電動自行車充電點火災(zāi)風(fēng)險分析及防控對策研究

隨著我國電動自行車保有量的快速增長，其充電安全問題日益凸顯，電動自行車充電點火災(zāi)事故對人員生命財產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅。本文分析了電動自行車充電特性及充電設(shè)施工作原理，探討了電弧、短路、過充過放等原因可能引發(fā)的電池失控起火過程，對充電點火災(zāi)風(fēng)險進(jìn)行了多方位的分析，最后從完善產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范充電點布局、加強(qiáng)電氣防火配置以及提升用戶安全意識等方面，提出了系統(tǒng)的充電火災(zāi)防控對策。關(guān)鍵詞：消防安全；電動自行車;充電點;火災(zāi)風(fēng)險引言火災(zāi)不僅帶來財產(chǎn)損失，更有可能造成人員傷亡的嚴(yán)重后果。在電動自行車充電點火災(zāi)事故中，大部分是由于電池自燃、充電設(shè)備故障以及用戶操作不當(dāng)?shù)仍蛞l(fā)的?；馂?zāi)暴露了當(dāng)前電動自行車充電設(shè)施管理存在的諸多問題，包括產(chǎn)品質(zhì)量、消防安全意識、監(jiān)管政策等方面的缺陷。為有效預(yù)防和控制電動自行車充電點的火災(zāi)風(fēng)險，本文旨在深入分析電動自行車充電火災(zāi)的形成機(jī)理，梳理火災(zāi)風(fēng)險，并提出相應(yīng)的防控對策。一、電動自行車充電點火災(zāi)形成機(jī)理分析（一）電動自行車充電特性分析1.電池類型與充電模式當(dāng)前主流的電動自行車主要使用鉛酸電池、鋰離子電池、鋰鐵磷電池三種類型的蓄電池。鉛酸電池采用恒流恒壓充電方式［1］，充電過程可以劃分為兩個階段。第一階段為恒流充電，充電器以一定電流對電池充電，電壓逐漸提高;當(dāng)電壓達(dá)到充電器的復(fù)合電壓時，進(jìn)入第二階段的恒壓充電，充電器保持電壓恒定，電流逐漸減小，最終下降到截止電流結(jié)束充電。鋰離子電池采用恒流-恒壓復(fù)合式的充電模式，充電初期為恒流模式，迅速恢復(fù)電池電壓;當(dāng)電壓達(dá)到一定值后，轉(zhuǎn)為恒壓模式，同時電流逐漸減小，以保護(hù)電池免受過充損害，充電終止條件為電流降到設(shè)定的截止電流值。鋰鐵磷電池則需要采用特殊的增補(bǔ)充電模式，恒流充電至一定電壓后，再小電流增補(bǔ)充電，最后恒壓充電直至充滿，該模式可以補(bǔ)償電池充放電過程中負(fù)極材料的磷的損耗，延長電池壽命。2.充電設(shè)施的構(gòu)造和工作原理電動自行車的充電設(shè)施主要包括交流充電器、直流充電器和充電樁三類。交流充電器輸入為220V/50Hz交流電，內(nèi)置整流器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電;輸出端子連接電池充電，直流充電器直接將直流電源經(jīng)過穩(wěn)壓變換后為電池充電，充電樁是大功率快速充電設(shè)備，支持交流和直流兩種輸入電源，并通過交直流轉(zhuǎn)換電路將電能傳輸?shù)诫姵?。無論何種充電設(shè)施，其工作原理都是利用電力電子設(shè)備調(diào)節(jié)電源電壓或電流，輸出穩(wěn)定的充電電壓和電流，按照所連接電池的充電特性充電。充電器通過檢測電池的端電壓、充電時間或溫度來確定充電狀態(tài)，并能根據(jù)設(shè)定的充電曲線及保護(hù)參數(shù)，在電池充滿或出現(xiàn)故障時終止充電。