9月20日凌晨，北京通州一居民家中因电动自行车电池入户充电引发火灾，造成5人死亡。
此类新闻，近年来屡屡出现。上海市消防救援总队火灾调查处周明川介绍称，截止2021年8月，上海市已发生500起电动自行车造成的火灾事故，有10人在事故中死亡。
电动自行车电池着火 | 新闻画面
而据应急救援部公布数据，2021年1～7月间，我国共发生6462起电动自行车引发的燃烧事故。
为什么电动自行车引起的火灾如此密集且严重？应当怎么做才能减缓甚至避免电动自行车事故？
电动自行车电池的燃烧为何难以避免？
目前，电动自行车、尤其是高端电动自行车，主要使用锂离子电池（为避免歧义，下文“电动自行车电池”均指 “电动自行车锂离子电池”；文中的“电池”也仅仅代表“锂离子电池”）。
电动自行车用的锂离子电池按照正极活性物质来区分，主要有三元（Li(NixCoyMn1-x-y)O2）、磷酸铁锂（LiFePO4，俗称铁锂）和锰酸锂（LiMnO2）三种。无论哪种体系的锂离子电池，都是应用有机可燃电解液的含能体系，都有发生剧烈氧化还原反应进而燃烧爆炸的潜在可能，实测爆炸的能量密度达到TNT的1/5到1/8。
电池性能退化和外部滥用造成热失控机制示意图 | 参考文献[1]
锂离子电池自引发热失控（thermal runaway, 简称TR）可以在《电动车锂电池爆炸，现在技术能制止吗？不能！》中深入阅读。而电动自行车电池的燃烧之所以难以避免，归根结底是概率问题。首先，电池本征特性是易燃；其次，电动自行车电池生产企业产品质量控制及安全技术尚未达到行业最高水平，因此就在一定程度上提高了电动车电池安全事故的发生几率。具体来说，由于无法保证每一只电池相互之间在多尺度下性质完全一致——总有数百万分之一的电池在使用过程中优先于其他电池性能劣化，并最终发生自发性热失控。
因此，电动自行车是有可能发生热失控，在非外力碰撞、滥用的情况下着火并引发火灾，这是个概率论的问题。当电动自行车保有量已超3亿并以每年30%速度高速增长时，少数发生燃烧事故就是必然。
另有一个问题相信大多数读者也注意到了——电动自行车燃烧的事故率是高于电动汽车的！
为什么电动自行车电池事故率更高？
据北京理工大学电动车辆国家工程实验室孙逢春院士介绍，2019年电动汽车燃烧事故率为万分之0.49，乍看是略低于电动自行车万分之一的事故率的。
但不要忘了，电动汽车平均的电池装配量（基于容量）要比电动自行车高20倍以上。也就是说，对同样体量的电池来说，电动汽车的电池要比电动自行车的事故概率低40倍以上。
电动汽车电池的可靠性比电动自行车电池好得多 | Pixabay
这个数字是不是有些惊人？电动汽车的电池可靠性是好于电动自行车电池的。
最直接的原因是电动汽车对电池可靠性的要求非常明确，一般要求能满足5年以上的使用寿命（剩余容量低于初始容量的85%），或电池能够深度充放电不低于1500次。与之相比，电动自行车电池的寿命通常为3年左右，实际的深度充放电寿命200次左右——这显然是两种定位不同的电池系统。
电动自行车电池使用寿命小于电动汽车电池的原因，除了电池本身的品质差一些外（成本控制），还有电源控制系统的原因。电动自行车的电池控制系统只能通过电压情况粗算剩余容量，完全没有对系统内不同电池进行监控和调节的设置；电动汽车的电池控制系统则要复杂和先进太多。
另外，有些小厂或电动自行车营业部从因性能不足而退坡下来的电动汽车电池组中摘出电池单体，重新串并联、封装成电动自行车用电池给用户使用，这种做法为电动自行车电池系统平添了更大安全风险。本来退坡下来的电池一致性就会变差，电池内部也因老化形成了各种缺陷，加之重新组装电池组的工艺粗劣，这就带来了电动车电池的可靠性进一步下降。这种做法相当于，把已经有更高安全风险的电动汽车电池拿到了使用环境/管控水平要差很多的电动自行车上使用，导致转移甚至助推燃烧爆炸风险。
除此之外还有一种情况，有些电动汽车电池厂会将出厂检测时不达标的电池卖给电动自行车厂家，这同样是在转移风险和纵容隐患。
总之，电池本身品质较差和控制系统能力较低，使得电动自行车的事故率明显高于电动汽车，相对更“不安全”。
消防员亲测电动车火灾 | 北京晚报
三元真的比铁锂更不安全吗？
