电动自行车蓄电池及充电器起火原因及防范对策研究

作者简介：谢枸棉，男，1983年，汉，海南省海口市，学大学本科，中级专业技术职务，研究方向：防火监督。

摘要：本文针对电动自行车蓄电池及充电器起火问题进行了深入研究。首先分析了起火的主要原因，包括蓄电池过充电、充电器故障、劣质电池和充电器等。接着，文章从多个角度探讨了预防电动自行车蓄电池及充电器起火的对策，包括提高产品质量、规范使用和维护等。通过这些对策的实施，可以有效地减少电动自行车蓄电池及充电器起火事故的发生，保障人们的生命财产安全。本研究对于电动自行车的安全使用和管理具有一定的指导意义。

关键词：电动自行车；蓄电池；充电器；起火原因；对策

引言

随着电动自行车在日常生活中的应用越来越广泛，其安全问题也逐渐成为公众关注的焦点。作为电动自行车的重要组成部分，蓄电池及充电器在提供动力的同时也承担着一定的安全风险。近年来，由于蓄电池及充电器引发的火灾事故频频发生，给人们的生命财产安全带来了严重威胁。这些事故不仅造成了巨大的经济损失，也引发了人们对电动自行车安全的担忧。因此，对电动自行车蓄电池及充电器起火原因进行深入探讨，并提出有效的预防对策，具有重要的现实意义和社会价值。

本研究旨在全面分析电动自行车蓄电池及充电器起火的主要原因，包括蓄电池过充电、充电器故障、劣质电池和充电器等。通过深入调查和分析，我们将提出针对性的预防对策，如提高产品质量、规范使用和维护、推广智能充电技术等。这些对策将有助于降低电动自行车蓄电池及充电器引发火灾事故的概率，保障生命财产安全。

1.电动自行车蓄电池起火原因分析

1.1劣质电池的问题

从劣质电池的角度分析，电动自行车锂离子蓄电池起火的原因主要包括制造材料低劣和电路设计不合理两个方面。

首先，制造材料低劣是导致电池起火的重要原因之一。一些劣质电池为了降低成本，采用低劣的材料制作电池，如使用质量不合格的电极材料、电解液等。这些低劣的材料在充电和放电过程中容易发生化学反应，产生大量的热量和气体，引发电池起火。其次，电路设计不合理也是导致电池起火的原因之一。电池的电路设计应该能够有效地控制电池的充放电过程，防止过充和过放。然而，一些劣质电池的电路设计可能存在缺陷，如缺乏过充、过放保护功能等，这使得电池在过度充电或过度放电时容易发生热失控，引发火灾。

1.2过充电与欠充电

首先，过充电和欠充电都会对电池造成损害，增加电池起火的风险。过充电时，电池会过度充满电，导致正极材料中的锂离子嵌入负极材料中过多，形成锂枝晶。锂枝晶会刺穿隔膜，导致电池内部短路，产生大量的热量和气体，引发电池起火。而欠充电时，电池中的锂离子数量不足，使得负极材料变得不稳定，容易与电解液发生反应，产生气体和热量，引发火灾。

其次，热失控也是导致电池起火的重要原因之一。当电池在过充或过放的过程中产生大量的热量时，如果热量无法得到有效的散发和控制，就会导致电池温度持续升高，引发热失控。热失控会使电池内部的化学反应加速，产生更多的热量和气体，最终导致电池起火。

1.3电池内部短路

机械滥用导致的短路是电池起火的一个重要原因。在电动自行车的使用过程中，如果电池受到挤压、碰撞、穿刺等机械滥用行为，可能会导致电池内部的正负极直接接触，形成短路。短路会产生大量的热量和电流，导致电池温度迅速升高，引发热失控和起火。

其次，制造缺陷也是导致电池内部短路的重要原因之一。在电池的制造过程中，如果存在制造缺陷，如电极边缘的绝缘材料破损、隔膜质量不合格等，都可能引发电池内部短路。这些制造缺陷可能在电池出厂时不会立即显现，但在长时间使用或不当使用条件下，缺陷会逐渐恶化，最终导致电池起火。

1.4外部热源与电池起火

电池热管理的缺失是导致电池起火的一个重要原因。锂离子蓄电池在充放电过程中会产生大量的热量，如果这些热量不能得到有效的散发和控制，就会导致电池温度升高，引发热失控和起火。如果电池的热管理系统设计不合理或者出现故障，无法有效地控制电池的温度，就会增加电池起火的风险。