充電設(shè)施一般必須集成過流、過壓、欠壓、溫控等保護(hù)功能，其控制參數(shù)設(shè)置直接影響電池的充電安全性，其過流、短路保護(hù)功能的性能也關(guān)系到充電系統(tǒng)的防火安全。（二）充電點著火過程分析1.電弧、短路、過充過放電動自行車充電過程中，如果充電電壓、電流以及充放電時間控制不當(dāng)，極易導(dǎo)致電池內(nèi)部產(chǎn)生電弧、短路以及過充、過放等異常情況，引發(fā)電池溫度快速上升，以至于起火。電弧是由于電路接觸不良所產(chǎn)生的高溫放電現(xiàn)象，在充電過程中，如果充電接口接觸不良，會在接觸間隙產(chǎn)生電弧，使電池電解液揮發(fā)升溫，嚴(yán)重的甚至使電極熔化，產(chǎn)生氣體并可能引起爆炸［2］，電池接頭如果接觸不良也會產(chǎn)生電??；短路是指電路內(nèi)不同電位間意外形成低阻抗路徑，使大電流產(chǎn)生而發(fā)熱的故障狀態(tài)，電池內(nèi)部短路是指正負(fù)極內(nèi)部意外接觸，外部短路是指電池外部的正負(fù)極接觸，短路會產(chǎn)生大電流導(dǎo)致電池發(fā)熱，嚴(yán)重的可使電解液沸騰、電極熔化，產(chǎn)生大量氣體繼而發(fā)生爆炸；過充是指充電電壓、電流過大或者充電時間過長，使電池內(nèi)部產(chǎn)生氣體、液體泄漏、電極材料溶解等不可逆反應(yīng)；過放是指電池放電深度過大，電壓降至極低水平，同樣會引起電池內(nèi)部不可逆損傷，過充、過放都會導(dǎo)致電池發(fā)熱甚至出現(xiàn)燃燒。2.著火燃燒擴(kuò)散過程當(dāng)電動自行車電池出現(xiàn)過熱現(xiàn)象時，會導(dǎo)致電解液泄漏，產(chǎn)生可燃?xì)怏w，附近易燃物接觸到高溫電池和可燃?xì)怏w，發(fā)生著火現(xiàn)象。電池燃燒的火焰溫度極高，可達(dá)1000°C以上，燃燒速度快。著火后，電池內(nèi)部發(fā)生的氧化還原反應(yīng)會持續(xù)提供熱量，推動燃燒反應(yīng)。著火點所在電池會燃燒融化，大量熱量輻射到周圍電池，引發(fā)連環(huán)著火。同時，電池燃燒過程中產(chǎn)生的大量煙氣，使得整個充電區(qū)域迅速充滿，降低了可燃?xì)怏w的爆炸下限，從而擴(kuò)大燃燒態(tài)勢。環(huán)繞著火電池的可燃物也會被帶燃，甚至引燃房屋內(nèi)部裝修材料。電動自行車電池燃燒還會產(chǎn)生大量的有毒有害氣體，如氫氟酸、一氧化碳、氟氣等，對人員生命安全和消防員的滅火救援造成嚴(yán)重威脅［3］。著火電池會迸射熔融物，污染大面積區(qū)域，著火點附近的其他電池和充電設(shè)施也可能受損。二、電動自行車充電點火災(zāi)風(fēng)險分析（一）設(shè)備隱患：充電器、電池與相關(guān)電氣設(shè)施電動自行車充電過程中，充電設(shè)備自身故障是導(dǎo)致充電火災(zāi)的重要隱患源。主要設(shè)備隱患來自充電器、電池及相關(guān)電氣設(shè)施方面。首先，市場上的充電器質(zhì)量參差不齊，存在構(gòu)造不合理、控制參數(shù)不匹配電池特性、保護(hù)功能不完善等隱患，劣質(zhì)充電器的電源轉(zhuǎn)換效率低，發(fā)熱量大，輸出電壓波動大，無法為電池提供穩(wěn)定的充電電壓電流，其過充過放保護(hù)功能與電池不匹配，均可能導(dǎo)致電池異常發(fā)熱。其次，市場上的電池質(zhì)量參差不齊，存在內(nèi)部短路隱患，劣質(zhì)電池使用的電極材料活性差，容易產(chǎn)生短路，電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，不同極片易發(fā)生接觸短路，在使用過程中可能導(dǎo)致電池發(fā)熱起火。