汽車火災(zāi)特性及“油電一體化”事故成因調(diào)查技術(shù)路線研究

唐 博，王立華，康進軍

（1.寧夏大學(xué) 機械工程學(xué)院，寧夏 銀川 750021；2.寧夏華振司法鑒定中心，寧夏 銀川 750001）

汽車火災(zāi)是指汽車由于自身或者外界原因造成的燃燒事件，其不僅會對車輛造成功能和價值損失，也會引起公共安全事故。發(fā)生汽車火災(zāi)事故后，公共安全、消防部門、車企以及保險企業(yè)等往往會對事故成因進行調(diào)查，一方面是為了確定責(zé)任和損失，另一方面火災(zāi)事故成因如果蘊含汽車設(shè)計、運用、條件等方面的因素，相關(guān)調(diào)查可以為后續(xù)汽車的研發(fā)、制造以及安全性設(shè)計提供依據(jù)[1]。

本文在汽車電動化轉(zhuǎn)型背景下探討了汽車火災(zāi)事故成因調(diào)查的步驟和方法，提出多元化汽車類型對應(yīng)的汽車火災(zāi)事故調(diào)查方法，分析了其技術(shù)路線和關(guān)鍵技術(shù)，據(jù)此為新能源轉(zhuǎn)型背景下的汽車火災(zāi)事故成因調(diào)查及鑒定提供了指導(dǎo)和依據(jù)。

1 新能源背景下的汽車火災(zāi)事故概況

2020年國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035）》，其中明確提出到2025年我國新能源汽車新車銷售量要占汽車總銷量的20%左右，屆時我國新能源汽車保有量有望突破600萬輛；到2035年純電動汽車將成為新車銷售主流，公共領(lǐng)域用車將實現(xiàn)全面電動化。近年來，我國純電動汽車銷量占比逐年走高，在堅持“純電驅(qū)動”技術(shù)戰(zhàn)略的前提下，我國汽車產(chǎn)業(yè)有望實現(xiàn)電動化轉(zhuǎn)型的終極目標(biāo)。但是在新能源汽車繁榮的背后，也出現(xiàn)了新問題，比如一些純電動汽車因動力電池?zé)崾Э匾鸹馂?zāi)事故，此類問題除了造成較大的公共安全隱患之外，還會阻礙我國汽車產(chǎn)業(yè)新能源化政策的推行與落地。

目前，汽車火災(zāi)事故調(diào)查及成因分析的主要對象是燃油汽車，其標(biāo)準(zhǔn)、流程及技術(shù)路線已經(jīng)發(fā)展得比較完備和成熟。而新能源汽車的能源裝置和結(jié)構(gòu)相較于燃油汽車存在較大差異，但是對于新能源汽車的火災(zāi)事故調(diào)查及成因分析，現(xiàn)有的做法是在燃油汽車相關(guān)流程上增加了儲能裝置、電機等排查項目，這種割裂整車系統(tǒng)的調(diào)查分析方法顯然是不科學(xué)、不嚴謹?shù)腫2]。

2 燃油汽車與電動汽車火災(zāi)特性及風(fēng)險點對比

汽車從組成結(jié)構(gòu)上看，是機械、電氣、液壓等技術(shù)一體化的平臺；從工作原理上看，是涉及運動、摩擦、力、傳動等環(huán)節(jié)以及能量轉(zhuǎn)換的綜合體。因此從某種意義上講，汽車在工作過程中只要具備溫度、熱量、壓力、可燃物、助燃條件等要素，其各個組成部分均存在火災(zāi)風(fēng)險。與傳統(tǒng)汽車相比，純電動汽車取消了發(fā)動機，傳動機構(gòu)發(fā)生了改變，并且由于驅(qū)動方式不同，部分部件已經(jīng)簡化或取消，但其增加了電源系統(tǒng)和驅(qū)動電機等新機構(gòu)。純電動汽車由新的4大部分組成：動力電池、電力驅(qū)動控制系統(tǒng)、底盤、車身。其中，動力電池和電力驅(qū)動控制系統(tǒng)（驅(qū)動電機等）是純電動汽車與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的主要區(qū)別[3-4]。表1將燃油車與電動汽車的主要組成部分進行了對比。從火災(zāi)風(fēng)險的角度來看，燃油車與電動汽車最大的區(qū)別在于動力裝置和儲能裝置的不同，換言之，除了上述兩個方面外，燃油車與電動汽車的火災(zāi)危險性大致相同，因此本文將從動力裝置、儲能（能源）裝置兩個方面對二者的火災(zāi)特性及風(fēng)險點進行對比分析。

