火扑灭。由于扑救及时，火灾仅造成轿车前部烧毁，无人员伤亡。

3.2 现场调查情况

3.2.1 现场询问情况

通过对车主赵某进行询问，了解到赵某在起火前一天晚上将车停于楼下，熄火拔出钥匙，再没有动过汽车。邻居杨某证实，起火当天早上他闻到有东西烧焦的味道，并发现楼下赵某汽车左前侧冒烟，便立刻通知赵某。赵某下楼后整个车前侧已经有火焰冒出。

3.2.2 现场勘验情况

对汽车外部进行勘验，该汽车仅前部发动机舱火烧受损变色，驾驶室基本未过火，前挡风玻璃炸裂，后备箱完好无火烧痕迹(图1、图2)，车辆内饰、仪表盘均未过火，地面无液体流淌痕迹。以上勘验结合证人证言说明起火部位在车辆前侧。

图1 起火汽车前部情况

图2 起火汽车后部情况

对汽车前部进行重点勘验。首先对前部轮胎勘验发现汽车右前轮橡胶烧蚀炭化严重、脱落，呈由上向下蔓延痕迹，轮毂金属整体氧化变色；左前轮橡胶部分烧损，轮毂整体完好无过火痕迹，仅上部小块区域熔化变形。对前车灯进行勘验，右前大灯烧毁，金属框变色由上到下逐渐减轻，导线绝缘皮烧毁导线全部露出，如图3所示。左前大灯烧损脱落，可见灯框形状，金属变色不明显，导线外露，有部分烧焦绝缘层，如图4所示。对两侧大灯导线勘验，未发现短路过热熔痕。

汽车发动机舱盖上部前挡风玻璃右半面热炸裂且机舱盖变色发白，左半面玻璃较为完整；下部机舱盖烧毁程度轻，呈红褐色，如图5所示。

图3 右前大灯残留痕迹

图4 左前大灯残留痕迹

图5 前挡风玻璃炸裂痕迹

由上述勘验内容结合火势蔓延的规律，可以判断起火点位于发动机舱的右侧。对发动机舱内部勘验，烧毁痕迹如图6所示。该轿车前部发动机内从右(驾驶一侧)至左(副驾驶室一侧)依次是继电器、蓄电池、发动机等车辆配件。其中发动机舱内右侧电气线路严重烧毁，周围导线绝缘皮烧焦滴落。继电器烧损严重炭化，外观烧至变形，过火程度明显重于其他部位且有向四周蔓延痕迹。相邻蓄电池烧损有炭化痕迹，减震器表面受高温氧化变色，发动机过火但内部并没有明显过火痕迹。发动机舱左侧烧损程度相对较轻较均匀。根据以上火灾燃烧残留痕迹特征，认定起火点位于发动机舱内右侧继电器处。

图6 发动机内部烧毁痕迹

确定起火点后，以继电器为中心，对继电器周围进行专项勘验，发现在继电器盒中接出有多股导线，其中部分烧断落在蓄电池上，其余导线完好，在烧断部位发现并提取带熔珠导线，如图7、图8所示。对提取的多股导线熔痕送检进行鉴定，检测结果为短路熔痕，因此可进一步确定该部位为起火点。

图7 继电器处导线残留

图8 多股铜导线熔痕

3.3 火灾原因认定

经过现场勘验、询问，痕迹物证提取、鉴定、送检等，根据轮胎、车灯、玻璃热炸裂痕迹以及在继电器附近提取的短路熔痕，进行分析判断，所取得的证据具有说服力，能够形成完整的证据链。此次火灾原因认定为别克汽车在静止状态下发动机舱内右前部继电器中电气线路故障发生短路，引燃周围可燃物起火。

3.4 经验总结

在调查此次火灾时，通过汽车烧毁后的现场，对汽车进行勘验，根据所形成的痕迹，逐步确定起火部位和起火点。最后通过发动机内部的勘验，找到了电气故障，明确了起火原因。当事人已证实在起火前，汽车处于熄火状态。因此可以认为，汽车虽已整体断电，但发动机舱内蓄电池与继电器盒之间的导线仍然处于通电状态。汽车导线间发生短路有两种可能：一是发动机舱长时间过热导致导线绝缘层老化，绝缘能力失效造成短路；二是汽车长时间颠簸使导线与附近金属摩擦，绝缘皮破损造成短路。

在汽车熄火后，蓄电池与继电器处的电气线路仍处于带电状态，因此汽车静止时发生火灾的情况时有发生。在上述案例中对发动机舱进行内部勘验，结合电气系统常见故障原因，最终认定起火点，为调查人员勘验类似火灾提供参考。

4 结语

在火灾调查的基本理论和思路基础之上，结合基层实际工作现状和新兴理论的发展，提出引发汽车火灾的电气系统故障包括短路、断路、漏电、过负荷、接触不良等。火灾调查人员面对这类火灾时，应整体把握火灾现场全貌，通过现场询问、勘验等一系列举措，根据汽车金属部件变形变色情况、电气线束熔融痕迹、烟熏及火势蔓延痕迹等，判断出现故障的是汽车电气系统的哪一部分。在此过程中还应善于结合汽车电气原理结构图，询问专业技术人员，把握该类火灾的调查技巧和方法，并不断归纳总结、深入研究，形成整套理论，为汽车电气系统故障引发火灾的调查工作提供参考。