最后，電氣線路老化及選用規(guī)格不當(dāng)也會導(dǎo)致電源供應(yīng)不穩(wěn)，發(fā)生漏電、短路、過載等故障。例如，一些充電點的電纜敷設(shè)隨意，電纜槽未能有效防護(hù)，充電點存在私拉亂接現(xiàn)象，忽視了防水防潮措施，使電氣設(shè)施在潮濕環(huán)境中工作等，極易發(fā)生絕緣性能下降和短路事故，加速電氣設(shè)備老化。（二）人為隱患：用戶充電操作不當(dāng)與違規(guī)充電人為因素是導(dǎo)致火災(zāi)事故頻發(fā)的關(guān)鍵問題之一。用戶的充電操作不當(dāng)和違規(guī)充電行為不僅增加了自身財產(chǎn)和生命安全風(fēng)險，也給公共安全帶來了嚴(yán)重隱患。一方面，很多用戶缺乏對充電器和電池正確使用方法的認(rèn)知，如使用非原廠充電器、隨意更換電池或充電器組件、忽視充電器與電池型號的匹配性等，或在充電過程中使用不當(dāng)，如充電時遮蓋電池，妨礙散熱，在充滿電后不及時拔掉充電器，造成電池過充，或在電動自行車通電狀態(tài)下自行拆卸維修等；另一方面，違規(guī)充電行為主要包括非法改裝電動自行車增加電池容量、在公共區(qū)域私拉電線充電以及使用非法或未認(rèn)證的充電設(shè)施，非法改裝不僅違反了相關(guān)安全規(guī)范，而且增加了電池負(fù)荷，加劇了電池和電氣系統(tǒng)的熱負(fù)擔(dān)，私拉電線充電易造成電線老化、絕緣層損壞，引發(fā)短路，使用非法或未認(rèn)證的充電設(shè)施則難以保證充電安全，其材料、設(shè)計和性能可能都不符合安全標(biāo)準(zhǔn)。三、電動自行車充電點火災(zāi)防控對策（一）完善電動自行車及充電器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，提高產(chǎn)品安全性在當(dāng)前電動自行車火災(zāi)頻發(fā)的形勢下，完善電動自行車及充電器的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，提高產(chǎn)品的安全性尤為重要。一是要強(qiáng)化電池和充電器的設(shè)計安全性，提升電動自行車電池的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，在電池的正極、負(fù)極、隔膜等關(guān)鍵部位設(shè)置過熱、過充、過放、短路等多級保護(hù)裝置，一旦出現(xiàn)異常情況，可以快速斷開電路，切斷電流，有效抑制電池溫度過快上升和積熱風(fēng)險；二是要推廣使用高安全性材料，積極引導(dǎo)和支持電池生產(chǎn)企業(yè)使用易燃性差、耐高溫的電極材料，選用熱穩(wěn)定性更高的電解液，增強(qiáng)電池材料系統(tǒng)在過熱條件下的抗燃性，鼓勵充電器生產(chǎn)企業(yè)選用阻燃外殼材料，內(nèi)部線路布線采用高溫絕緣材料，提高產(chǎn)品的防火性能［4］；三是實施定期的產(chǎn)品安全檢測，建立電動自行車及其充電器的產(chǎn)品質(zhì)量抽查和定期檢測制度，對市場上流通的產(chǎn)品執(zhí)行無害化處理、過充過放測試、振動測試、熱沖擊測試等項目檢測，檢查產(chǎn)品是否符合安全標(biāo)準(zhǔn)。定期開展充電器電源轉(zhuǎn)換效率、輸出穩(wěn)定性等檢測，確保其長期使用過程中繼續(xù)符合安全生產(chǎn)的最新標(biāo)準(zhǔn)。（二）規(guī)范電動自行車充電點選址和布局，優(yōu)化充電環(huán)境優(yōu)化充電點的選址和布局，改善充電環(huán)境，是降低充電火災(zāi)風(fēng)險的重要對策。