黄国忠等：基于模糊综合评判的移动电源火灾风险分析 ·1483· 示.其中，锂离子电芯是能量转化及储存单元，主 印刷电路板是规范能量转化，防止能量意外释放 要组成部分为正负极、隔膜、电解液和外壳，但具有较 的重要部件，主要由充电管理模块、升压模块、保护模 强的热不稳定性，目前其高危险性仍然是世界性难题. 块以及电量指示模块组成.其中充电管理模块和升压 正常使用时，电芯内部化学能、电能及热能的转化达到 模块的作用是规范充放电过程中电压及电流：保护模 动态平衡：当温度升高时，锂离子电芯内部发生一系列 块主要提供过充、过放、过流及短路保护作用.印刷电 化学连锁反应，化学能向热能异常转化，迅速释放出大 路板在使用过程中会释放大量热量，影响自身可靠性 量热量并伴随有可燃性气体产生，当达到其燃点时自 以及电芯热量分布，所以印刷电路板上电子元件的合 燃甚至爆炸 理布局及其可靠性是影响移动电源安全性的重要因素 外壳是移动电源的最后一道安全防线，在正常使 机械能等能量扰动 电能充电 用时，起到保护内部组件及散热的功能：发生事故时， ,电源 防止能量继续释放造成伤害，起到阻止火灾发展及爆 电芯 炸的功能.所以移动电源外壳材料的抗机械撞击能 电能 力、散热能力及阻燃能力是影响移动电源安全性的重 电能负截 要因素 2 建立模糊综合评判模型 影响移动电源着火的安全性因素多而复杂，相互 ,PCB电路板， 影响且具有不确定性.同时，目前没有关于移动电源 热能· 电能 准确权威的法律法规标准，很多参数的安全性取值更 外壳 外界 加难以界定.此外，事故树是一种从结果演绎推理到 执目非 原因的分析方法，即以火灾为顶事件依次查找引起火 热能 灾的各项具体原因，直观明了，逻辑性强。因此，模糊 图1移动电源系统能量转换 综合评价方法结合事故树方法适宜于分析评估移动电 Fig.1 System energy conversion of the mobile power pack 源火灾风险.各类火灾风险分析方法主要特点见表1. 电芯内部由外界热扰动而引起的化学能向热能的 本文在传统模糊综合评判模型基础上，分别采用 异常转换，是造成移动电源火灾事故的根源.从图1 事故树(FTA)、基本事件结构重要度、层次分析法 分析，异常转化路径如下：(1)电芯自身材料选择及制 (AHP)及相对差异函数，进行评估指标体系的构建、 作工艺缺陷，导致电芯固有的维持其内部能量转化动 评价因子权重的赋值以及隶属度的选取.其中，层次 态平衡的能力不足：(2)外界环境高温、印刷电路板高 分析法由于具有系统性、简洁实用、所需定量数据信息 温以及散热能力缺陷导致电芯内部热量积累，内部温 较少等优点被广泛应用于各个领域：相对差异函数是 度升高诱发化学反应放热：(3)过充电、过放电、过电 一种确定分布函数的方法，该方法与物理概念符合较 流、意外短路等不良使用习惯，导致电芯内部有锂枝晶 好，且模型中的参数可根据实际中的参数自由调节，以 产生或正负极塌陷，使得极化现象严重，大量电能向热 适合各指标的不同特点网.以上几种方法结合可减少 能异常转化而诱发化学反应放热. 评判过程的主观性切，提高评估结果的可信度 表1火灾风险分析方法 Table 1 Fire risk analysis methods 类别 方法 特点 安全检查表 侧重于辨识危险源，需要根据标准事先编制，适用于定期检查 定性分析 危险与可操作性分析 对火灾区域可能存在的伤害类别、发生条件及后果等进行简单分析，用于事前危险分析 危险与可操作性分析 分析系统可能出现偏差的原因及后果，适用于化学工业火灾 火灾安全评估系统 该方法属于动态决策法，评估对象为部分公共机构和居民区 半定量分析 火灾风险指数 适用于建筑房屋若火，该方法包括方针、目标、策略、参数和考核五个决策水平 古斯塔夫法 该方法适用对象为结构复杂的公共区域 事件树方法 定性了解事件变化过程，定量计算事故每个阶段发生概率，适用于各类系统 定量分析 事故树方法 该方法是一种从结果演绎推理到原因的分析方法，直观明了，逻辑性强，适用于各类系统 定量分析不能准确定义的多因素事件，适用于安全因子分级模糊的评估对象，多数风险评估采 模糊综合评价方法 用此方法黄国忠等: 基于模糊综合评判的移动电源火灾风险分析 示［3--5］． 