电动自行车充电点火灾风险分析及防控对策研究

随着我国电动自行车保有量的快速增长，其充电安全问题日益凸显，电动自行车充电点火灾事故对人员生命财产安全造成严重威胁。本文分析了电动自行车充电特性及充电设施工作原理，探讨了电弧、短路、过充过放等原因可能引发的电池失控起火过程，对充电点火灾风险进行了多方位的分析，最后从完善产品标准、规范充电点布局、加强电气防火配置以及提升用户安全意识等方面，提出了系统的充电火灾防控对策。关键词：消防安全；电动自行车;充电点;火灾风险引言火灾不仅带来财产损失，更有可能造成人员伤亡的严重后果。在电动自行车充电点火灾事故中，大部分是由于电池自燃、充电设备故障以及用户操作不当等原因引发的。火灾暴露了当前电动自行车充电设施管理存在的诸多问题，包括产品质量、消防安全意识、监管政策等方面的缺陷。为有效预防和控制电动自行车充电点的火灾风险，本文旨在深入分析电动自行车充电火灾的形成机理，梳理火灾风险，并提出相应的防控对策。一、电动自行车充电点火灾形成机理分析（一）电动自行车充电特性分析1.电池类型与充电模式当前主流的电动自行车主要使用铅酸电池、锂离子电池、锂铁磷电池三种类型的蓄电池。铅酸电池采用恒流恒压充电方式［1］，充电过程可以划分为两个阶段。第一阶段为恒流充电，充电器以一定电流对电池充电，电压逐渐提高;当电压达到充电器的复合电压时，进入第二阶段的恒压充电，充电器保持电压恒定，电流逐渐减小，最终下降到截止电流结束充电。锂离子电池采用恒流-恒压复合式的充电模式，充电初期为恒流模式，迅速恢复电池电压;当电压达到一定值后，转为恒压模式，同时电流逐渐减小，以保护电池免受过充损害，充电终止条件为电流降到设定的截止电流值。锂铁磷电池则需要采用特殊的增补充电模式，恒流充电至一定电压后，再小电流增补充电，最后恒压充电直至充满，该模式可以补偿电池充放电过程中负极材料的磷的损耗，延长电池寿命。2.充电设施的构造和工作原理电动自行车的充电设施主要包括交流充电器、直流充电器和充电桩三类。交流充电器输入为220V/50Hz交流电，内置整流器将交流电转换为直流电;输出端子连接电池充电，直流充电器直接将直流电源经过稳压变换后为电池充电，充电桩是大功率快速充电设备，支持交流和直流两种输入电源，并通过交直流转换电路将电能传输到电池。无论何种充电设施，其工作原理都是利用电力电子设备调节电源电压或电流，输出稳定的充电电压和电流，按照所连接电池的充电特性充电。充电器通过检测电池的端电压、充电时间或温度来确定充电状态，并能根据设定的充电曲线及保护参数，在电池充满或出现故障时终止充电。充电设施一般必须集成过流、过压、欠压、温控等保护功能，其控制参数设置直接影响电池的充电安全性，其过流、短路保护功能的性能也关系到充电系统的防火安全。（二）充电点着火过程分析1.电弧、短路、过充过放电动自行车充电过程中，如果充电电压、电流以及充放电时间控制不当，极易导致电池内部产生电弧、短路以及过充、过放等异常情况，引发电池温度快速上升，以至于起火。电弧是由于电路接触不良所产生的高温放电现象，在充电过程中，如果充电接口接触不良，会在接触间隙产生电弧，使电池电解液挥发升温，严重的甚至使电极熔化，产生气体并可能引起爆炸［2］，电池接头如果接触不良也会产生电弧；短路是指电路内不同电位间意外形成低阻抗路径，使大电流产生而发热的故障状态，电池内部短路是指正负极内部意外接触，外部短路是指电池外部的正负极接触，短路会产生大电流导致电池发热，严重的可使电解液沸腾、电极熔化，产生大量气体继而发生爆炸；过充是指充电电压、电流过大或者充电时间过长，使电池内部产生气体、液体泄漏、电极材料溶解等不可逆反应；过放是指电池放电深度过大，电压降至极低水平，同样会引起电池内部不可逆损伤，过充、过放都会导致电池发热甚至出现燃烧。