電動車火災原因調查與痕跡物證檢測技術探討

諶世賢

摘要：結合當前電動車社會保有量持續增長和電動車火災高發的現狀，通過多案例的研究，分析了電動車火災頻發并造成重大傷亡的原因，針對電氣因素引發電動車火災的主要原因，研究了電動車蓄電池火災物證熔痕的形成機理。針對電動車電氣火災高發的特點，選擇一次短路、二次短路、外界火燒這三種常見的金屬熔痕，應用金相分析法、微觀形貌鑒別法、熔痕成分分析法等常用火災鑒定技術對實驗樣品進行鑒定，總結出不同的蓄電池火災原因與火場物證熔痕的一般對應關系，為消防人員對火災的原因調查提供了技術依據。

關鍵詞：電動車 火災調查 物證檢測 融痕

Investigation of the Causes of Electric Vehicle Fires and the Exploration of Trace Evidence Detection Technology

CHEN Shixian

（Wangcang Fire and Rescue Brigade， Guangyuan， Sichuan Province， 628200 China）

Abstract： Based on the current situation of the continuous growth of electric vehicle social ownership and the high incidence of electric vehicle fires， this article analyzes the reasons for the frequent occurrence of electric vehicle fires and causing major casualties through research on multiple cases， and studies the formation mechanism of the melted marks of physical evidence in electric vehicle battery fires according to the main causes of electric vehicle fires by electrical factors. In view of the characteristics of the high incidence of the electrical fires of electric vehicles， this paper selects the three common metal melted marks of primary short circuit， secondary short circuit and external fire， uses common fire identification techniques such as metallographic analysis， microscopic morphology identification and melted mark composition analysis to identify experimental samples， and summarizes the general corresponding relationship between different battery fire causes and the melted marks of physical evidence at the fire site， which provides technical basis for firefighters to investigate the cause of the fire.

Key Words：Electric vehicle; Fire investigation; Evidence detection; Melted mark

近年來，電動汽車火災的頻率逐年增加，造成大量人員傷亡和財產損失，引起了社會各階層和媒體的關注。如2016年8月29日凌晨2點45分，深圳一輛電動汽車在某市桑德威爾街起火，造成7人死亡^[1]。2017年5月14日上午5時36分，廣州某市平民房屋因電動車充電導致短路而起火，造成4人死亡^[1]。這些事故只是許多電動車火災的縮影，但它們也讓我們更深刻地意識到電動車火災造成的嚴重后果。

在電動車火災的情況下，需要考慮許多常見問題。首先，大多數電動車火災發生在電動車充電期間，大多數發生在夜間，主要發生在建筑物的一層。其次，電動車本身的設計存在缺陷，這是電動車著火的主要原因。市場上的一些電動車在生產過程中沒有短路保護，而其他電動車在安裝時沒有連接到電路^[2]。由于維護期間也允許拆卸，許多電動車在運行期間沒有必要的短路保護。除此之外，一些車主的日常維護不足，過度使用或充電時間過長也是電動車著火的重要原因。

1電動車火災案例的共性分析

通過收集整理某市2018—2022年期間發生的80起電動車火災案例的調查結果，分別從火災發生的時間、區域、地點和原因等方面進行分析，共性情況如圖1所示。

2電動車蓄電池引發火災的原因分析

經過多年眾多學者對蓄電池引發的電動車火災進行調查研究，現歸納出鉛酸蓄電池發生火災的一般性原因，引發火災的因素如圖2所示。

3 電動車火災痕跡物證檢測技術

從上述分析可以看出，電動車火災主要是由電氣火災因素引起的。電氣火災熔痕主要是指短路熔痕，可分為一次短路熔痕和二次短路熔痕^[3]。火災前會出現一次短路熔化痕跡，在導線中形成瞬時短路，熔化高溫金屬導線，并在熱線附近產生大量燃料。如果火災現場有一次短路熔化跡象，火災的原因可能是電線短路。出現二次短路熔化痕跡是因為電路處于接通狀態，由于外部火焰或高溫，導線絕緣皮燒傷，金屬芯暴露，短路熔化后形成痕跡。無電熔痕主要是指火熔痕，電氣設備金屬部件的殘余熔痕。通常，當火焰的溫度超過這些物體的熔點時，線材、線夾、線圈繞組、插入物等導電表面通常會出現不同形式的熔點，如軟化、熔化腫瘤、蒸發孔等。火災發生后，這些金屬物體的形態特征也存在于各個部位。

3.1金相組織分析

使用金相分析法鑒定電氣火災，主要是觀察導線的微觀結構在電氣作用下與在火災熱作用下的區別，并根據其各自的顯微組織特征對火災原因進行判斷。以下將根據前面實驗所制得的熔痕進行金相分析，并對不同條件下形成的熔痕的金相微觀組織特征進行表述與歸納^[4]。

