数据挖掘技术在电动汽车火灾预防和调查中的应用

程高平 熊高峰

（宁波市宁海县消防救援大队，浙江宁波 315600）

0.引言

随着社会的发展，人类发明了各式各样的新能源汽车，数量与日俱增，并逐步替代传统汽车。电动汽车是新能源汽车的一种，社会保有量极速增长。电动汽车相对传统汽车更加环保，但是发生故障导致火灾的风险仍然存在，特别是动力电源故障导致火灾的事故频发。因此研究电动汽车火灾，分析查找火灾规律，建立完善预防措施十分必要。

1.电动汽车的基本结构和工作原理

1.1 电动汽车的基本机构

电动汽车的结构主要由电力驱动控制系统、汽车底盘、车身以及各种辅助装置等部分组成。除了电力驱动控制系统，其他部分的功能及其结构组成基本与传统汽车相同。核心部分为电力驱动控制系统，电力驱动控制系统分为车载电源模块、电力驱动主模块和辅助模块三大部分。

车载电源模块，是电动汽车的能量来源，它除了供给汽车驱动行驶所需的电能外，也是供应汽车上各种辅助装置的工作电源。车载电源的主要是蓄电池，主要的蓄电池种类有，铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、钠硫电池、二次锂电池，如今主流的电动车基本上都是采用锂电池。

电力驱动主模块主要由中央控制单元、驱动控制器、专用电动汽车电机、机械传动装置等组成。辅助模块与传统燃油汽车基本相似，有辅助动力源、动力转向、空调、导航、收音机、照明等。

1.2 电动汽车的工作原理

电动汽车的以蓄电池为能量来源，根据加速踏板、制动踏板的输入信号，汽车的中央控制器控制电源的电流输出，向驱动控制器发生相应的控制指令，对电动机进行起动、加速、降速、制动控制。驱动控制器按中央控制单元的指令，控制电动汽车电机的速度、电流反馈信号，对电动机的速度、驱动转矩及旋转方向进行控制。汽车电机根据驱动控制器的控制指令和输入的电流等，把电能转换为机械能，通过机械传动装置，驱动汽车运行[1]。

2.电动汽车火灾现状分析

随着电动汽车市场保有量的不断增加，电动汽车火灾事故也越来越多。2020年全年有媒体报道的电动汽车火灾事故达124起，同比2019年事故起数上升近50%。电动汽车消防安全问题成为了当前社会高度关注的问题之一。

2.1 电动汽车火灾的特点

（1）电动汽车引发火灾因素多。电动汽车较传统动力车辆引发火灾的因素更多，如动力电池等产品缺陷产品缺陷，充电桩过充等异常情况，托底磕碰动力电池损伤等。

（2）电动汽车动力电池火灾发展速度快。电动汽车电池故障发生火灾，从冒烟到自燃时间短，从几秒钟到几分钟不等，扩大蔓延速度非常快。

（3）电动汽车动力电池火灾扑救时间长。电动汽车火灾中动力电池内部反应比较难中止，内部反应是在密闭空间中发生的，不需要氧气的参与，扑救时冷却降温的水只能打到电池包的外部，扑救时往往需要破拆，对动力电池进行灌水操作，因此扑救难度大，火灾易复燃，扑救时间较长。

（4）电动汽车火灾痕迹破坏严重判断困难。火灾扑救时间长，扑救时部分需要破拆，对痕迹的破坏严重。另外，电动汽车动力电池往往布置于底盘部位，在使用过程中容易发生托底、磕碰等情形，但动力电池的托底、磕碰对火灾的影响因素难以简单直接判断，痕迹判断困难。

2.2 电动汽车火灾调查现状

2016年，我国已发布（GB/T 32960-2016）《电动汽车远程服务与管理系统技术规范》[2]，要求建立国家、政府、企业三级新能源汽车监控平台，实现电动汽车数据的实时采集与传输。截至2020年底，新能源汽车监控平台累计接入新能源汽车超400万辆，基本实现了车辆全覆盖。国内电动汽车火灾调查时，已开始结合现场勘验，探索新能源汽车监控平台数据的分析，并为现场勘验做好辅助判断。

