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电动汽车碰撞起火原因鉴定方法研究
2021-12-22 00:40:00· 来源：电动学堂 作者：卜德军等
文章来源：1.北京中机车辆司法鉴定中心2.北京市公安交通司法鉴定中心0引言电动汽车是我国一项新兴产业，也是大力发展的支柱产业。国务院办公厅《新能源汽车发展
文章来源：1.北京中机车辆司法鉴定中心2.北京市公安交通司法鉴定中心
0引言
电动汽车是我国一项新兴产业，也是大力发展的支柱产业。国务院办公厅《新能源汽车发展规划2021-2035年》提出：到2025年新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的20%左右，到2035年纯电动汽车成为新销售车辆的主流，公共领域用车全面电动化，有效促进节能减水平和社会运行效率的提升。然而电动汽车高速发展、保有量增速变快的同时也随之带来了高频的电动汽车碰撞起火事故，电动汽车碰撞起火极易造成人身伤害和财产损失，也直接打击了消费者对电动汽车的信心，电动汽车碰撞起火是制约我国电动汽车下一步发展的卡脖子难题。电动汽车碰撞起火原因不同于传统燃油汽车碰撞起火，其起火原因可能是电路故障、燃油泄漏，动力电池组挤压变形引发内外短路，也可能是多种因素共同导致起火，电动汽车起火具有易触发、潜伏性强、多诱因等特点。因此电动汽车碰撞起火原因的检验鉴定分析不仅需要多种鉴定方法共同介入，而且还需要对车辆进行有条理、全方位的勘验，以得到准确的鉴定结论。
1电动汽车碰撞起火原因
1.1电子部件及线路起火
电动汽车碰撞导致车体发生塑性形变，可能致使车辆电子部件及线路移位、破损造成短路或产生电弧，尤其是电池引出线，该线路电流大更容易产生电弧。电动汽车内部密集分布着各种易燃物，由于短路和电弧产热进而引燃周围可燃物造成起火。
1.2油液泄漏起火
电动汽车包含混合动力汽车，混合动力汽车含有发动机系统，同时电动汽车包含其他易燃液体，由于碰撞导致供油管路破裂，泄漏的易燃油液遇到电线短路或电火花、排气系统等的高温部件起火燃烧。
1.3动力电池起火
电动汽车与传统燃油汽车结构不同，传统燃油汽车通过刚性轴实现能量传输，电动车则通过软性高压线缆实现能量传输；且受水箱、发动机、变速箱等装配结构差异，电动汽车前部与传统燃油汽车结构不同，因此电动汽车的刚度要弱于传统燃油汽车。由于电动汽车碰撞会给车辆带来猛烈冲击，身结构强度较弱的电动汽车造成更为严重的塑形变形，这导致动力电池组及单体电池结构变形，而动力电池组和单体电池的损伤可能致使动力电池发生外部短路和内部短路，如图1所示。
1.3.1外部短路
激烈的碰撞冲击导致电池箱变形或破裂，进而导致电池组线柱错位，引发外部短路。在脱离防护切断电流的状况下，外部短路产生的强电流引起电池急剧升温→电解液蒸发鼓张→可燃气体冲破电池壳体→遇明火或电弧燃烧，也可能温度升至热失控阈值时SEI膜分解，而SEI膜分解可导致→电解液与负极反应→正极分解→电解液分解→内短路→电解液燃烧。
1.3.2内部短路
激烈的碰撞冲击导致电池箱变形的同时也可能造成单体电池被挤压、刺穿，引起内部短路。内部短路会导致单体电池升温，从而也出现了温度上升至热失控阈值→SEI膜分解→电解液与负极反应→正极分解→电解液分解→内短路→电解液燃烧的燃烧机理。
2电动汽车起火原因鉴定技术