表1 燃油車與電動汽車主要組成部分

2.1 動力裝置的火災(zāi)特性及風(fēng)險點對比

燃油車的動力裝置為發(fā)動機，電動汽車的動力裝置為電動機；對于混合動力汽車，則2種動力裝置兼具。燃油車與電動汽車動力裝置的火災(zāi)風(fēng)險點及其特性如表2所示。從動力裝置的角度看，電動汽車與燃油車相比，其火災(zāi)風(fēng)險表現(xiàn)為“1增4減”，增加的是車用供電線路高壓部分的風(fēng)險，減少的是燃油供給系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、發(fā)動機部件以及進排氣系統(tǒng)造成的火災(zāi)風(fēng)險。

表2 燃油車與電動汽車動力裝置火災(zāi)風(fēng)險及特性

2.2 儲能（能源）裝置的火災(zāi)特性及風(fēng)險點對比

電動汽車的儲能（能源）裝置為動力電池。從大量火災(zāi)數(shù)據(jù)看，動力電池的故障和異常是電動汽車主要的火災(zāi)事故成因，究其原因，一方面是動力電池比功率和安全性的矛盾權(quán)衡所限，另一方面和鋰電池的特性有關(guān)。燃油車與電動汽車儲能（能源）裝置的火災(zāi)風(fēng)險點及其特性對比如表3所示。由儲能（能源）裝置的火災(zāi)風(fēng)險點和特性對比分析可知，燃油車和電動汽車存在明顯的區(qū)別，這是由于二者采用了不同的能源類型。相比之下，燃油車對于風(fēng)險點的防控更加容易，在大多數(shù)情況下，其風(fēng)險排查和處置也更加容易；電動汽車需要關(guān)注和控制的風(fēng)險點顯然更多，而且難度更大，一旦發(fā)生火災(zāi)事故，電動汽車施救和滅火的難度也更大。

表3 燃油車與電動汽車儲能（能源）裝置火災(zāi)風(fēng)險及特性

3 “油電一體化”汽車火災(zāi)事故調(diào)查流程及技術(shù)路線

汽車火災(zāi)事故調(diào)查一般包括如下3個調(diào)查環(huán)節(jié)：

①調(diào)查前準(zhǔn)備（器材、車輛資料、地點選擇）；

②現(xiàn)場查勘（車輛信息識別與確認、原始/變動現(xiàn)場勘驗、起火部位的認定等）；

③調(diào)查詢問（車輛履歷、火災(zāi)前后狀況、駕駛行為、異常及故障狀況）。

本文將燃油汽車、混合動力汽車以及電動汽車聚合為一類，即“油電一體化”，通過研究其調(diào)查流程以及所采用的技術(shù)路線，既可以形成統(tǒng)一的方法體系和作業(yè)表，避免調(diào)查過程的盲目和混亂，進而提升調(diào)查時效性，又可以針對我國汽車產(chǎn)業(yè)政策下“油車+混合動力+電車”多元化發(fā)展階段中出現(xiàn)的火災(zāi)事故問題，提高事故成因調(diào)查和鑒定的規(guī)范性和適應(yīng)性。

3.1 燃油車火災(zāi)事故的調(diào)查流程和技術(shù)路線

燃油車火災(zāi)事故調(diào)查流程和技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 燃油車火災(zāi)事故調(diào)查流程及技術(shù)路線

