电动自行车火灾预防及对策分析

严成辉

上海市浦东新区消防救援支队国际旅游度假区大队 初级技术职务

摘 要：近年来，电动自行车因其实用、便捷的特点，已经成为大多数居民的主要出行方式。随着电动自行车保有量日渐增长，电动自行车消防安全管理和质量问题，目前在很大程度上已经成为公共安全的短板，且相比其他火灾而言，电动自行车火灾发展速度迅猛、致死致伤率非常高，因此，各级政府和相关部门对于电动自行车消防安全问题不容忽视。

关键词：电动自行车 动力电池 预防

本市连续发生“8.7”静安区永兴路一高层综合楼亡4人、“9.22”宝山区汶水路一村民住宅亡5人、“10.10”浦东新区塘桥新路一沿街商铺亡3人伤2人等3起较大亡人火灾事故，累计造成12人死亡，均为电动自行车蓄电池充电故障引发。 为深刻吸取电动自行车火灾事故教训，本人结合自身工作实践，从电动自行车的工作原理、动力电池危险性分析、电动自行车易发火灾的几种情况以及预防对策浅谈自己一些想法。

一、电动自行车的工作原理

(一) 电动自行车基本构造。电动自行车（以下简称电动车）是以蓄电池作为辅助能源，具有两个车轮，能实现人力骑行、电动或电助动功能的特种自行车。它虽然具有普通自行车的外表特征（甚至具有摩托车的外表特征），但更主要的是，它是在普通自行车的基础上，安装了电机、控制器、动力电池、转把、闸把等操纵部件和显示仪表系统的、机电一体化的个人交通工具。

(二)动力电池概述。动力电池是电动车的最核心部件，也是电动车消防安全的关键。不同类型、结构和制造工艺的动力电池具有不同的火灾危险性，研究动力电池的基本分类、构造等是研究动力电池安全的基础。目前在电动车中能成熟应用的主流蓄电池为锂蓄电池和铅酸电池（铅酸电池技术相对成熟，性质相对稳定，不在此次讨论范围之内）。锂蓄电池根据正极材料的不同可分为：锰酸锂电池、磷酸铁锂电池、锰-镍-钴三元锂材料电池。

(三)锂离子蓄电池的结构。锂离子蓄电池主要由四个部分构成：正极、负极、电解液和隔膜。

正极：主要采用锂化合物LiXCoO₂、LiXNiO₂、LiXMnO₂ 或LiFeO₄ 。

负极：主要采用采用锂-碳层间化合物LiXC₆。

电解液：溶解有锂盐LiPF₆、LiAsF₆等有机溶液，有机溶液主要为EC（碳酸丙烯脂）、DEC（二乙烯碳酸脂）、DMC（二甲基碳酸脂）、EMC（甲乙基碳酸脂）等按照一定的比例混合而成。

隔膜：PP、PE 。

动力电池根据正负极之间的关系和形状可分为圆柱形卷绕式电池、卷绕式方形电池和叠片式方形电池三类，绕卷式和叠片式的锂离子电池的结构如图1所示。

圆柱形卷绕式锂电池 叠片式锂电池

图1锂离子电池的工作原理

锂离子在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，被形象的称为“摇椅电池”，如图2所示：

图2 动力电池的工作原理示意图

充电时正极的Li+和电解液中的Li+向负极聚集，得到电子，被还原成Li镶嵌在负极的碳素材料中。放电时镶嵌在负极碳素材料中的Li失去电子，进入电解液，电解液内的Li+向正极移动。

以磷酸铁锂电池为例，其电池的成流反应为：

正 极：LiFe^（Ⅱ）PO₄ LiFe^（Ⅲ）PO₄+Li⁺+e

负 极：C+Li⁺+e LIC

电 池的总反应：LiFe^（Ⅱ）PO₄ +C LiFe^（Ⅲ）PO₄+LiC

二、动力电池火灾危险性分析

锂离子电池是一个封闭的反应体系，在其内部存在系列电化学和化学反应。除了用于储存和释放电能的正常电极反应外，还存在许多潜在的副反应，这些副反应的存在导致动力电池具有一定的火灾危险。

