锂离子电池火灾调查方法

锂离子电池火灾调查方法

沈小见

（身份证号码：42900119841221XXXX广东省中山市528741）

摘要：目前，关于锂离子电池危险性的研究主要集中在其内部反应机制、热特性理论、故障中的温度变化和燃烧爆炸强度等方面。同时，还有专门针对电池的安全性能、电池的安全测试和电池运输储存安全性等方面的研究报道。而对锂离子电池燃烧过程中有毒腐蚀性气体的释放，还缺乏研究。按理，锂离子电池燃烧过程中的气体释放应是评价其火灾危险性和对环境安全性的重要指标。此外，对燃烧残留物的痕迹特征技术鉴定可为火灾调查提供技术支持，但鲜有关于锂离子电池燃烧残骸的痕迹特征研究。

关键词：锂离子；电池火灾；调查方法

1现场询问及外围调查

在事故现场进行调查时需要全面了解起火时的情况，包括火灾发现情况、火灾蔓延情况、起火场所或设备的日常运行情况、起火前人员情况及设备运行情况、用电用火情况等。由于锂离子电池火灾的特殊性，还需要掌握以下方面的信息。

1.1起火时电池的充电状态

在前期对锂离子电池引燃规律的研究中，笔者发现充电状态（下称“SOC”）对锂离子电池的引燃有着至关重要的作用。当SOC小于50%时，电池在经受外部短路过程时，升温很小，基本不具备起火的危险性；在经受外部机械损伤、过热环境时产生的起火过程也比较温和，不会发生爆炸现象。而当电池SOC小于30%时，外部短路不会对电池单体造成明显的升温作用；在经受针刺损伤时，虽然电池内部升温明显，但不会形成整体热失控，基本不会引发火灾；在经受挤压、跌落等其他机械损伤时，一般的损伤程度也不会造成电池的热失控，必须有较大的变形（如锂离子电池出现整体断裂）才能引发较高的温度或者明火；当电池经受高温环境时，需要达到150℃高温，经历较长时间才会发生比较温和的热失控。而当SOC接近0时，电池就完全不具备火灾危险性。而过充起火作为现阶段锂离子电池火灾发生概率最高的一种原因，必须是在充电过程中或者充电结束较短时间内才可能发生。在发生疑似锂电池火灾时，必须询问起火时的充电状态，这可以帮助判断锂电池火灾的可能性，给原因调查提供一定的方向性。可以询问电池是否处于充电状态、充电开始时间、充电环境、充电设备、充电时设备的状态、上次充电时间、设备使用情况等，综合判断电池的充电情况。

1.2起火时的现象

根据前期模拟实验时的锂离子电池热失控时的现象发现，锂离子电池，特别是钢壳的18650型锂离子电池，在发生热失控时都会有一个明显的电池内部气体泄漏的声音。一些情况下，这种声音会非常剧烈，可能发出类似爆炸的声音。同时，大部分的锂电池起火都会发生高温可燃气体迅速喷出，观察到的现象则是类似喷火的情况。对应的锂电池内部的可燃物会被喷射到较远的位置，形成几个位置同时起火的现象。现场调查时需要详细询问当事人看到及听到的现象，以辅助分析判断起火的原因。例如，如果火灾现场仅有18650型锂离子电池，而当事人明确事发时只看到有烟、有火苗，之后听到爆炸声等现象，则可判断锂电池内部热失控引发火灾的可能性很小，需要将注意力更多地放在电气线路短路等其他可能的原因上。

1.3电池的放置环境

在调查锂电池火灾时，需要通过外围询问及现场痕迹仔细研究锂电池起火时的放置环境，分析锂电池是否有可能经历高温或机械损伤。（1）高温环境。充电宝、手机等日常电子用品有可能被放置在暖气及其他热表面上，有可能掉入沙发角落等散热不好的地方，还有可能在炎热夏季被放置在阳光直射的位置，甚至放置于汽车前风挡内高温暴晒，这些情况都可能造成锂离子电池内部隔膜过热分解，导致内部短路，形成热失控，引发火灾。而纯电动汽车等大型用电设备在使用过程中，每一个电池都是一个发热体，由于其内部电池数量多，可能导致部分电池的环境温度异常升高，引发热失控。在调查此类火灾时，需要特别关注电池的排布情况以及散热是否充分等情况，如果起火点确定为电池舱的内部位置而非表面，更需要认真研判锂离子电池环境过热的问题。（2）机械损伤。在调查锂电池火灾，尤其是电动汽车等火灾时，需要格外关注锂离子电池在使用过程中是否有可能会发生磕碰、跌落等情况，研判电池相应的机械保护是否到位，考虑复杂工况下机械保护是否会松脱，导致电池与路面上其他坚硬、锐利的物品磕碰，引发电池损伤。设备使用过程的震动还有可能引发某些位置的导体接触不良，从而导致局部过热，该过热可能直接引发火灾，也有可能引发电池内部过热，形成电池热失控，引发起火。（3）绝缘保护。在调查电动汽车火灾时，需要对比同型号车辆的电池舱结构，分析对应的绝缘保护是否足够。

1.4电池的使用历史

模拟实验及相关的调查研究表明，锂离子电池在过充电及过放电的过程中，电池的电极上会有金属堆积，这种金属堆积是极其危险的，有可能会刺穿隔膜，引发正负极间短路，微小的短路会导致电池性能变差甚至报废，严重的短路会形成连锁反应，引发电池内部热失控，形成火灾。而反复过充电、过放电则有可能在电池内部的隔膜上形成大量或大或小的缺陷，这种缺陷的累积会导致电池发生热失控的危险性极大提高，可能会在下一次充电或是使用时引发火灾。同样的问题也会出现在其他情况上，如经受高温环境。所以，在调查锂离子电池相关火灾时，需要仔细询问调查疑似故障锂电池的使用历史，包括使用时间、充放电周期、使用频繁程度、平时使用习惯、放置位置、是否有过机械损伤等。

1.5设备异常情况

询问锂离子电池用电设备在平时使用时是否发生过异常能对电池的使用情况有一个初步的了解。尤其是电动汽车火灾，需要询问驾驶员在车辆使用过程中是否有异常现象，更要读取电池管理系统（BatteryManagementSystem，BMS）的数据，该系统记录了电动汽车的使用情况数据、电池的充放电数据，更为重要的是，现在的电动汽车电池舱内均有单体电池电压测控和每个部位电池温度的测量记录装置，电池管理系统会记录所有的异常数据。大部分电动汽车电池管理系统都会定时将主要数据上传至其电池监控平台，如果车辆烧损严重，电池管理系统过火严重不能读取数据，可要求厂家提供平台数据。通过分析这些数据，可以研判该电动汽车电池是否发生过过充电、过放电、内部短路、局部温度过高等异常情况。通过对这些异常及其发生的时序数据进行分析，可对火灾原因有一个相对准确的判断，有利于后期的深入调查。通过这些外围情况的询问，结合锂离子电池引燃实验的研究、锂离子电池原理的了解、锂离子电池火灾危险性分析、锂离子电池失效原理的掌握以及对用电设备运行机理的了解，就可以判断电池火灾的大致原因，为后续调查指明方向。

2结语

随着锂离子电池在新能源市场上的推广和应用，其火灾危险性也逐渐显现。近年来，由锂离子电池引发的火灾日益增多，引起了人们越来越多的关注。

参考文献：

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[4]陈婕，孙均利，赵敏.锂离子电池火灾实验及残留物热重分析[J].消防科学与技术，2015，34（11）：1542-1544.