新能源汽车火灾特点与事故调查分析

张欣亚

摘要：为了给新能源汽车火灾防控提供一些参考，利用案例分析法，以一起电动汽车火灾为例，分析新能源汽车火灾特征，探究新能源汽车火灾事故调查过程，并提出了几点新能源汽车火灾事故预防建议，得出新能源汽车火灾具有危险系统多、原因表现多样、机理高度复杂等特征，事故危害较大等结论。因此，为避免动力电池热失控引发的整车烧损事故，应进一步加强新能源汽车灭火技术标准化管理，改进新能源汽车电池，降低新能源汽车火灾发生率及危害程度。

关键词：新能源汽车；电动汽车；火灾；调查分析

电动汽车行业是我国重点扶持的战略性新兴行业，在迎来发展机遇的同时，也面临着日益突出的火灾风险。由于电动汽车与传统内燃机汽车在燃料供给、驱动方式上存在较大差异，火灾事故的诱因、蔓延燃烧方式、火后痕迹也具有较大差异。因此，探究电动汽车火灾的特点及防控方法具有非常突出的现实意义。

1 新能源汽车火灾案例

2022年4月18日，辽宁省大连市胜利路和联合路交叉路口发生1辆电动汽车与1辆轿车相撞事故。其中电动汽车内人员被困，附近群众自发组织救援，成功救出被困人员。被困人员救出后，电动汽车立即起火，整车被烧成框架，无人员伤亡。

2 新能源汽车火灾特征

了解新能源汽车火灾特征是调查新能源汽车火灾的前提。当前，新能源汽车火灾主要有危险系统多、原因表现多样、机理高度复杂、复燃风险高等特征。

2.1  危险系统多

新能源汽车火灾危险系统较多，不仅包括动力电池、热管理系统、电控系统，而且包括高压线路、充电系统、低压线路、电机等。比如，动力电池易发生热失控，致使电池及其安全阀破裂，释放烟雾、有毒气体甚至形成氟氧化磷（或一氧化碳、氰化氢、氟化氢等），对人体健康造成很大危害[1]。

2.2  原因表现多样

新能源汽车火灾原因表现多样，内短路、固定带熔断、外短路、热烧蚀、全线过热、元器件损坏、氧化、电池热失控等均为电动汽车火灾诱因。比如，因电池电气部分使用不当导致电气短路火灾；再如，因外力作用导致电动汽车电池组变形引发火灾。

2.3  机理高度复杂

新能源汽车火灾机理高度复杂。杂质混入、内阻增加、温度不均、电池放电、端子接触不良、过压或过流、电池管理系统报文错误、过充电等均为新能源汽车火灾机理。加之作为可燃物之一的新能源汽车动力电池类型不一，大小、容量以及数量差异较大，进一步增加了电动汽车着火机理复杂度[2]。

2.4  复燃风险高

新能源汽车较之传统燃油汽车发生火灾后的复燃概率更高，复燃频次更多。这主要是由于电动汽车动力电池火灾中火源是内部发生的化学反应，即便电动汽车外部火势得到及时控制，但内部电池仍然可以在氧含量极低（或无氧）的环境内燃烧，且多次出现。

2.5  热释放效率高

新能源汽车较之传统燃油汽车具有更高的火灾热释放效率。虽然传统内燃机汽车和电动汽车内饰部件均为易燃塑料，但内燃机汽车动力系统主要可燃物为汽油、柴油等燃料，电动汽车主要可燃物则为动力电池。电动汽车热释放速率为动力电池、内饰部件等全部可燃物峰值热释放速率之和，可以达到5.0～6.0MW，而一辆小型燃油客车的热释放速率一般在2.5～5.0MW之间[3]。

3 新能源汽车火灾事故调查方法

在了解新能源汽车火灾特征的基础上，可以综合利用现场问询、现场勘验、视频分析等方法，展开新能源汽车火灾调查，为新能源汽车火灾预防提供依据。下面结合上述案例分析具体步骤：