2.1电子部件及线路起火鉴定技术
2.1.1剩磁法
可以吸引铁、镍、钴等金属的特性称为磁性。电流的磁效应(通电可产生磁)：奥斯特研究得出，任何通电导线都可以在该导线附近产生磁场，此现象称为电流的磁效应。非磁性金属通以电流，却可产生磁场，其效果与磁铁建立的磁场相同；在通电的电流周围产生磁场，而附近有铁磁体被磁化，当电流消失后，磁场没有完全逸去，而是保留磁性，这种现象称之为剩磁现象。根据毕奥—萨伐尔定律，载流直导线上的电流元Idl在真空中某点P的磁感度dB的大小与电流元Idl的大小成正比，与电流元Idl和从电流元到P点的位矢r之间的夹角θ的正弦成正比，与位矢r的大小的平方成反比，即空间点场强的大小与空间点到导线的距离的平方呈反比，与电流大小呈正比[3]。国家标准《电气火灾原因技术鉴定方法第2部分：剩磁法》（GB16840.2—1997）原理部分指出：由于电流的磁效应，在电流周围的空间会产生磁场，处于磁场中的铁磁体受到磁化作用，当电流失去后磁场消失，但铁磁体仍能保持一定磁性。处于磁场中的铁磁体被磁化后磁性的大小与电流的强弱有关，当线路发生短路时，将会瞬时产生异常大电流，从而出现具有相当强度的磁场，铁磁体也随之受到强磁化作用而保持较大的磁性，当电动汽车碰撞发生线路短路起火的情形时，由于短路时电流极大，会在导线附近的铁磁体产生较大的剩磁，应用剩磁检测技术，可对短路位置进行判别，调查事故的起火点。
电动汽车电气线路短路，如其周围无铁磁体的状况时就不会产生剩磁；电动汽车线束中含有高压电缆，车体变形造成高压电缆移位的同时也可能在电动汽车的车身铁磁体处产生较大的剩磁。以上两种状况应用剩磁检验技术无法检验其起火原因，基于此，笔者引入宏观法和金相法。
2.1.2宏观法和金相法
国家标准《电气火灾原因技术鉴定方法第4部分：金相法》（GB16840.4—1997）原理部分指出：铜铝导线无论是受一次短路还是二次短路作用，除全部烧尽外，一般均能勘查到熔痕（尤其是铜导线）。导线的一次短路熔痕是由于导线自身短路造成导线高温融化，导线的二次短路熔痕是由于导线处于通电状态下被外界火源高温烧烤造成导线高温融化。其根本形成机理不同造成了冷却时间、短路时环境温度和气氛等因素有所差异，这导致了熔痕形成各自不同的特征。
根据以上熔痕的宏观和金相组织差异，对勘查提取的熔痕进行宏观和金相组织分析，可判断熔痕的形成机理，进而分析起火原因。
宏观法和金相法通过对电子部件及线路起火遗留的特征痕迹差异对比进行检验，推断起火机理。值得注意的是交通事故车辆损坏严重，存在熔痕灭失和覆盖和熔痕全部烧尽的情形。此状况下应用宏观法和金相法无法对该类痕迹进行检验，故电子部件及线路起火鉴定结合上述中剩磁法，从剩磁角度进行分析。
2.2油液泄漏起火鉴定技术
电动汽车油液起火鉴定分析过程中，需对车辆是否存在易燃油液泄漏的情形鉴定分析，即识别车辆起火区域是否存在易燃油液残留物和其种属，基于此应用气相色谱-质谱法对火烧残留物进行种属鉴别。气相色谱仪中色谱柱的固定相和流体相与汽化后的试样相互作用，汽化试样内部不同成分的物理性质和化学性质不同，与固定相的相互作用也就不同，在固定相和流体相的分配系数不同，多次分配并随流动相向前移动，不同组分的运行速度有所差异，吸附力弱的组分先离开色谱柱，吸附力强的组分后离开色谱柱；质谱分析是测量带电离子的质荷比，试样不同组分的分子受电子轰击产生电离，形成分子离子，分子离子按化合物自身规律进一步分裂，生成一系列组分的碎片离子，将不同质量的离子和其的多少按质荷比记录，得出总离子流质谱图，利用总离子流色谱图和提取离子流色谱图辨别特征谱峰来定性地判定易燃液体的特性，进而分析被鉴样本的种属。