国外电动汽车未建立统一的监控平台，没有有效的数据支持电动汽车火灾的分析，电动汽车火灾的调查停留在现场痕迹分析和物证鉴定分析相结合的方式，相比较而言，国外电动汽车火灾调查时间较长。

2.3 电动汽车后台数据应用存在的问题

目前国内电动汽车后台数据挖掘应用仍在探索中，数据采集和应用也面临着一些技术难题，未实现对电动汽车火灾调查和预防的有效支撑。

（1）后台数据采集不全。电动汽车在行驶和充电过程中能够实时上传数据到后台，但是部分电动汽车在处于休眠状态下，数据无法实时上传到后台，后台数据存在部分缺失，无法进行有效分析。

（2）后台数据分析难度大。电动汽车后台数据量大，数据分析主要还是依靠人工分析，对于调查人员专业要求也很高，既要懂电动汽车数据传输要求、数据项关系等车辆开发专业知识，又要懂火灾专业知识，后台数据分析难度大。

（3）后台数据对应规律不明显。电动汽车因充电桩异常过充、动力电池碰撞挤压等外部原因引发火灾，后台数据表征不够明显，火灾现场痕迹特征与后台数据规律对应关系不清晰，无法有效指导火灾现场勘验。

3.电动汽车后台数据开发应用的对策

为了进一步加强对电动汽车后台数据的开发应用，有效指导电动汽车火灾的预防和调查处理，主要对策如下：

3.1 完善后台数据采集

加强电动汽车“黑匣子”研发，对电动汽车的电源系统和电力驱动控制系统的数据采集，研发电动汽车休眠状态下的关键部件电信号的采集，不断完善采集的数据。

3.2 加强电动汽车火灾发生机理研究

基于汽车火灾试验，采用加速量热和红外成像等测试技术，探索电动汽车火灾过程中温度、电压、电流、产热量和压力等参数的变化规律，研究电动汽车动力电池内部材料的物理、化学变化，研究内部机理与外部参数的关联关系；在不同环境温度，以不同滥用工况触发机制对不同类型动力电池开展火灾试验，研究不同因素对电动汽车火灾内部反应机理和外部特征参数的影响机制。

3.3 加快电动汽车火灾建模开发

充分发挥消防救援部门和电动汽车企业的专业技术特点，共同研究电动汽车火灾建模，开发后台数据处理分析软件。基于不同滥用行为、环境温度以及车辆老化程度对电动汽车火灾特性的影响，建立完整的电动汽车的机—电—热耦合火灾机理模型，针对电动汽车火灾发展过程中存在的多影响因素耦合、拓展路径及特性模糊的现象，构建电动汽车多域、多尺度火灾模型，面向大数据的应用场景，基于电动汽车热失控前的电压、电流、温度等参数的异常波动情况，分析不同参数间的关联关系，提取电动汽车火灾前的特征参数。

3.4 研发典型痕迹分析判定软件

基于大数据的电动汽车火灾现场诊断信息，建立电动汽车火灾痕迹数据库，采取数理统计、机器学习、神经网络获深度学习等方法，形成对现场采集痕迹图像的理解、判断和预测的标准，建立电动汽车典型火灾痕迹分析判定方法和识别技术，开发与电动汽车后台数据分析相配套的应用软件，科学有效的指导电动汽车火灾调查。

4.结语

电动汽车数量与日俱增，有效防范电动汽车火灾，快速准确的调查处理电动汽车火灾意义十分重大，掌握电动汽车的基本结构和工作原理，加强电动汽车火灾机理研究，完善电动汽车后台数据采集，开发建立电动汽车火灾数据模型、应用软件和典型火灾痕迹分析判定系统，结合应用，深入挖掘电动汽车后台数据，厘清后台数据和火灾痕迹的对应关系，为电动汽车火灾预防和调查处理提供有效的技术支持，建立电动汽车的健康安全标准体系，改善电动汽车消防安全环境。