电动自行车起火风险分析和起火特征研究.pdf
《电动自行车起火风险分析和起火特征研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电动自行车起火风险分析和起火特征研究.pdf(6页珍藏版)》请在文库网上搜索。
1、消防科学与技术2023年 11 月第 42 卷第 11 期火灾调查研究电动自行车起火风险分析和起火特征研究饶球飞,甘卫锋(舟山市消防救援支队,浙江 舟山 316021)摘要:针对多种类型电动自行车混杂停放的火灾现场的原因调查,基于电动自行车火灾案例和锂电池火灾试验,分析锂电池热失控起火和车身电气线路故障起火时的特征差异,总结电动自行车火灾的特殊现场痕迹。结果表明,电动自行车锂电池热失控起火和电气故障(短路)起火在烟雾、声音、火光等方面存在较大差异,现场痕迹也表现出不同的特征,对这些现象痕迹的特征进行归纳总结,可以为电动自行车火灾调查提供参考借鉴。关键词:电动自行车火灾;锂电池;起火特征;火灾调
2、查中图分类号:X928.7;TM912 文献标志码:A 文章编号:1009-0029(2023)11-1597-06当前,我国电动自行车保有量已经达到了 3.5 亿辆,是全世界保有量最大的国家。近年来,因使用不当或改装维修不当而导致的电动自行车火灾事故频繁发生,有的造成了重大人员伤亡和财产损失。据统计,2022 年浙江省共发生电动自行车火灾 1 288起,占全部火灾总数的4.17%,其中较大以上火灾 2起,共造成 12人死亡,直接经济损失 2 000余万元1。电动自行车的电池主要分为锂电池和铅酸电池两类,早期电动自行车的动力以铅酸电池为主,近年来随着锂电池技术的不断发展,以锂电池为动力的电动自
3、行车数量逐年增多2。2022 年,锂电池电动自行车的产量为 1 151万辆。目前各地消防法规鼓励设置电动自行车集中停放点,要求集中停放充电,各种类型的电动自行车混杂停放,一旦起火,易形成连片燃烧。因火灾后燃烧程度严重,且缺少火灾风险和起火特征的研究,痕迹特征难以识别,通过监控视频分析和现场痕迹鉴定等技术手段调查、认定起火原因时仍具有一定的难度3。为解决电动自行车火灾调查工作中的技术难题,本文通过分析电动自行车起火风险,结合现场调查案例对比分析锂电池热失控和车身电气线路故障引起的电动自行车起火的火灾特征,归纳、总结现场特殊痕迹的证明作用,供基层火灾调查员参考借鉴。1电动自行车起火风险分析1.1电
4、动自行车电池的起火风险分析电池是电动自行车的电能储存部件,存储的电能一旦失去控制,将以热能、光能等形式释放,形成的局部高温极易引发火灾。1.1.1两类电池原理和构造分析铅酸电池是我国应用技术最成熟、使用时间最长的一款电池,由极板、隔板、壳体、电解液、铅连接条、极柱等组成。极板分正极板和负极板两种,电解液由纯硫酸和蒸馏水按一定比例配制而成。当前,我国电动自行车广泛使用专业阀控密封设计的铅酸电池,使用期间不漏液、不腐蚀。锂离子电池以碳素材料为负极,以含锂的化合物为正极。按照正极材料分类,锂离子电池主要有三元锂、磷酸铁锂、锰酸锂等类型。锂离子电池的内部结构包括隔膜材料、有机电解液等,其中隔膜材料为聚
5、乙烯或聚丙Case analysis and thinking of a fire accident in an anode production lineLiao Junhui1,Shen Junjia1,Zhou Hua2(1.Huizhou Fire and Rescue Division,Guangdong Huizhou 516001,China;2.Huizhou Bureau of Public Security Criminal Police Detachment,Guangdong Huizhou 516001,China)Abstract:Anode production
6、lines are mostly used in the electroplating industry,which are often in a high-temperature acid and alkaline environment.With high electricity consumption in the production process,interlocking and complex pipelines of production processes and environmental protection equipment,the flame spreads fas
7、t after a fire.In the investigation of this anode production line fire,there are some doubts and coincidences before and after the fire,leading to some extent interfered with the investigation ideas.Investigators explored the mechanism of the fire through scene cleanup,physical evidence identificati
