汽车火灾特性及“油电一体化”事故成因调查技术路线研究

唐 博，王立华，康进军

（1.宁夏大学 机械工程学院，宁夏 银川 750021；2.宁夏华振司法鉴定中心，宁夏 银川 750001）

汽车火灾是指汽车由于自身或者外界原因造成的燃烧事件，其不仅会对车辆造成功能和价值损失，也会引起公共安全事故。发生汽车火灾事故后，公共安全、消防部门、车企以及保险企业等往往会对事故成因进行调查，一方面是为了确定责任和损失，另一方面火灾事故成因如果蕴含汽车设计、运用、条件等方面的因素，相关调查可以为后续汽车的研发、制造以及安全性设计提供依据[1]。

本文在汽车电动化转型背景下探讨了汽车火灾事故成因调查的步骤和方法，提出多元化汽车类型对应的汽车火灾事故调查方法，分析了其技术路线和关键技术，据此为新能源转型背景下的汽车火灾事故成因调查及鉴定提供了指导和依据。

1 新能源背景下的汽车火灾事故概况

2020年国务院办公厅印发了《新能源汽车产业发展规划（2021—2035）》，其中明确提出到2025年我国新能源汽车新车销售量要占汽车总销量的20%左右，届时我国新能源汽车保有量有望突破600万辆；到2035年纯电动汽车将成为新车销售主流，公共领域用车将实现全面电动化。近年来，我国纯电动汽车销量占比逐年走高，在坚持“纯电驱动”技术战略的前提下，我国汽车产业有望实现电动化转型的终极目标。但是在新能源汽车繁荣的背后，也出现了新问题，比如一些纯电动汽车因动力电池热失控引起火灾事故，此类问题除了造成较大的公共安全隐患之外，还会阻碍我国汽车产业新能源化政策的推行与落地。

目前，汽车火灾事故调查及成因分析的主要对象是燃油汽车，其标准、流程及技术路线已经发展得比较完备和成熟。而新能源汽车的能源装置和结构相较于燃油汽车存在较大差异，但是对于新能源汽车的火灾事故调查及成因分析，现有的做法是在燃油汽车相关流程上增加了储能装置、电机等排查项目，这种割裂整车系统的调查分析方法显然是不科学、不严谨的[2]。

2 燃油汽车与电动汽车火灾特性及风险点对比

汽车从组成结构上看，是机械、电气、液压等技术一体化的平台；从工作原理上看，是涉及运动、摩擦、力、传动等环节以及能量转换的综合体。因此从某种意义上讲，汽车在工作过程中只要具备温度、热量、压力、可燃物、助燃条件等要素，其各个组成部分均存在火灾风险。与传统汽车相比，纯电动汽车取消了发动机，传动机构发生了改变，并且由于驱动方式不同，部分部件已经简化或取消，但其增加了电源系统和驱动电机等新机构。纯电动汽车由新的4大部分组成：动力电池、电力驱动控制系统、底盘、车身。其中，动力电池和电力驱动控制系统（驱动电机等）是纯电动汽车与传统内燃机汽车的主要区别[3-4]。表1将燃油车与电动汽车的主要组成部分进行了对比。从火灾风险的角度来看，燃油车与电动汽车最大的区别在于动力装置和储能装置的不同，换言之，除了上述两个方面外，燃油车与电动汽车的火灾危险性大致相同，因此本文将从动力装置、储能（能源）装置两个方面对二者的火灾特性及风险点进行对比分析。

表1 燃油车与电动汽车主要组成部分

2.1 动力装置的火灾特性及风险点对比

燃油车的动力装置为发动机，电动汽车的动力装置为电动机；对于混合动力汽车，则2种动力装置兼具。燃油车与电动汽车动力装置的火灾风险点及其特性如表2所示。从动力装置的角度看，电动汽车与燃油车相比，其火灾风险表现为“1增4减”，增加的是车用供电线路高压部分的风险，减少的是燃油供给系统、点火系统、发动机部件以及进排气系统造成的火灾风险。