3.1  现场问询

在电动汽车火灾事故发生后，由专人进入现场，对涉及火灾事故的车主、事发当天附近群众、消防救援机构、电动汽车销售服务有限公司法定代表人进行调查问询。经了解，起火电动汽车为某型号，颜色为白色，续航里程675km，车身架构采用钢铝混合金属材质，可以在配置全景玻璃车顶情况下成功抵御4倍于自身质量的重压，双电机全轮驱动，搭配零重力高性能轮毂与高级制动系统，碳纤维扰流板提升高速行驶稳定性，百公里加速耗时3.3s。事故车辆原产于2019年11月，车主于2020年1月购置，2022年4月车主驾驶车辆在大连市政道路上行驶，行驶期间与一辆轿车相撞，相撞后，电动汽车未立即出现火光，停留一段时间（营救被困人员）后发现火光，随即周边群众拨打消防救援电话报警。

3.2  现场勘验

经初步勘验，起火电动汽车整车质量为1836kg，座位数为5座，电池为三元锂电池，电池容量为76.8kW，超级充电峰值功率为250kW，最大功率达到339kW（461马力），支持快充。截至事故发生当天，事故车辆已行驶13万km，车主首次将充电限制开放到100%，前期设置参数为80%～90%，满电后车辆显示续航461km，车头向东北，周边均为沥青混凝土地面，车头与轿车相距80cm，车辆周边未见其他可燃物、过火痕迹，火灾未向邻近车辆蔓延。起火点为车辆前舱、驾驶室、车底，周边车门完整，左前方严重烧损，轮毂烧蚀损坏，右前方轮毂完整但轮胎烧损，而后轮基本保持完整。

在现场初步勘验后，借助立柱式举升机举升事故车辆，拆解电动汽车底盘，发现事故电动汽车底盘区域内仅设置有三元锂电池组，未配置其他电气零件、线路，距离三元锂电池组15～17cm位置出现显著燃爆损坏痕迹。随后拆解事故电动汽车电池包，发现事故电动汽车电池高压插座位置、壳外部15～17cm位置分别出现锈蚀、燃爆损坏痕迹。同时，在三元锂电池包左后部出现高温变色痕迹，整包烧损，但除电池包壳体前部烧损外，内部三元锂电池组电池壳体未出现明显损坏。

3.3  视频分析

事故路段设有视频监控录像机，机身性能正常。经时间校准后，监控录像机主机时间慢于北京时间12min11s。在时间校准后，对监控视频进行再次审查，可发现4月18日11时40分，十字路口传来刺耳、尖锐的紧急刹车声，随后电动汽车与轿车碰撞，2辆车的前部均出现严重毁损，周边群众立即前往营救，发现电动汽车驾驶室仍然有一名女子，在60s后成功將驾驶室内的女子救出，并将其平放在行人道路上。女子被救后，电动汽车燃起大火伴随阵阵白烟，且底部出现多次燃爆，在持续释放大量烟气和异常响声30s后，烟气颜色由白色转变为黑色，火焰由底部向周边喷出，并夹杂细小颗粒物。进而沿着电池包周边间隙向前方动力舱、后部轮胎蔓延，在车头与车尾同时燃烧过程中，4车轮轮辋位置窜出火焰到达上方翼子板。在消防队赶赴现场后，车体仅剩下框架。

3.4  物证鉴定

三元锂电池组邻近左前轮位置缝隙存在烧损残留物，经电镜扫描能谱分析，确定烧损残留物由锰、铜、铁、镍、氧、钴、碳等元素组成。而三元锂电池正极材料是以铝箔为导电基，经黏合剂黏合钴、镍、锂、锰与导电剂，负极材料则是以铜箔为导电基，经黏合剂黏合石墨、导电剂。进一步拆解同一型号电动汽车锂电池后进行电镜扫描能谱分析，确定其内部含有碳、锰、镍、铜、铁、锰、氧等元素，与烧损电动汽车锂电池脱出物样品成分具有一致性[4]。