其次，外部火源的引燃也是导致电池起火的一个原因。在电动自行车的停放和使用过程中，如果周围存在火源，如烟蒂、火焰等，都可能引燃电池的外壳或者泄漏的电解液，导致电池起火。此外，在发生交通事故等意外情况时，外部火源也可能引燃电池。

1.5实例分析

电动自行车使用新型铅酸蓄电池时，新旧蓄电池的充电温度特性如图1所示，两种蓄电池充电时的表面温度均低于22℃，最高低于15℃，最高点出现在充电器恒流至瞬时恒定时新旧蓄电池的表面温度曲线上。对应于电压阶段的过渡点，从该点开始充电电流逐渐减小，最后在浮充阶段充电电流降至0A，因此蓄电池表面温度逐渐降低。旧电池表面温度达到最大值的时间早于新电池，这说明旧电池容量已经不足，充电时间较短，旧电池内阻高于新电池，表面最高温度高于新电池。

图2显示了新旧铅酸电池在15°C环境中以10A恒定电流放电时的表面温度曲线。从图中可以看出，铅酸电池的表面温度在放电过程中有所上升，说明铅酸电池内部的化学反应没有发生变化，新电池的表面温度略高于旧电池。

1.6 铅酸电池起火原因

铅酸电池起火的原因主要有以下几个方面：

过充导致电池内部电解液中的水分解：当电池过充时，内部的电解液中的水会分解产生氢气和氧气。如果气压过大，可能导致电池壳体破裂。此时，电池内部的电路可能会出现问题，从而引发氢气和氧气的燃烧，甚至发生爆炸。

电池排气孔被堵塞：如果电池的排气孔被堵塞，也可能导致上述情况的发生。

电池内部虚接：电池内部如果有虚接的情况，那么在行驶过程中可能会出现时断时续的情况，此时容易产生火花等异常情况，相当于引爆了氢气和氧气。

充电环境不当：如果充电环境不通风，或者充电设备老化、质量有问题，也可能导致电池起火。

热失控：铅酸蓄电池在充电和放电过程中都会产生热量，如果热量没有及时排出，可能会导致电池热失控，进而引发火灾。

2.电动自行车充电器起火原因分析

2.1充电器内部短路

元件的老化和损坏是导致充电器内部短路的重要原因之一。充电器中的元件，如电阻、电容、二极管等，随着使用时间的增长和电流的流动，可能会出现老化或损坏的现象。这些元件的老化或损坏可能会导致其绝缘性能下降，引发短路。短路会产生大量的热量和电流，如果热量无法得到有效的散发和控制，就会导致充电器起火。

其次，制造工艺问题也是导致充电器内部短路的一个重要原因。在充电器的制造过程中，如果存在制造工艺问题，如焊接不良、元件排列不当、绝缘处理不当等，都可能引发短路。这些问题可能在充电器出厂时不会立即显现，但在长时间使用或不当使用条件下，问题会逐渐恶化，最终导致充电器起火。

2.2充电器过载

一些用户在使用充电器时，可能会将多个电动自行车电池同时充电，或者使用不配套的电池充电，这会导致充电器的负载过大，产生过高的热量和电流。如果热量和电流超出了充电器的承受范围，就会导致充电器起火。

其次，一些劣质的充电器为了降低成本，可能会采用较小的元件和材料来制作充电器，这使得充电器的承载能力有限。如果用户长时间使用充电器或者多次使用充电器充电，就会使充电器的负载逐渐增加，最终导致充电器过载和起火。

2.3散热不良与温度升高

充电器的散热主要依靠风扇进行，如果风扇出现故障或者被堵塞，就会导致充电器内部的热量无法有效地散发出去，温度持续升高。如果温度超过了充电器的承受范围，就会引发火灾。充电器的热管理系统设计应该能够有效地控制充电器的温度，防止过热。然而，一些劣质的充电器为了降低成本，可能会采用简化的热管理系统，导致充电器的散热效果不佳。这种热管理设计的不足会导致充电器在充电过程中温度升高，增加起火的风险。

2.4电路设计问题与电荷聚集

在充电器的电路设计中，如果布局不合理，如元件排列混乱、线路过于紧凑等，这些不合理的电路布局可能导致电流过大、短路、过热等问题，增加充电器起火的风险。其次，在充电过程中，电池和充电器之间会有电荷的转移和聚集。如果电荷聚集过多或者聚集的电荷不能得到有效的导出和消散，就会产生过高的电压和电流，引发电弧和火花。这些电弧和火花可能引燃周围的易燃物质，导致火灾。