与同样容量和结构的三元电池相比，铁锂电池因滥用（包括国家强制安全检测标准里涉及的机械滥用、电滥用、热滥用，比如针刺、挤压、热箱、过充、过放等）造成的热失控相对不激烈。而三元电池的温度极值更高，通常能达到800度以上，且伴随着两次明显的喷火现象。对于一个电动自行车体量的电池组（比如48V20Ah）来说，三元电池自发热失控后，第一波喷射火焰常大约1m左右，一般在30秒之内会喷射出第二道更猛烈的火柱，长度可达3m，偶尔还会发生整个电池包由于反应过于激烈炸开的现象。
铁锂电池热失控的放热总量和速率均低于三元电池，也鲜有爆炸的情况发生，但这并不意味着其危险性更低。在热失控的初期，铁锂电池会开阀释放出可燃性气体（包括有机溶剂蒸汽和充电态石墨负极与电解液反应生成的氢气、甲烷等气体）。对于电动自行车里的小型电池，这些可燃性气体弥散到空气中后即可变得较为稀薄且迅速降温，并不会有燃爆的事故发生。但对于大型的储能电站，由于电站的储能箱体空间有限，这些可燃性气体喷出时就已经聚集了较高浓度，保持的温度也较高，可能导致瞬间发生剧烈的爆炸事故，破坏性不亚于三元电池。
但对于电动自行车体量的电池组和其使用环境来说，铁锂电池的总体安全特性会更好一些。
而铅酸电池，因为使用的是不可燃的水系电解液，安全性远高于锂离子电池。不过，铅酸电池最大的不足是能量和功率密度低。但对于一般电动自行车30～50公里的续航里程和20～30公里的最高时速，铅酸电池的性能是够用的[2]。有些用户觉得铅酸电池电瓶较重，拎上楼充电比较困难。但如果居民区的室外充电口足够多足够方便，这个问题便能解决。笔者认为，在当前和未来的3～5年内，购买铅酸电池的电动自行车能大幅度降低电动自行车火灾发生的风险。况且，铅酸电池回收体系成熟、环保。与之相比，现在锂离子电池还没有成熟高效的回收技术，除了三元体系电池外回收残值不高，且副产品氟化物较难处理，对环境来说也有较大压力。目前国家已经启动重点研发计划，支持锂离子电池的高效回收技术研究，但技术的进步和成熟需要一个周期。
为什么入户充电事故多发且危害大？
电动自行车入户充电的工况，多是夜间。
对正常使用的电池来说，充电是最容易发生自发性热失控的时刻，而且越到充电后期，电池发生事故的概率越大[1]。对一般的居民来说，电池充电的后期正是后半夜，居民们正处于熟睡的状态。这意味着，电池最危险的时刻，是众人皆在梦乡的时刻。可想而知，当一个3米的火柱在家里客厅或卧室喷出时居民却难以在第一时间做出反应，会有怎样的后果！
“9.20”北京通州电动自行车引发火灾的楼房外立面 | 楚天都市报极目新闻
因此，电动自行车入户充电相当于将多种灾害可能性进行了叠加，可谓危险至极，必须严令杜绝。
一些建议
基于目前我国国情和电动自行车的市场情况，从尽快减少电动自行车带来的火灾事故的出发点考虑，建议政府有关部门加强法规建设与市场管理。以下建议仅代表个人观点：
1、 电动自行车电池三年强制报废，电动自行车的总体厂家负责电池回收、谨慎地梯次利用与严格地的资源化循环利用和环保无害化处理；
2、 严禁电动汽车电池退坡后直接用于电动自行车，大力规范电池梯次利用，提高梯次利用的准入门槛与技术水平；
3、 严格执行禁止电动自行车电池进入狭窄空间，包括入室充电和在地下室、地下室存放，相关规定考虑纳入治安管理处罚条例；
4、 依托电网集团，引入民间资本，加快居民区电动自行车充电装置建设；
5、 在“十四五”期间，或考虑鼓励使用铅酸电池电动自行车。
致谢：感谢清华大学核研院王莉博士的指导和讨论。
参考文献
[1]X. Feng, M. Ouyang, X. Liu, L. Lu, Y. Xia, X. He, Thermal runaway mechanism of lithium ion battery for electric vehicles: a review, Energ. Storage Matter. 10 (2018) 246–267.
[2]杨裕生，再论电动汽车与化学蓄电，清华大学出版社，北京 2021.
作者：张浩
编辑：酥鱼
排版：洗碗
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