除烧损残留物外，电动汽车火灾后电池金属固定带的电热熔断痕迹也是火灾事故调查的重点，因为电动汽车电池电压变化范围在48～600V之间，可先模拟电源，再制备电动汽车线路短路熔断痕迹样品，确定电动汽车火灾原因。借鉴不同直流电压下短路熔断痕迹模拟试验思路，选择加工改造开关电源的方法，模拟不同电压下直流电路短路熔断痕迹。模拟电源为400V、100A的大功率开关电源，电压间隔为30V，基础为70V，导线截面积为0.5mm2。以线径、电压、正负极为依据，进行样品类别划分。先从宏观层面入手，对比参数变化下熔断痕迹外观变化并标记。得出：一次短路熔断痕迹较短，多为熔珠，熔化部分较少，与基本过渡区域尺寸相对熔断痕迹具有较大差异；二次短路熔断痕迹较长，形状不规则，表现为底部大而上部小的熔蚀坑。进而利用金相分析方法，进行微观判断：电压一定时，电动汽车一次短路熔断痕迹组织为胞状晶、柱状晶的缓慢过渡；电动汽车二次短路熔断痕迹组织为粗大柱状晶体，熔断痕迹内存在大孔洞。而将电流恒定为100A，得出短路产生能量随短路电压的升高而增大，短路熔珠迸溅范围、声音、亮度与电热能量随之增加，引发火灾风险更大。由此得出，电动汽车火灾发生原因是电池舱内左前方电池模组部分在撞击下发生电气故障，引燃周边可燃物起火，疑似三元鋰电池组热失控及热管系统起火。

4 新能源汽车火灾事故预防建议

根据新能源汽车火灾调查结果，可以制定新能源汽车火灾预防建议。

4.1  安装水喷雾系统

水喷雾系统包括水喷雾隔热阻火系统、拖车式车载水喷雾灭火降温系统，可以有效抑制电动汽车底盘射流火焰，阻止火灾向其他部位蔓延[5]。其中水喷雾隔热阻火系统主体为12只水喷雾喷头，喷头为广角锥形，孔径为6.7mm，工作压力为0.8MPa，喷雾系统配套主管路为DN65，支路管路为DN25，需要在电动汽车两侧安装，在耗水量为26.4m3/h的情况下，将射流火焰抑制在燃料喷嘴周边，阻止车载锂电池动力舱射流火焰向相邻车辆蔓延，并借助水喷雾雾滴冷却效果，将驾驶舱平面温度由66℃下降到40℃及以下（环境温度），降低复燃事故发生风险；而拖车式车载水喷雾灭火降温系统主体是4只ZSTWB53.5/60型水喷雾喷头，需要在电动汽车车头前部安装，布置形式为上下布置。拖车式车载水喷雾灭火降温系统运行压力为0.8MPa，应用目的是防控电动汽车火灾危害周边设施设备。一般需要在应用消防水枪的基础上，借助拖车第一时间将起火电动汽车拖离现场，开启车载水喷雾灭火降温系统（含配套射流风机）。在耗水量为15.05m3/h的情况下，借助车载水喷雾灭火降温系统独特的水喷雾绕障能力，将驾驶舱温度控制在25℃以下，控制拖运状态下起火电动汽车的火势。

4.2  持续迭代优化动力电池

电池热失控是新能源汽车火灾事故出现的首要原因，火灾具有燃烧温度高、燃烧速度快、扑救困难的特点[6]。特别是在三元体系锂电池组发生热失控燃烧时，火焰温度可以超过800℃，在短时间内产生极大火势，加之电池成分在燃烧时易分解为复杂氧化物，扑救难度较大。因此，应注重电动汽车电池的多次迭代优化。首先，从电动汽车动力电池内部短路着手，综合考虑电池内混入异物刺破隔膜、过充电负极碳材料形成锂金属枝晶等因素，在低温急充时，限制充电功率并将特殊陶瓷材料涂抹在隔膜表面，提升电动汽车动力电池隔膜抗穿透能力，营造干燥、洁净的运行环境。进而从锂电池充放电、存储环节存在的电压、温度、电流安全工作区间着手，进行安全管理。比如，磷酸铁锂电池充电温度、放电温度、电压区间分别为0～60℃、20～55℃、2.0～3.7V，需要严格控制锂电池充放电、存储工作区间范围，确保锂电池在规定运行年限内的安全性能。在这个基础上，可以综合应用电池内安装压力安全阀、利用低熔点隔膜代替高熔点隔膜、安装温度保险器件、安装电流切断器等方式，降低电动汽车锂电池热失控风险。