將實驗獲得的熔痕用酒精擦拭表面后用牙托粉和自凝牙托水混合調勻液把熔痕樣品凝固在模具中制成金相試樣，金相試樣經過打磨、拋光等工序后用FeCl3鹽酸溶液進行腐蝕，最后用金相顯微鏡（Leica DM5000）對樣品的晶粒形狀大小、氣孔多少等微觀組織進行觀察分析。

3.1.1 一次短路熔痕的金相組織特征

觀察實驗樣品的一次短路金相，如圖3所示，熔痕的金相組織主要是細小且排列緊密的胞狀晶和樹枝態柱狀晶組成，晶界較小且晶格分割明顯，晶粒均勻地分布在多股銅線的截面組織之間，同時可以清晰地觀察到明顯的過渡區，金相組織中只存在少量孔洞。

3.1.2 二次短路熔痕的金相組織特征

如圖4所示，二次短路熔痕的金相組織主要由粗大的柱狀晶和一些大晶界構成，其微觀組織中存在較多的大孔洞，無明顯的過渡區。

3.1.3 火燒熔痕的金相組織特征

如圖5所示，火燒熔痕的金相顯微組織通常都是粗大的等軸晶，打磨拋光后的試樣磨面比較光滑，其金相組織孔洞較少，有時能觀察到狹長裂縫。

3.2微觀形貌特征分析

微觀形貌鑒別法作為火災原因技術鑒定的一種重要方法，它有著圖像分辨率高、景深大、圖像清晰等特點，同時它也可以在不破壞火災現場殘留物痕跡的情況下直接對樣品進行檢測，尤其是對不便制樣的微小痕跡的檢測更是具有絕對性的優勢。由于不同的火場條件會影響著熔痕的微觀形貌的形成，故下面將使用SEM法對實驗制取的樣品進行分析，觀察出各種條件下熔痕的微觀形貌特征^[5]。

3.2.1 一次短路熔痕的微觀形貌特征

如圖6所示，在掃描電鏡下觀察可以發現多股銅線一次短路熔痕與導線的連接處不存在明顯的過渡區，熔痕表面相對比較光滑且存在少量的圓形氣孔和凹坑，同時部分表面可以觀察到有多邊形結構組織存在。

3.2.2 二次短路熔痕的微觀形貌特征

如圖7所示，多股銅線的二次短路熔痕與導線間過渡區比一次短路明顯，熔痕表面粗糙不平，有較多的坑洞且表面分布較多的碎屑和雜質，在200倍的圖中可以看到樹枝狀微觀結構。

3.2.3 火燒熔痕的微觀形貌特征

火燒熔痕一般存在于導線熔斷處的端部，形狀通常呈圓球狀，熔珠與導線之間過渡較為平滑。熔珠表面具有金屬光澤，幾乎不存在氣孔與坑洞，有少量碎屑均布在熔珠表面，熔珠的部分表面存在較小的晶狀結構。

3.3熔痕成分分析

火場環境的錯綜復雜，導線的熔痕成分由于不同的環境氣氛必然會殘留一定特征存在差別。依據該原理，本文下面觀察和測定實驗制取的多種銅導線熔痕，研究不同環境條件下導線短路熔痕的成分特征，為分析認定火災事故原因提供科學的參考依據^[6]。

發生火災時，周圍環境的氣體與雜志在導線由于電熱或者火燒的高溫作用下開始熔化時或多或少的進入到融化了的金屬當中，所以火災現場的環境氣氛的某些信息會保留在導線的熔痕中。通過采用EDS成分分析，發現銅導線在不同條件下形成的熔痕里面的元素成分有著明顯的差別。

4 結語

本文結合當前電動車社會保有量持續增長和電動車火災高發的現狀，通過多案例的研究，分析了電動車火災頻發并造成重大傷亡的原因，針對電氣因素引發電動車火災的主要原因，研究了電動車蓄電池火災物證熔痕的形成機理，結論具體如下。

（1）火災事故中一次短路熔痕外觀上往往是不規整的球形并與原金屬導線間存在明顯的過渡區。通過電鏡觀察，其外表面相對光滑、有少量氣孔。但二次短路熔痕表面一般會被火災煙熏得比較黑。通過電鏡觀察發現，熔痕表面粗糙不平且坑洞較多，存在較多的雜亂的樹枝狀微觀結構。（2）一次短路熔痕截面金相組織主要是細小的胞狀晶及樹枝狀晶，晶界分割明顯，金相孔洞小且少，主要成分元素為Cu、C和O，幾乎不含Cl。二次短路熔痕截面金相組織主要是粗大的共軸柱狀晶，孔洞一般較大。由于二次短路熔痕形成時周圍環境處于高溫火場狀態，C和Cl含量均明顯比一次短路熔痕高。

參考文獻

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