通过对火烧残留物种属的鉴定分析，判断是否存在易燃油液以及油液的种类，能够为明确勘查方向，分析起火原因提供重要依据，此方法基本满足了油液起火分析的鉴定要求。
2.3动力电池起火鉴定技术
2.3.1X射线-CT三维成像-电池拆解联用法
电动汽车碰撞起火事故中车辆烧损严重，电池组严重炭化，用肉眼难以勘查电池的真实损坏痕迹，进而给事故成因分析带来难度。X射线可穿透电池金属壳/保护壳，观察内部构造。基于此应用X射线成像和CT三维成像等技术无损检验单体电池和电池组的内部微观状况，结合对疑似短路的单体电池进行拆解分析，可以确定动力电池的起火原因是某一单体电池或某电池模组。X射线成像运用针孔、投影、波带片、微探针、全息、自干涉等成像技术将单体电池及电池组的内部结构状况进行了差异性描述；CT三维成像扫描则是应用投影的傅里叶变换就得待测样品断层，并重构空间结构。一般来讲X射线成像的样片中暗区为物质分布较密集的区域，亮区则是物质分布相对较稀薄的区域，但更应注意的是电池不是平面结构，而是立体结构，得到的样片是一个叠加图片，所以不能真实反应被测样片的状况。基于此采用X射线-CT三维成像-电池拆解联用法，通过不同的角度将被鉴样品全角度照射成像，再将这些图像应用特殊计算机三维重构，得到被鉴样品的三维重构图像和切片的CT图像，由此还原被鉴样品的真实内部特征。通过分析单体电池和电池组的内部特征（痕迹走向和缺失状况），进而得出中期的判断依据。将疑似短路的单体电池或电池组短路区域进行拆解，最终验证结论。
此方法实现了无损检验，规避了破坏证据的风险。通过成像分析，避免破坏性拆解的同时也提升了勘查效率，尽早明确了勘查方向，细化了勘查重点。在勘查动力电池本体的同时，其电池管理系统（BatteryManagementSystem,BMS）也可能提供更多有价值的数据，基于此需对BMS数据进行提取分析。
2.3.2BMS数据分析技术
BMS系统中记录了被鉴车辆的使用状况，电池组内每个单体电池的电压数据和温度数据以及异常情况，这些数据日志会实时备份至车载SD卡中，定期发送至服务器，由于电动汽车碰撞起火类形态事故车辆烧损较为严重，在提取、恢复SD卡数据的同时也应及时向数据平台下载事故时的相关数据。
BMS数据描述的电池状况更为全面，涵盖时间跨度更广，同时也规避了主观臆断的风险，具备重要参考意义。
2.3.3电池电压测试技术
应用万用表可测试所有电池模组的电压，形成整体电压参数统计表格，进行整体对比分析，分析电池损坏特点。
万用表廉价便捷，数据生成快，读取的数据也较为精准，是目前司法鉴定行业的主流仪器。电池电压测试技术是一种应用广泛的鉴定方法，在动力电池损坏程度较轻状况下是优选方法。
3电动汽车碰撞起火原因勘查技术方法
3.1事故现场勘查
电动汽车碰撞起火原因勘查首先应确认、排除危险因素，然后对与事故现场环境状况、与其他车辆接触形态等相结合，分析被鉴车辆与事故现场、其他车辆的接触部位及形态，初步判断起火原因是碰撞直接/间接导致，具体勘查内容包括：
（1）检查是否存在可燃有毒气体、爆炸、次生交通事故等危险因素；
（2）事故现场的树木、交通设施、建筑物等固定物的损坏状况，勘查其痕迹长度、宽度、距地高度以及是否附着有烟熏痕迹及火烧残留物，判断与被鉴车辆对应的接触部位；