3.2 “油電一體化”汽車火災(zāi)事故調(diào)查流程和技術(shù)路線

對于混合動力汽車和純電動汽車，如果通過現(xiàn)場調(diào)查，在明確初始起火位置不在動力電池的情況下，其火災(zāi)調(diào)查流程和技術(shù)路線與燃油汽車的火災(zāi)成因調(diào)查程序無明顯差異，但電動汽車一旦是由于動力電池的原因發(fā)生火災(zāi)，燃油汽車的調(diào)查程序和技術(shù)路線將不再適用。在不能自行拆卸車輛的原則下，由生產(chǎn)者提交的報告中有關(guān)起火車輛的BMS，SOH基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及后臺數(shù)據(jù)分析便成為車輛信息核對的一項重要工作。此外，不管是否由于動力電池的故障、失控、失效造成火災(zāi)，在鑒定、調(diào)查、處置之前，均需將動力電池整體解體[4-5]。

本文考慮到汽車運用行業(yè)中燃油汽車、混合動力汽車、純電動汽車會在相當(dāng)長一段時間內(nèi)并存的情況，根據(jù)之前綜合分析的各種車型火災(zāi)風(fēng)險點以及特性，提出了“油電一體化”汽車火災(zāi)事故調(diào)查流程和技術(shù)路線，其主要內(nèi)容如圖2所示[6-8]。

圖2 “油電一體化”汽車火災(zāi)事故調(diào)查流程及技術(shù)路線

4 實證分析

4.1 火災(zāi)事故概述

某混合動力小型普通客車于2020年11月在某地一處約200 m2空地停放期間發(fā)生了火災(zāi)事故?；馂?zāi)事故發(fā)生時，該混合動力小型普通客車頭南尾北停放于該空地西南角，距該車前端約3 m處放置有飼養(yǎng)籠，車身右側(cè)距西側(cè)住宅東墻約2 m，車身左側(cè)為空地，隨時可停放其他車輛，車身尾部后方為住戶及車輛通道。

4.2 油電一體化火災(zāi)事故調(diào)查

4.2.1 起火位置和調(diào)查路徑的確定 本文利用圖2所示的“油電一體化”汽車火災(zāi)事故調(diào)查流程和技術(shù)路線對事故車輛進行勘驗。項目組通過對火災(zāi)事故車輛過火部位各部件表面高溫、炙烤及碳化物附著等痕跡物證的檢驗，發(fā)現(xiàn)該車過火區(qū)域右側(cè)較左側(cè)損傷程度嚴重，火勢由發(fā)動機艙內(nèi)部向外部蔓延，機艙右側(cè)區(qū)域過火較嚴重，初步確定初始起火位置為車輛右前部。燃燒過程中，高溫炙烤致使橡膠燃油管破裂，燃油管中的汽油噴灑至火災(zāi)環(huán)境中并參與燃燒；高溫炙烤前墻板，致使駕駛室內(nèi)工作臺及靠近前墻板安裝的空調(diào)進氣通道、鼓風(fēng)機等部件起火燃燒；高溫火焰燒熔前擋風(fēng)玻璃，引燃大頂，車輛過火情況如圖3所示。

圖3 車輛過火情況

項目組通過查勘發(fā)現(xiàn)，動力電池在火災(zāi)事故過程中啟動了電池箱火災(zāi)氣體防控裝置，因此動力電池組僅僅因為高溫烘烤而導(dǎo)致外殼輕微變形。結(jié)合之前對于初始起火位置的判斷，可以確定本次火災(zāi)事故未涉及動力電池。將動力電池拆解存放后，可以按照燃油車火災(zāi)事故調(diào)查程序?qū)κ鹿受囕v進行調(diào)查。