此外，电动汽车行驶期间发生碰撞、翻滚或者充电器件遭遇撞击均会引发动力电池组、高压线束、高压用电设备与电动汽车壳体之间摩擦（或接触），引发短路、绝缘失效等[7]。在大量高压电气设备、线束集成的前提下，电动汽车设计方应注重电气保护的优化设计，增设紧急情况下驾驶方切断电池及相关设备装置并配置实时监测软件，跟踪、记录电动汽车运行数据，实时对比当前数据与存储数据，及时发出异常警告信息。或者借鉴增强主动安全技术理论，增设电池包一键式脱离车体、车辆稳定控制系统，提高电动汽车运行期间安全可靠性。

4.3  完善防火技术标准体系

完善防火技术标准体系是电动汽车火灾扑灭救援攻关的前提。对于电动汽车来说，动力电池组故障是火灾的直接原因，具有一定火灾危险性，受外界环境刺激、制造工艺等因素的直接影响，如高温热潮冲击、机械滥用、制造瑕疵等[8]。加之周边动力电池易在高温下出现热失控，引发周边连锁反应，扑救难度较大。因此，可以依据现有汽车应急救援规范与指南，协同中国汽车工程学会、中国消防救援机构，以消防与汽车部门跨界合作的形式，完善电动汽车标准体系。并由相关行业协会开展电动汽车火灾事故特性研究，细化电动汽车灭火与救援行动指南，降低电动汽车火灾救援风险。

5 结语

综上所述，新能源汽车火灾位置发生于前部驾驶室下侧，火势从前方向后方、从左侧向右侧、从下部向上部蔓延。火灾根本原因是电池组起火引发电动汽车内部过火，直接原因是剧烈撞击引发电池组电芯之间剧烈反应，加之电池包内动力电池单体锈蚀，致使电池热失控起火。为了降低电动汽车内部电池热失控行为的发生概率，可以安装水喷雾系统，抑制锂电池舱火焰、热量向驾驶舱传播，为火灾扑救与应急救援争取时间，降低电动汽车火灾危害。

参考文献：

[1]吴强，康朋飞.联合检修库内有轨电车火灾数值模拟[J].消防科学与技术，2018，37（1）：48-50.

[2]张玉斌，张熠欣，程婧园.浅析新能源电动汽车火灾调查方法[J].消防科学与技术，2020，39（10）：1456-1458.

[3]夏继豪.纯电动汽车的火灾特性及热释放速率探讨[J].安全与环境学报，2021，21（3）：1028-1032.

[4]曲芳，孙玉昭，王志.典型汽车内饰材料的燃烧特性研究[J].消防科学与技术，2020，39（6）：753-756.

[5]裘明哲，崔言，牛帅杰，等.水喷雾系统抑制电动汽车火灾有效性实验研究[J].消防科学与技术，2022，41（1）：82-86.

[6]林晓伟，贾权.电动汽车软包锂电池温度控制方法[J].电源技术，2020，44（8）：1105-1107.

[7]任飞，史聪灵，李建，等.半地下有轨电车车站火灾自然排烟模式研究[J].中国安全科学学报，2021，31（3）：156-161.

[8]張驰.已建地下汽车库中设置电动汽车充电设施的消防改造技术问题探讨[J].给水排水，2021，57（4）：104-107.

New energy vehicle fire characteristics and accident investigation and analysis

Zhang Xinya

（Dezhou Municipal Fire and Rescue Brigade， Shandong Dezhou 253073）

Abstract： In order to provide references for the fire prevention and control of new energy vehicles， the case analysis method is used to analyze the fire characteristics of new energy vehicles by taking an electric vehicle fire as an example. The investigation process of new energy vehicle fire accidents is explored， and several new energy vehicle fire accident prevention suggestions are put forward. It is concluded that new energy vehicle fires have the characteristics of many dangerous systems， various reasons， and highly complex mechanisms， and the accident is more harmful. Therefore， in order to avoid vehicle fire accidents caused by thermal runaway of power batteries， it is necessary to further strengthen the standardized management of new energy vehicle fire fighting technology， improve new energy vehicle batteries， and reduce the incidence and harm of new energy vehicle fires.

Keywords： new energy vehicle; electric vehicle; fire; investigation and analysis