2.着火燃烧扩散过程当电动自行车电池出现过热现象时，会导致电解液泄漏，产生可燃气体，附近易燃物接触到高温电池和可燃气体，发生着火现象。电池燃烧的火焰温度极高，可达1000°C以上，燃烧速度快。着火后，电池内部发生的氧化还原反应会持续提供热量，推动燃烧反应。着火点所在电池会燃烧融化，大量热量辐射到周围电池，引发连环着火。同时，电池燃烧过程中产生的大量烟气，使得整个充电区域迅速充满，降低了可燃气体的爆炸下限，从而扩大燃烧态势。环绕着火电池的可燃物也会被带燃，甚至引燃房屋内部装修材料。电动自行车电池燃烧还会产生大量的有毒有害气体，如氢氟酸、一氧化碳、氟气等，对人员生命安全和消防员的灭火救援造成严重威胁［3］。着火电池会迸射熔融物，污染大面积区域，着火点附近的其他电池和充电设施也可能受损。二、电动自行车充电点火灾风险分析（一）设备隐患：充电器、电池与相关电气设施电动自行车充电过程中，充电设备自身故障是导致充电火灾的重要隐患源。主要设备隐患来自充电器、电池及相关电气设施方面。首先，市场上的充电器质量参差不齐，存在构造不合理、控制参数不匹配电池特性、保护功能不完善等隐患，劣质充电器的电源转换效率低，发热量大，输出电压波动大，无法为电池提供稳定的充电电压电流，其过充过放保护功能与电池不匹配，均可能导致电池异常发热。其次，市场上的电池质量参差不齐，存在内部短路隐患，劣质电池使用的电极材料活性差，容易产生短路，电池内部结构设计不合理，不同极片易发生接触短路，在使用过程中可能导致电池发热起火。最后，电气线路老化及选用规格不当也会导致电源供应不稳，发生漏电、短路、过载等故障。例如，一些充电点的电缆敷设随意，电缆槽未能有效防护，充电点存在私拉乱接现象，忽视了防水防潮措施，使电气设施在潮湿环境中工作等，极易发生绝缘性能下降和短路事故，加速电气设备老化。（二）人为隐患：用户充电操作不当与违规充电人为因素是导致火灾事故频发的关键问题之一。用户的充电操作不当和违规充电行为不仅增加了自身财产和生命安全风险，也给公共安全带来了严重隐患。一方面，很多用户缺乏对充电器和电池正确使用方法的认知，如使用非原厂充电器、随意更换电池或充电器组件、忽视充电器与电池型号的匹配性等，或在充电过程中使用不当，如充电时遮盖电池，妨碍散热，在充满电后不及时拔掉充电器，造成电池过充，或在电动自行车通电状态下自行拆卸维修等；另一方面，违规充电行为主要包括非法改装电动自行车增加电池容量、在公共区域私拉电线充电以及使用非法或未认证的充电设施，非法改装不仅违反了相关安全规范，而且增加了电池负荷，加剧了电池和电气系统的热负担，私拉电线充电易造成电线老化、绝缘层损坏，引发短路，使用非法或未认证的充电设施则难以保证充电安全，其材料、设计和性能可能都不符合安全标准。三、电动自行车充电点火灾防控对策（一）完善电动自行车及充电器产品标准，提高产品安全性在当前电动自行车火灾频发的形势下，完善电动自行车及充电器的产品标准，提高产品的安全性尤为重要。