表2 燃油车与电动汽车动力装置火灾风险及特性

2.2 储能（能源）装置的火灾特性及风险点对比

电动汽车的储能（能源）装置为动力电池。从大量火灾数据看，动力电池的故障和异常是电动汽车主要的火灾事故成因，究其原因，一方面是动力电池比功率和安全性的矛盾权衡所限，另一方面和锂电池的特性有关。燃油车与电动汽车储能（能源）装置的火灾风险点及其特性对比如表3所示。由储能（能源）装置的火灾风险点和特性对比分析可知，燃油车和电动汽车存在明显的区别，这是由于二者采用了不同的能源类型。相比之下，燃油车对于风险点的防控更加容易，在大多数情况下，其风险排查和处置也更加容易；电动汽车需要关注和控制的风险点显然更多，而且难度更大，一旦发生火灾事故，电动汽车施救和灭火的难度也更大。

表3 燃油车与电动汽车储能（能源）装置火灾风险及特性

3 “油电一体化”汽车火灾事故调查流程及技术路线

汽车火灾事故调查一般包括如下3个调查环节：

①调查前准备（器材、车辆资料、地点选择）；

②现场查勘（车辆信息识别与确认、原始/变动现场勘验、起火部位的认定等）；

③调查询问（车辆履历、火灾前后状况、驾驶行为、异常及故障状况）。

本文将燃油汽车、混合动力汽车以及电动汽车聚合为一类，即“油电一体化”，通过研究其调查流程以及所采用的技术路线，既可以形成统一的方法体系和作业表，避免调查过程的盲目和混乱，进而提升调查时效性，又可以针对我国汽车产业政策下“油车+混合动力+电车”多元化发展阶段中出现的火灾事故问题，提高事故成因调查和鉴定的规范性和适应性。

3.1 燃油车火灾事故的调查流程和技术路线

燃油车火灾事故调查流程和技术路线如图1所示。

图1 燃油车火灾事故调查流程及技术路线

3.2 “油电一体化”汽车火灾事故调查流程和技术路线

对于混合动力汽车和纯电动汽车，如果通过现场调查，在明确初始起火位置不在动力电池的情况下，其火灾调查流程和技术路线与燃油汽车的火灾成因调查程序无明显差异，但电动汽车一旦是由于动力电池的原因发生火灾，燃油汽车的调查程序和技术路线将不再适用。在不能自行拆卸车辆的原则下，由生产者提交的报告中有关起火车辆的BMS，SOH基础数据以及后台数据分析便成为车辆信息核对的一项重要工作。此外，不管是否由于动力电池的故障、失控、失效造成火灾，在鉴定、调查、处置之前，均需将动力电池整体解体[4-5]。

本文考虑到汽车运用行业中燃油汽车、混合动力汽车、纯电动汽车会在相当长一段时间内并存的情况，根据之前综合分析的各种车型火灾风险点以及特性，提出了“油电一体化”汽车火灾事故调查流程和技术路线，其主要内容如图2所示[6-8]。

图2 “油电一体化”汽车火灾事故调查流程及技术路线

4 实证分析

4.1 火灾事故概述

某混合动力小型普通客车于2020年11月在某地一处约200 m2空地停放期间发生了火灾事故。火灾事故发生时，该混合动力小型普通客车头南尾北停放于该空地西南角，距该车前端约3 m处放置有饲养笼，车身右侧距西侧住宅东墙约2 m，车身左侧为空地，随时可停放其他车辆，车身尾部后方为住户及车辆通道。