一是要合理規(guī)劃充電區(qū)域選址，在規(guī)劃充電點位置時，應(yīng)充分考慮消防通道和安全出口的設(shè)置，確保充電區(qū)域與建筑物的主要疏散通道和安全出口之間距離合理，便于人員在緊急情況下能夠迅速從充電區(qū)域撤離。同時，預(yù)留必要的通道空間，保證消防車輛能夠快速進(jìn)入充電區(qū)域開展撲救工作；二是要優(yōu)化充電站布局設(shè)計，合理規(guī)劃充電站內(nèi)充電設(shè)備的間距，避免過于密集的布置導(dǎo)致充電過程中的熱量聚集，選擇通風(fēng)良好的場地規(guī)劃充電點，采用開敞式建筑，確保充電環(huán)境具備良好的自然通風(fēng)條件，快速散失充電過程中的多余熱量；三是要強(qiáng)化對充電點環(huán)境的監(jiān)控，在充電站內(nèi)設(shè)置溫度、濕度傳感器，實時監(jiān)測充電環(huán)境狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)溫濕度指標(biāo)超出安全范圍，立即啟動補(bǔ)充排風(fēng)、降溫等措施，利用可燃?xì)怏w探測器、煙霧探測器等裝置，嚴(yán)密監(jiān)測可能發(fā)生電池泄漏、起火的隱患，以便第一時間發(fā)現(xiàn)隱患并啟動應(yīng)急預(yù)案［5］。（三）加強(qiáng)充電點電氣防火設(shè)施配置，強(qiáng)化日常安全管理為防范充電點火災(zāi)事故，必須強(qiáng)化電氣防火設(shè)施配置，并建立健全日常安全管理制度。一是要完善電氣防火設(shè)備，充電點必須配備手提式干粉滅火器、滅火毯等基本滅火器材，大型充電站應(yīng)設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)，一旦檢測到火災(zāi)跡象，立即噴灑水霧，重要充電區(qū)域應(yīng)安裝消防應(yīng)急照明和消防電源系統(tǒng)，確保火災(zāi)時照明與供電不中斷；二是要定期檢查電氣安全，每月至少一次，對充電設(shè)施的開關(guān)插座、配電箱進(jìn)行檢查，檢查是否有松動、發(fā)熱等異常，每三個月進(jìn)行一次充電機(jī)房的絕緣電阻測試和線路接地保護(hù)檢查，每年更換一次電源插座和老化嚴(yán)重的電線電纜，電氣安全檢查不僅包括對設(shè)備的物理檢查，還應(yīng)包括對充電點電氣系統(tǒng)的絕緣強(qiáng)度測試、漏電保護(hù)器功能測試和接地系統(tǒng)測試等［6］。（四）提高用戶充電安全意識和操作規(guī)范性提高用戶的充電安全意識和操作規(guī)范性，是減少充電過程中人為隱患的關(guān)鍵。一是要普及充電安全知識，通過社區(qū)宣傳欄、小冊子發(fā)放、微信公眾號推送等多種方式，向電動自行車用戶持續(xù)普及充電安全知識［7］。使用戶明確理解何種充電行為存在安全隱患，如混合充電、低質(zhì)充電器的使用以及不規(guī)范操作等可能引發(fā)的后果。增加用戶的充電安全意識，使其在充電過程中自覺規(guī)范操作；二是要強(qiáng)化充電操作規(guī)范培訓(xùn)，消防部門可以監(jiān)督社區(qū)定期開展充電操作規(guī)范培訓(xùn)，專業(yè)人員現(xiàn)場示范如何正確使用充電設(shè)備，講解充電前的安全檢查內(nèi)容以及在充電過程中應(yīng)監(jiān)測的電壓、電流、溫度等參數(shù)，使用戶掌握規(guī)范的充電操作方法；三是要建立一個有效的充電安全監(jiān)督機(jī)制，包括相互監(jiān)督、定期巡查以及對違規(guī)行為的及時糾正，社區(qū)或充電點管理方應(yīng)加強(qiáng)巡查，抽查充電區(qū)域，糾正