电池发生燃烧或爆炸都是由于电池内部瞬间温升过快或内压过高而引起。锂离子电池除正常的充放电的电化学反应外，还存在如电解质溶液的还原和氧化分解、正极的热分解等的副反应，这些副反应大多会产热。主要的副反应有：

（一） SEI膜受热分解

图3 SEI膜受热分解示意图

图3为SEI膜受热分解的示意图，SEI膜受热分解导致电解液在裸露的高活性碳负极表面发生还原分解。SEI膜的分解，导致电解液在电极表面的大量分解放热是导致电池温度升高，并引发电池热失控的根本原因。

（二）充电态正极的热分解

正极的活性材料在充电时有潜在的分解风险，分解的过程和反应温度如图4和图5所示：

图4 正极热分解方程式

图5 正极材料热分解反应温度和反应热

从正极材料的分解温度和反应了可以看出，正极材料分解时都放热，不同的正极材料分解时放出的热量有较大区别，其中三元材料放热量大于其他材料。贫锂态正极的热分解放热，以及进一步引发的电解液分解，加剧了电池内部的热量积累，促进了热失控的发生。

三、电动车易发火灾的几种情况

  （一）火灾多发生在充电过程中。电动车火灾多数发生在充电过程中等静止的状态。电动车行驶中发生火灾的主要原因是车辆电气线路过负荷、短路情况下，由于未安装电气安全装置或电气安全装置不合格，不能及时有效切断电源，大电流引燃绝缘或其他易燃可燃材料所致。充电过程中发生火灾的主要原因是电动车自身电气线路短路、充电器线路过负荷、电动车电池故障引起。

（二）电动车火灾多发生在群租房内。由于电动车相对价格比较低廉，成为新时代城市内短程交通的主要工具。外来务工人员多电动车作为出行的主要工具，而且外来务工人员多租住在相对比较偏僻的乡下或者城郊结合部，且租住的过程中已一户多人同时居住。在充电过程中或者车辆电气线路故障引发火灾导致事故的发生，从而连带出现人员大量伤亡的情况。

（三）火灾发生地点多在建筑的一楼或者地下室。用户夜间通常将电动车搬到室内存放并充电，尤其是私房或者群租房。存放地点多在建筑的首层门厅、走道或楼梯间内，有条件的集中存放在车库、车棚内。电动车在建筑首层室内充电时，一旦发生火灾，火焰和浓烟将封堵建筑安全出口，影响人员疏散，从而造成重大人员伤亡。

4. 预防电动车火灾事故的对策

（一）规范行业管理，强化行政监管。推动质监部门整顿规范电动自行车行业生产以及流通秩序，加大电动自行车产品质量监督抽查检验力度，落实好电动自行车企业生产许可，依法整治不合格产品和生产厂家，强化源头治理。

（二）提高产品质量，完善技术标准。督促落实生产厂家主体责任，在电动自行车上强制设置欠压、短路、过流保护装置，选用符合国家规范的电气线路，规范使用难燃、不然构建，严禁易燃材料、控制可燃材料使用，提高整体安全系数。

（三）落实停放管理，增配消防设施。落实电动车充电与停放管理电动车充电和停放场所应配置消防设施，例如：灭火器、消防栓等，保证这些消防器材均有效性和完整性。条件允许的单位、区域需要装设烟感警报系统，贯彻“早发现、早报警”的消防理念，在自来水压充足的情况下，可以装设简易喷淋系统，若水压不足，则可以设置固定灭火设施，如悬挂式灭火弹、干粉灭火器等，当电动车发生火灾时，能够在第一时间发出警报，且完成自动扑救，使火势蔓延程度得以控制。

（四）加大宣传教育，引导正确使用。要采取多种形式开展针对性强的宣传教育，告知火灾危险性、普及火灾防范措施，正面引导避免“超期服役”、停车带电，遇有电动自行车故障应选择专业的维修机构或人员，不得擅自拆卸电气保护装置或改装电动车，确保电气线路和保护装置完好有效。

参考文献

[1] 王娜.电动自行车火灾预防对策探讨[J ].武警学院学报,2014,30(4):75-77.

[2]唐雪梅，杨华．电动车火灾原因及防范[J]．消防技术与产品信息，2015（2）: 40-42．

[3]司戈，王青松．锂离子电池火灾危险性及相关研究进展［J］．消防科学与技术，2012，31( 9) : 994-996．