一是要强化电池和充电器的设计安全性，提升电动自行车电池的设计标准，在电池的正极、负极、隔膜等关键部位设置过热、过充、过放、短路等多级保护装置，一旦出现异常情况，可以快速断开电路，切断电流，有效抑制电池温度过快上升和积热风险；二是要推广使用高安全性材料，积极引导和支持电池生产企业使用易燃性差、耐高温的电极材料，选用热稳定性更高的电解液，增强电池材料系统在过热条件下的抗燃性，鼓励充电器生产企业选用阻燃外壳材料，内部线路布线采用高温绝缘材料，提高产品的防火性能［4］；三是实施定期的产品安全检测，建立电动自行车及其充电器的产品质量抽查和定期检测制度，对市场上流通的产品执行无害化处理、过充过放测试、振动测试、热冲击测试等项目检测，检查产品是否符合安全标准。定期开展充电器电源转换效率、输出稳定性等检测，确保其长期使用过程中继续符合安全生产的最新标准。（二）规范电动自行车充电点选址和布局，优化充电环境优化充电点的选址和布局，改善充电环境，是降低充电火灾风险的重要对策。一是要合理规划充电区域选址，在规划充电点位置时，应充分考虑消防通道和安全出口的设置，确保充电区域与建筑物的主要疏散通道和安全出口之间距离合理，便于人员在紧急情况下能够迅速从充电区域撤离。同时，预留必要的通道空间，保证消防车辆能够快速进入充电区域开展扑救工作；二是要优化充电站布局设计，合理规划充电站内充电设备的间距，避免过于密集的布置导致充电过程中的热量聚集，选择通风良好的场地规划充电点，采用开敞式建筑，确保充电环境具备良好的自然通风条件，快速散失充电过程中的多余热量；三是要强化对充电点环境的监控，在充电站内设置温度、湿度传感器，实时监测充电环境状态，一旦发现温湿度指标超出安全范围，立即启动补充排风、降温等措施，利用可燃气体探测器、烟雾探测器等装置，严密监测可能发生电池泄漏、起火的隐患，以便第一时间发现隐患并启动应急预案［5］。（三）加强充电点电气防火设施配置，强化日常安全管理为防范充电点火灾事故，必须强化电气防火设施配置，并建立健全日常安全管理制度。一是要完善电气防火设备，充电点必须配备手提式干粉灭火器、灭火毯等基本灭火器材，大型充电站应设置自动喷水灭火系统，一旦检测到火灾迹象，立即喷洒水雾，重要充电区域应安装消防应急照明和消防电源系统，确保火灾时照明与供电不中断；二是要定期检查电气安全，每月至少一次，对充电设施的开关插座、配电箱进行检查，检查是否有松动、发热等异常，每三个月进行一次充电机房的绝缘电阻测试和线路接地保护检查，每年更换一次电源插座和老化严重的电线电缆，电气安全检查不仅包括对设备的物理检查，还应包括对充电点电气系统的绝缘强度测试、漏电保护器功能测试和接地系统测试等［6］。（四）提高用户充电安全意识和操作规范性提高用户的充电安全意识和操作规范性，是减少充电过程中人为隐患的关键。一是要普及充电安全知识，通过社区宣传栏、小册子发放、微信公众号推送等多种方式，向电动自行车用户持续普及充电安全知识［7］。使用户明确理解何种充电行为存在安全隐患，如混合充电、低质充电器的使用以及不规范操作等可能引发的后果。增加用户的充电安全意识，使其在充电过程中自觉规范操作；二是要强化充电操作规范培训，消防部门可以监督社区定期开展充电操作规范培训，专业人员现场示范如何正确使用充电设备，讲解充电前的安全检查内容以及在充电过程中应监测的电压、电流、温度等参数，使用户掌握规范的充电操作方法；三是要建立一个有效的充电安全监督机制，包括相互监督、定期巡查以及对违规行为的及时纠正，社区或充电点管理方应加强巡查，抽查充电区域，纠正