8、on,X-ray analysis,residue composition analysis,simulation experiments and other means to form a complete set of evidence chain.At last,we finally characterized the fire and accurately identified the cause of the fire,while proposing fire prevention measures and safety management countermeasures for
9、the anode production line.Key words:anode production line;fire investigation;fire preventive measures;fire management;electroplating industry fire;fire material evidence identification;residues from the fire site作者简介:廖俊辉(1986-),男,广东龙川人,惠州市消防救援支队中级专业技术职务,硕士,主要从事火灾事故调查工作,广东省惠州市惠城区麦地路 10号,516001。收稿日期:2
10、023-07-05(责任编辑:毛星)1597Fire Science and Technology,November 2023,Vol.42,No.11烯。有机电解液的溶质常采用锂盐,如高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂等。由于电池的工作电压远高于水的分解电压,因此锂电池电解液常采用有机溶剂,而且大部分为易燃液体,如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯等,见表 1。电池的充放电过程,是锂离子的嵌入和脱嵌过程4。1.1.2铅酸电池的起火风险分析根据电池构造分析的结果可知,铅酸电池的火灾风险较低。铅酸电池内部除了不燃的正负极板外,其电解液为硫酸加蒸馏水,火灾风险较低。铅酸电池过充会使电池壳
11、体内部产生气体而发生鼓包,气体主要成分是水的电解产品,即氢气和氧气。但铅酸电池在出厂时均已经过充电测试环节,日常充电过程中产生的微量氢气不构成风险,几乎不具备产生气体燃烧爆炸的条件。1.1.3锂电池的起火风险分析锂电池的火灾爆炸风险很高。第一,锂属于活泼金属,锂离子的活性高于铅。第二,锂离子电池的能量密度是铅酸电池的 57 倍,当相同体积的电池模块发生故障时,锂电池释放的能量是铅酸电池的 5 倍以上,引发火灾事故的风险远大于铅酸电池。第三,锂电池内部的电解液是锂盐和有机溶剂,当电解液受高温作用从电池内部喷射后将燃烧起火。分析锂电池的起火案例可知,引发事故的因素有外部短路、内部短路、过充电、过放
12、电、受挤压穿刺等原因。根据锂电池的原理和构造分析可知,导致电池发生上述故障的本质原因是电池内局部微短路致使温度升高,隔膜受热分解,引发正负极在更大范围内的短路,短时间内将电池的能量释放。电池的安全阀破裂后,受热的电解液外喷,遇到氧气就发生燃烧,形成射流火。1.2电动自行车电气线路的起火风险分析统计数据表明,电动自行车车身电气线路故障引发的火灾时有发生。因此,电动自行车的电气线路故障也存在火灾风险。分析电动自行车的构造发现,各类电动自行车电气线路的安装敷设方式基本一致,诱发车身电气线路故障的因素也基本相同,主要包含以下 4种风险:1)铅酸电池的极柱因为氧化等原因导致连接电源线的接触电阻过大引发火
13、灾。2)铅酸电池每组电池之间连接线因交叉压线导致绝缘皮磨损,进而因短路引发火灾。3)电池组连接到控制器之间的正负电源线在沿车身敷设时,由于绝缘皮磨损与金属车身形成搭铁短路起火,或正负极电源线在某个局部绝缘皮破损形成直接短路。4)充电时,充电回路上的电气线路故障引发火灾。电动车车身线路也存在因改装不当引发电路故障起火的可能,具体要根据电动自行车火灾现场勘验和调查询问的情况而定。2电动自行车起火特征的分析电动自行车因不同原因起火时会呈现出不同的现象,其中,锂电池热失控起火与电气线路故障(主要为短路)起火在烟雾、声音、火光上均具有特征差异。2.1烟雾特征差异分析本文对近百个锂离子电池电动自行车起火视