4.2 油电一体化火灾事故调查

4.2.1 起火位置和调查路径的确定 本文利用图2所示的“油电一体化”汽车火灾事故调查流程和技术路线对事故车辆进行勘验。项目组通过对火灾事故车辆过火部位各部件表面高温、炙烤及碳化物附着等痕迹物证的检验，发现该车过火区域右侧较左侧损伤程度严重，火势由发动机舱内部向外部蔓延，机舱右侧区域过火较严重，初步确定初始起火位置为车辆右前部。燃烧过程中，高温炙烤致使橡胶燃油管破裂，燃油管中的汽油喷洒至火灾环境中并参与燃烧；高温炙烤前墙板，致使驾驶室内工作台及靠近前墙板安装的空调进气通道、鼓风机等部件起火燃烧；高温火焰烧熔前挡风玻璃，引燃大顶，车辆过火情况如图3所示。

图3 车辆过火情况

项目组通过查勘发现，动力电池在火灾事故过程中启动了电池箱火灾气体防控装置，因此动力电池组仅仅因为高温烘烤而导致外壳轻微变形。结合之前对于初始起火位置的判断，可以确定本次火灾事故未涉及动力电池。将动力电池拆解存放后，可以按照燃油车火灾事故调查程序对事故车辆进行调查。

4.2.2 火灾事故成因分析 项目组根据事故车辆整车过火顺序和初始起火位置的判断结果，将车辆右前部作为火灾事故成因鉴定的重点区域。根据图1所示的燃油车火灾事故调查流程和技术路线，按照由外到内、由上向下的顺序逐一排查后，发现该车右前减震包与右前纵梁连接处右侧大灯线束存在瘤状熔痕（以下简称熔珠），由此基本排除了其他的火灾成因和可能性，如图4所示。

图4 右侧大灯线束提取瘤状熔痕

项目组对提取的线束熔珠进行清洗制备后发现，熔珠表面光泽度良好；熔珠与熔断导线直径比约为1∶2，熔珠与导线基体间的熔痕存在明显的熔化与未熔化分界，即熔珠与导线未熔化连接部位存在明显的过渡区，且过渡区较为平滑。项目组使用扫描电镜进行微观检验后发现，熔珠外表面存在分布均匀的裂缝，部分熔痕过渡区表面粗糙且存在大量空洞，部分熔痕表面呈明显的枝晶组织形貌，如图5所示。

图5 右侧大灯线束熔珠宏观及微观图片

项目组对熔珠表面成分进行了能谱分析，发现其表面成分主要为铜和氧，均系导线自身材料成分，如图6所示。由此可知，导线熔断过程中未受到周围环境及材料的影响。

图6 右侧大灯线束熔珠表面成分能谱分析

4.2.3 火灾事故成因的确定 项目组通过观察熔珠的宏观及微观表面、外部形态并结合能谱分析结果，认为导线熔断后在常温条件下冷却形成了裂缝和孔洞，可以推断在起火前导线熔断及形成熔珠。导线基体和熔珠呈现的外观形态，符合《电气火灾原因技术鉴定方法》（GB/T16840）中一次短路的形态特征。

根据勘验结果以及检材（熔珠）检验结果，可以排除该车在停放期间因外部火源引发火灾的可能性；该车右前减震包与右前纵梁连接处布设的右侧大灯线束在起火前存在短路过热、形成火源的可能性，即为引发该车起火事故的原因。

5 结论

本文首先解读了我国汽车产业政策，提出目前汽车火灾事故调查及成因分析对于新能源汽车适应性较差的问题，之后通过燃油汽车和电动汽车火灾特性及风险点的对比分析，给出了“油电一体化”汽车火灾事故调查流程和技术路线。燃油/混合动力/纯电动汽车均可以采用该流程和技术路线进行火灾事故调查及成因分析，相对于传统燃油汽车火灾事故调查方法，本文提出的调查流程和技术路线更加全面和科学，亦可为后续火灾事故成因分析提供新的路径和技术选择。

虽然我国新能源汽车产业政策正在逐步推进，但新能源汽车在最终取代燃油车之前，仍然会与燃油车并行使用一段较长的时间。可以预见在未来的15至20年，诸如本文所探索的“油电一体化”汽车火灾事故调查问题将会越来越多，需要广大从业人员进行系统的、多学科交叉的研究，这样才能顺应科学技术的变革和发展。