（3）其他车辆损坏损坏状况，损坏部位、损坏宽度、
凹陷变形深度等，判断与被鉴车辆对应的接触部位；
（4）地面是否留有燃烧残留物及脱落零部件，采集燃烧残留物，勘查脱落零部件的表面痕迹和断口形态。
3.2被鉴车辆整体勘查及标注
按照由前向后，由上向下的顺序，对被鉴车辆进行整体检验，检验被鉴车辆的烧损状态和程度，初步判断火烧趋势和起火部位。以车辆左前部为起始位置，如图4所示，首先将车辆整体分为八个区域，按区域、总成、零部件，方位（由前向后、由左向右、由上向下）的规则将痕迹多级标注，生成勘查作业记录册痕迹，勘查照片以标注序号作为前缀。
通过此勘查和标注方法将勘查作业分成多个级层，使得痕迹检验、记录工分析工作有条理，清晰有序，鉴定流程标准化，规范化；勘查照片文件名多层级命名，将勘查照片重新排序，使得关联性强的痕迹照片集中化，方便案件整体的分析。
3.3电子部件及导线检验
重点勘查车辆电池附近区域，采集电缆电线相关熔痕，同时对车辆起动系统、充电系统、灯光信号系统、仪表监测显示系统、动力电池控制系统、辅助设备控制系统、ABS与ESP系统、安全气囊系统、空调系统、音视系统等电子部件及导线的烧损情况进行检验，检验是否存在熔痕或其它短路痕迹，必要情况下对导线位置进行复位，对熔痕进行标记，应用特斯拉计进行剩磁检验，记录测量数据，进行对比分析，必要状况下对该部件区域进行模拟实验，还原事故时的电流值；应用金相显微镜对熔痕进行检验，若排除火烧熔痕，需进一步检验所采集痕迹是一次熔痕还是二次熔痕，进而判断起火部位和起火原因。
3.4发动机及油液管路检验和残留汽油提取
3.4.1发动机及油液管路检验
将被鉴车辆举升，着重勘查发动机及油液管路，检验是否存在破损致漏情形，勘查高温部件周边颜色异常部位。通过直接或应用脱脂棉擦拭采集对应烟尘痕迹，应用本文所述的气相色谱-质谱法对烟尘进行种属鉴别，鉴定采集物证中是否含有油液生成物及残留物，判断起火原因。
3.4.2残留汽油提取
与常规痕迹物证采集方法不同，残留汽油一般有含量极为微少、事故时或救援过程中与其他燃烧产物掺杂、易挥发等特点，采集出极少量并将其净化至具备鉴定条件的残留物是此检验鉴定环节中的技术关键，更是前提。具体方法包括：
(1)溶剂提取法。此方法适用于被消防措施处理后的情形，应用石油醚、正己醚、乙醚、二硫化碳等溶剂，将残留物反复在溶剂中转移，反复提取，将残留物中的绝大部分汽油提取出来。
(2)固相微萃取法。将萃取针管穿过样品瓶密封垫插入样品瓶中，推出萃取头侵入样品中进行吸附，吸附完成后收回萃取头，拔出针管完成萃取（汽油残留物的加热温度为43-53℃，加热时间为6-10min）。
3.5动力电池检验
将被鉴车辆升举，勘查被鉴车辆底盘的燃烧痕迹，判断电池组区域火焰蔓延位置的烧损程度是否重于周围区域；将电池组整体拆卸脱离车体检验，判断碰撞是否波及电池箱，电池箱是否损坏变形，电池箱是否腐蚀变色，是否存在局部鼓包现象；测量所有电池模组的电池电压，形成数据表格，分析数据差异；电池组中单体电池及导线是否异常连接，检验分析是否存在外部短路状况；单体电池是否存在挤压变形状况；将部分疑似损坏电池模组切割拆分，后续进行X射线-CT三维成像-电池拆解联用技术勘查，在X射线成像勘验中，一对一拍摄多种图片，每张图片都与下一张角度有所不同，使得图片不易混杂，勘查动力电池组及单体电池的内部状况，观察电池模组、单体电池的连接状态和单体电池内部的微观形貌；对影像显示损坏的电池及电池模组进行拆解，进一步验证结论。