14、频样本进行综合分析,结果见表 2。表 2起火烟雾特征差异比较表Table 2Comparison of characteristics of fire smoke电动自行车起火类型烟量大小发烟材料烟雾颜色烟光关系产烟特征烟气动能锂电池热失控初期烟量浓密,大量浓烟可以瞬间将车身包裹电池内部有机电解液、隔膜材料分解燃烧产物大部分为黑灰色,有些呈灰白色先浓烟后起火,间隔时间长短不一,个别同时出现浓烟火光浓烟呈喷涌状快速泄放,有一定的方向性喷射烟气具有一定的冲击动能电气线路故障初期烟量极小,车身塑料被点燃后产生烟雾初期为电气线路绝缘材料,后期为车身塑料件燃烧产物黑灰色先发出电气故障形成的电弧光,之 后
15、 燃 烧 产 生 烟 雾 和火光受外部环境气流影响飘散,主要向上方升腾产生的烟气不具备冲击动能分析表明,锂离子电池电动自行车事故初起的主要特征是喷射浓烟,见图 1。图 1某电动自行车锂电池热失控起火冒烟Fig.1Fire smoke of an electric bicycle lithium battery thermal runaway喷射浓烟源于锂电池热失控,烟的颜色大部分呈黑灰色,也有一部分呈灰白色,烟雾颜色的不同源于电池内表 1锂电池电解液溶剂燃烧性能Table 1Solvent combustion performance of lithium battery electrolyt
16、e溶剂名称碳酸乙烯酯(EC)碳酸丙烯酯(PC)碳酸二乙酯(DEC)碳酸二甲酯(DMC)碳酸甲乙酯(EMC)燃烧性能闪点 160 闪点230 闪点 25,R10,易燃闪点(闭口)18.3,R11,高度易燃R10,易燃部电解液成分有所差异。浓烟的本质是锂电池内部热失控后,电能转化为热能,电解液被加热沸腾发生相变,当内压过高后,这些复杂的气液混合成分即喷涌而出,接触空气后迅速氧化冒烟,有的在冒出浓烟后立即出现火光。电动自行车因电气故障起火后,火灾初期仅为电气线路的绝缘层发生燃烧,烟量较小且易飘散,见图 2。只有当车身被点燃后,车身塑料件发生燃烧才冒出较多的黑烟,而且烟雾受环境气流影响向四周飘散,整个
17、过程没有喷涌的特征。2.2声音特征分析锂电池发生热失控时,电池内部产热骤增致使电池温度迅速升高,内部电解液发生分解,短时间产生大量气体,使得内压急剧升高。为了提高锂电池使用过程的安全性,锂电池电芯结构中均设置安全阀,在电池内部压力过高时安全阀能够迅速开启并将气体排出,降低电池爆炸风险。电动自行车用锂电池安全阀的额定压力一般设置在 1.21.5 MPa,安全阀开启会发生声响。本文采用电动自行车短路故障起火和锂电池热失控起火的监控视频为样本,采用专业声音分析软件分析声音频谱和音频波形,结果见图 3图 4。图 3某电动自行车锂电池热失控起火声音频谱图Fig.3Fire sound spectrum
18、of an electric bicycle lithium battery thermal runaway分析表明,锂电池发生热失控时,安全阀被冲开发出沉闷的“突”声,成组锂电池安全阀会被连续冲破,伴之烟气从安全阀口快速泄放的“哧哧”声。短路故障起火时,电弧打火的现象特征比较明显,打火声音为连续短促的“噼啪”声。两类故障引发电动自行车起火后,在声音特征和持续时间上差异较大,见图 5。2.3火光特征差异分析对两类电动自行车起火视频的火光现象进行综合分析,结果见表 3。表 3起火火光特征差异Table 3Differences in the characteristics of fire fla
19、me当锂电池发生热失控时,电池安全阀被冲破后,本身被加热的高温有机电解液蒸气喷涌而出,其成分极其复杂,当与外界空气混合形成可燃性混合气后,遇高温就被瞬间点燃,形成射流火。如混合气已经扩散到周边空间图 2某电动自行车线路故障起火冒烟Fig.2Fire smoke of an electric bicycle line fault图 4某电动自行车线路故障起火声音频谱图Fig.4Fire sound spectrum diagram of an electric bicycle line fault图 5两种原因起火时不同音频波形对比图Fig.5Comparison of fire audio w
20、aveforms of two causes of fire1598消防科学与技术2023年 11 月第 42 卷第 11 期部电解液成分有所差异。浓烟的本质是锂电池内部热失控后,电能转化为热能,电解液被加热沸腾发生相变,当内压过高后,这些复杂的气液混合成分即喷涌而出,接触空气后迅速氧化冒烟,有的在冒出浓烟后立即出现火光。电动自行车因电气故障起火后,火灾初期仅为电气线路的绝缘层发生燃烧,烟量较小且易飘散,见图 2。只有当车身被点燃后,车身塑料件发生燃烧才冒出较多的黑烟,而且烟雾受环境气流影响向四周飘散,整个过程没有喷涌的特征。2.2声音特征分析锂电池发生热失控时,电池内部产热骤增致使电池温度迅
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电动自行车 起火 风险 分析 特征 研究