4.2.2 火災(zāi)事故成因分析 項目組根據(jù)事故車輛整車過火順序和初始起火位置的判斷結(jié)果，將車輛右前部作為火災(zāi)事故成因鑒定的重點區(qū)域。根據(jù)圖1所示的燃油車火災(zāi)事故調(diào)查流程和技術(shù)路線，按照由外到內(nèi)、由上向下的順序逐一排查后，發(fā)現(xiàn)該車右前減震包與右前縱梁連接處右側(cè)大燈線束存在瘤狀熔痕（以下簡稱熔珠），由此基本排除了其他的火災(zāi)成因和可能性，如圖4所示。

圖4 右側(cè)大燈線束提取瘤狀熔痕

項目組對提取的線束熔珠進行清洗制備后發(fā)現(xiàn)，熔珠表面光澤度良好；熔珠與熔斷導(dǎo)線直徑比約為1∶2，熔珠與導(dǎo)線基體間的熔痕存在明顯的熔化與未熔化分界，即熔珠與導(dǎo)線未熔化連接部位存在明顯的過渡區(qū)，且過渡區(qū)較為平滑。項目組使用掃描電鏡進行微觀檢驗后發(fā)現(xiàn)，熔珠外表面存在分布均勻的裂縫，部分熔痕過渡區(qū)表面粗糙且存在大量空洞，部分熔痕表面呈明顯的枝晶組織形貌，如圖5所示。

圖5 右側(cè)大燈線束熔珠宏觀及微觀圖片

項目組對熔珠表面成分進行了能譜分析，發(fā)現(xiàn)其表面成分主要為銅和氧，均系導(dǎo)線自身材料成分，如圖6所示。由此可知，導(dǎo)線熔斷過程中未受到周圍環(huán)境及材料的影響。

圖6 右側(cè)大燈線束熔珠表面成分能譜分析

4.2.3 火災(zāi)事故成因的確定 項目組通過觀察熔珠的宏觀及微觀表面、外部形態(tài)并結(jié)合能譜分析結(jié)果，認為導(dǎo)線熔斷后在常溫條件下冷卻形成了裂縫和孔洞，可以推斷在起火前導(dǎo)線熔斷及形成熔珠。導(dǎo)線基體和熔珠呈現(xiàn)的外觀形態(tài)，符合《電氣火災(zāi)原因技術(shù)鑒定方法》（GB/T16840）中一次短路的形態(tài)特征。

根據(jù)勘驗結(jié)果以及檢材（熔珠）檢驗結(jié)果，可以排除該車在停放期間因外部火源引發(fā)火災(zāi)的可能性；該車右前減震包與右前縱梁連接處布設(shè)的右側(cè)大燈線束在起火前存在短路過熱、形成火源的可能性，即為引發(fā)該車起火事故的原因。

5 結(jié)論

本文首先解讀了我國汽車產(chǎn)業(yè)政策，提出目前汽車火災(zāi)事故調(diào)查及成因分析對于新能源汽車適應(yīng)性較差的問題，之后通過燃油汽車和電動汽車火災(zāi)特性及風(fēng)險點的對比分析，給出了“油電一體化”汽車火災(zāi)事故調(diào)查流程和技術(shù)路線。燃油/混合動力/純電動汽車均可以采用該流程和技術(shù)路線進行火災(zāi)事故調(diào)查及成因分析，相對于傳統(tǒng)燃油汽車火災(zāi)事故調(diào)查方法，本文提出的調(diào)查流程和技術(shù)路線更加全面和科學(xué)，亦可為后續(xù)火災(zāi)事故成因分析提供新的路徑和技術(shù)選擇。

雖然我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)政策正在逐步推進，但新能源汽車在最終取代燃油車之前，仍然會與燃油車并行使用一段較長的時間?？梢灶A(yù)見在未來的15至20年，諸如本文所探索的“油電一體化”汽車火災(zāi)事故調(diào)查問題將會越來越多，需要廣大從業(yè)人員進行系統(tǒng)的、多學(xué)科交叉的研究，這樣才能順應(yīng)科學(xué)技術(shù)的變革和發(fā)展。