2.5劣质充电器的问题

一些劣质的充电器为了降低成本，可能会采用低质量的元件和材料制作充电器。这些不合格的元件和材料可能存在缺陷或质量问题，如绝缘性能差、导电性能不稳定等，这会增加充电器的故障率和起火风险。

其次，一些劣质的充电器在生产和销售过程中，可能没有经过严格的安全检测和认证，或者使用了不合规的检测和认证标志。这使得充电器在质量、安全性能和使用寿命等方面存在较大问题，增加了充电器起火的风险。

2.6相关分析

电压曲线的A至B阶段为标准电流阶段，A点为铅酸蓄电池组的临界低电压状态，即蓄电池组的放电压缩端电压，如果低于该状态，则电动车无法启动，与该蓄电池组适配的电动车启动电压必须至少为42V（一个区块的缓冲电压至少为10.5V）。当充电功率增加到B点时，电池组的钳位电压应逐渐增加。B点是铅酸蓄电池的最大充电电压，为58.8V（每个电池单元的平均电压为14.7V），如果电压高于此值，蓄电池本身就会损坏。这是因为BE点是水平的，这意味着在这一阶段充电时电压会保持在58.8V。

3.电动自行车蓄电池及充电器起火的防范对策

3.1提高产品质量与安全性能

电动自行车的使用者多为底层民众，在此呼吁提高电动自行车电池的生产设计标准，电池和充电器的制造过程中严格选用符合标准、质量可靠的原材料和元器件，如优质的电极材料、电解液、电子元件等，在源头上有效提高产品的性能和可靠性，降低因材料和元件缺陷导致的起火风险。

其次，加强安全检测和认证体系也是提高产品质量和安全性能的关键措施。制造商应该建立完善的安全检测和认证体系，对电池和充电器进行严格的安全性能测试，如过充电、过放电、短路、温度等方面的测试。同时，应该加强与权威认证机构的合作，确保产品符合相关标准和规定，获得相应的认证标志。这样可以提高消费者对产品的信任度，降低因安全性能不足导致的起火风险。

此外，为了提高产品质量和安全性能，还可以采取其他措施，如加强生产过程的控制、提高制造工艺水平、加强产品的可靠性测试等。这些措施可以有效降低产品的故障率和安全隐患，提高电动自行车蓄电池及充电器的安全性能和使用寿命。

3.2优化电池和充电器的设计

电池和充电器的热管理应该能够有效地控制温度，防止过热。可以采用先进的热设计，如增加散热面积、优化散热通道、采用高效的散热材料等，提高散热性能。此外，充电器的设计也可以考虑采用智能温度控制技术，根据温度变化自动调整充电电流和电压，防止过热。

加强过载和短路保护功能也是优化电池和充电器设计的重要方面。过载和短路是导致起火的重要原因之一，因此，电池和充电器应该具备相应的保护功能。可以在电池和充电器中增加过载和短路保护电路，当出现过载或短路时，保护电路可以自动切断电源或降低电流，防止事故扩大。

为了优化电池和充电器的设计，还可以考虑其他措施，如提高制造工艺水平、加强产品的可靠性测试等。这些措施可以有效降低产品的故障率和安全隐患，提高电动自行车蓄电池及充电器的安全性能和使用寿命。

3.3提升用户的安全意识与使用习惯

制造商和销售方应该加强用户教育，提供相应的使用和保养指南，指导用户正确使用和保养电动自行车及充电器。例如，避免过度充电和放电、使用配套的充电器、定期检查电池和充电器的状态、禁止擅自改造电路造成电池放电超荷等。此外，用户也应该注意不购买和使用劣质充电器和电池，以降低起火风险。

其次，电动自行车在充电过程中，电池和充电器会产生热量，此时充电场所的通风透气，有利于电池和充电器散热，延长元器件使用寿命，降低火灾风险。

此外，为了提升用户的安全意识与使用习惯，还可以采取其他措施，如加强宣传和推广、建立用户社区和论坛等。这些措施可以增加用户对电动自行车及充电器安全使用的了解和认识，提高他们的安全意识和习惯。

4.结束语

在电动自行车蓄电池及充电器起火问题上，我们深入探讨了起火的主要原因，包括蓄电池过充电、充电器故障、劣质电池和充电器等。为了解决这些问题，我们提出了针对性的预防对策，如提高产品质量、规范使用和维护等。这些对策的实施将有助于降低电动自行车蓄电池及充电器起火事故的发生率，保障人们的出行安全。

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