其中，锂离子电芯是能量转化及储存单元，主 要组成部分为正负极、隔膜、电解液和外壳，但具有较 强的热不稳定性，目前其高危险性仍然是世界性难题． 正常使用时，电芯内部化学能、电能及热能的转化达到 动态平衡; 当温度升高时，锂离子电芯内部发生一系列 化学连锁反应，化学能向热能异常转化，迅速释放出大 量热量并伴随有可燃性气体产生，当达到其燃点时自 燃甚至爆炸． 图 1 移动电源系统能量转换 Fig． 1 System energy conversion of the mobile power pack 电芯内部由外界热扰动而引起的化学能向热能的 异常转换，是造成移动电源火灾事故的根源． 从图 1 分析，异常转化路径如下: ( 1) 电芯自身材料选择及制 作工艺缺陷，导致电芯固有的维持其内部能量转化动 态平衡的能力不足; ( 2) 外界环境高温、印刷电路板高 温以及散热能力缺陷导致电芯内部热量积累，内部温 度升高诱发化学反应放热; ( 3) 过充电、过放电、过电 流、意外短路等不良使用习惯，导致电芯内部有锂枝晶 产生或正负极塌陷，使得极化现象严重，大量电能向热 能异常转化而诱发化学反应放热． 印刷电路板是规范能量转化，防止能量意外释放 的重要部件，主要由充电管理模块、升压模块、保护模 块以及电量指示模块组成． 其中充电管理模块和升压 模块的作用是规范充放电过程中电压及电流; 保护模 块主要提供过充、过放、过流及短路保护作用． 印刷电 路板在使用过程中会释放大量热量，影响自身可靠性 以及电芯热量分布，所以印刷电路板上电子元件的合 理布局及其可靠性是影响移动电源安全性的重要因素． 外壳是移动电源的最后一道安全防线，在正常使 用时，起到保护内部组件及散热的功能; 发生事故时， 防止能量继续释放造成伤害，起到阻止火灾发展及爆 炸的功能． 所以移动电源外壳材料的抗机械撞击能 力、散热能力及阻燃能力是影响移动电源安全性的重 要因素． 2 建立模糊综合评判模型 影响移动电源着火的安全性因素多而复杂，相互 影响且具有不确定性． 同时，目前没有关于移动电源 准确权威的法律法规标准，很多参数的安全性取值更 加难以界定． 此外，事故树是一种从结果演绎推理到 原因的分析方法，即以火灾为顶事件依次查找引起火 灾的各项具体原因，直观明了，逻辑性强． 因此，模糊 综合评价方法结合事故树方法适宜于分析评估移动电 源火灾风险． 各类火灾风险分析方法主要特点见表 1． 本文在传统模糊综合评判模型基础上，分别采用 事故树 ( FTA) 、基 本 事 件 结 构 重 要 度、层 次 分 析 法 ( AHP) 及相对差异函数，进行评估指标体系的构建、 评价因子权重的赋值以及隶属度的选取． 其中，层次 分析法由于具有系统性、简洁实用、所需定量数据信息 较少等优点被广泛应用于各个领域; 相对差异函数是 一种确定分布函数的方法，该方法与物理概念符合较 好，且模型中的参数可根据实际中的参数自由调节，以 适合各指标的不同特点［6］． 以上几种方法结合可减少 评判过程的主观性［7］，提高评估结果的可信度． 表 1 火灾风险分析方法 Table 1 Fire risk analysis methods 类别 方法 特点 安全检查表 侧重于辨识危险源，需要根据标准事先编制，适用于定期检查 定性分析 危险与可操作性分析 对火灾区域可能存在的伤害类别、发生条件及后果等进行简单分析，用于事前危险分析 危险与可操作性分析 分析系统可能出现偏差的原因及后果，适用于化学工业火灾 火灾安全评估系统 该方法属于动态决策法，评估对象为部分公共机构和居民区 半定量分析 火灾风险指数 适用于建筑房屋着火，该方法包括方针、目标、策略、参数和考核五个决策水平 古斯塔夫法 该方法适用对象为结构复杂的公共区域 事件树方法 定性了解事件变化过程，定量计算事故每个阶段发生概率，适用于各类系统 定量分析 事故树方法 该方法是一种从结果演绎推理到原因的分析方法，直观明了，逻辑性强，适用于各类系统 模糊综合评价方法 定量分析不能准确定义的多因素事件，适用于安全因子分级模糊的评估对象，多数风险评估采 用此方法 · 3841 ·