3.6起火证据判别依据
GC/MS法检测通过提取的残留汽油总离子流色谱与特征离子谱的特点，以及汽油总离子流色谱与特征离子谱判别。X射线-CT三维成像-电池拆解联用法应结合不同类型电池的设计原理，分析起火因果关系，两种方法在实际鉴定工作中具体问题具体分析。
剩磁法在电动汽车碰撞起火事故调查中提供了有效的手段，在实鉴定过程中，通常对数据进行对比分析，当常规剩磁值为0或远小于1mT的状态下，出现了大于1mT的数值时应引起警示，此数值区域附近为起火部位的可能性极大，如图7和图8所示。
一次短路与二次短路形成的环境不同，导致了一次短路与二次短路在宏观、金相、微观方面有各自的特征。
在宏观方面，一次短路熔痕一般呈珠状，熔珠表面有光泽，与导线过渡区变细，融化区与未融化区过度比较平滑，二次短路熔痕有珠状和柱状，融化区与未融化区有明显分界线，如图9和图10所示。
在金相方面。一次短路熔痕细小紧密的枝晶或胞状晶，二次短路熔痕为粗大柱状晶，如图11和图12所示。
在微观方面，熔痕端部基本呈珠状，熔珠直径通常是线径的一至二倍，熔珠表面有小伏凸起，熔珠与导线基体的过度区变细，熔化区与未熔化区过渡较平滑；二次熔痕熔痕端部基本呈圆柱状，且柱状熔痕无变细趋势，熔痕端部表面较为平滑，熔痕中部表面凹坑增多，熔化区与未熔化区过渡突兀如图13和图14所示。
3.7鉴定方法总结
电动汽车碰撞起火事故中，动力电池和电气线路起火的概率较大，火灾情况也更复杂。本文论述的剩磁法和金相法是目前应用广泛的鉴定方法，剩磁法操作便捷，测试结果输出快，但存在电动汽车高压线缆干扰和起火线路附近无铁磁体无法遗留剩磁等问题；金相法操作流程繁杂，检验结果输出慢，依赖熔珠的勘查和提取技术，但准确度高，不易错鉴；在电气线路及部件起火形态中结合应用两鉴定方法可实现相互佐证和填补痕迹缺失。随着纯电动汽车保有量的上升，未来混合动力汽车可能逐年递减，油液泄漏起火的概率会进一步下降，在油液泄漏起火鉴定过程中，重点工作是勘查火烧痕迹和燃烧残留物的提取。在BMS数据分析技术将事故调查提升到数据分析层面，不依赖于痕迹物证，实现电子物证鉴定，事故分析过程清晰，结论更有说服力，在电动汽车碰撞起火事故调查中，笔者建议及时固定此类证据。
4结束语
本文对电动汽车碰撞起火原因的诸多影响因素进行了系统性分析，将电气火灾鉴定技术、易燃液体火灾鉴定技术、内部结构探测技术等不同领域的鉴定勘测技术应用到电动汽车碰撞起火原因调查中，从不同角度对电动汽车碰撞起火的原因进行分析。详细阐述了电动汽车碰撞起火原因鉴定的检验顺序，创建勘查作业规范和痕迹标记方法和勘查作业检验的重点内容，为未来电动汽车碰撞起火原因鉴定工作提供了必要性和关键性的技术支撑，具备参考价值。但也应当注意：
(1)电动汽车内装配有高压高电流电缆，在检验过程中注意漏电状况，防止触电伤人；
(2)动力电池点解液具有一定的腐蚀性，在检验过程中应做好防护工作，防止电解液伤人；
(3)提取物证前应先对痕迹进行拍照、录像和备案，物证袋必须保持洁净，不得污染、混装；
(4)碰撞过程中电动汽车高压高电流电缆可能在车身留有较大的剩磁，可能干扰剩磁检验分析，实际鉴定分析中应多角度验证，避免造成误判。
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