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大型量热仪实测:全尺寸电动汽车火灾特征揭秘——车身质料主导热释放,,,电池喷射加速伸张!
宣布时间:2025-09-22 浏览次数:13639 泉源:9001cc金沙以诚为本



随着中国经济的昌盛生长,,,电动汽车 (BEV) 逐渐成为人们主要的代步工具。。作为新能源汽车的主要代表,,,电动汽车在镌汰碳排放、降低燃油使用量方面有着显著价值。。然而,,,电动汽车迅猛生长的背后是需要引起人们深思的清静问题,,,电动汽车需要大宗电池举行组装使用,,,因此电动汽车在使用时代相较于古板的内燃机汽车会越发危险。。尤其是在关闭区域,,,如制造工厂,,,地下停车场!,,,隧道等。。因此,,,对汽车举行燃烧测试,,,起源获得一系列要害参数,,,包括燃烧车辆的热释放速率 (HRR),,,总热释放量 (THR), 火灾增添指数,,,燃烧车辆附件的热通量,,,车辆后期的火焰伸张情形等。。确定这些参数之后,,,通过理论或者数值模拟展望整个空间,,,承重构件及洒水灭火系统的名堂漫衍,,,进一步降低;;;;;鹪值挠跋臁!

韩国学者Kang等人在 Applied Energy 上揭晓了一篇文章,,,文章中使用了大型量热仪对整个汽车构件举行了燃烧测试,,,文章中选取了 2020 年生产的电动汽车举行实验,,,以下简朴先容该文章的研究情形。。


实验内容

试样:文章共举行了六次测试,,,划分为拆解测试 (Test 1-2),,,对差别电池容量的完整的BEV测试 (Test 3-4),,,对差别能量泉源的车举行测试 (Test 5-6),,,该选取的车辆尺寸和重量相近,,,且基于相同的生产平台开发。。

详细见表1

表1试样类型



装备:大型耗氧量热仪


实验效果

热释放速率与总热释放量

图1展示了六次测试中通过大型耗氧量热法在开放空间条件下现实丈量获得的整体热释放速率 (HRR) 和总释热量 (THR) 曲线。。在实验中,,,汽车火灾自最先直至完全燃尽一连至少 70 分钟。。在火灾初期 (约1-2分钟),,,BEV 车身、BEV_2 和 ICEV 测试中视察到 HRR 的快速上升,,,这些快速增添是由燃烧工具(即丙烷燃烧器或庚烷盘)的激活引起的,,,而非试样自己的快速燃烧。。在火灾生长阶段,,,被点燃的车辆逐渐增添热量释放,,,并在约 11-17 分钟内抵达峰值,,,随后火灾进入衰减阶段,,,HRR 逐渐下降。。在该阶段,,,由于BEV_2 和 BEV_3 泛起一系列热失控事务,,,可视察到 HRR 有波动。。

进一步视察所有试样的HRR和THR数据发明,,,关于 pHRR 和 THR 来说,,,BEV 火灾的更大孝顺来自 BEV 车身而非 LIB 电池组。。因此,,,只管 LIB电池组爆发强烈热失控,,,车舱内的燃烧仍主导了 BEV 火灾的这两个指标。。判断缘故原由可能是车身 (尤其是客舱) 中保存的可燃质料数目多于电池组。。

关于电池能量容量差别的两辆车,,, THR 值之间也保存差别。。BEV火灾的THR 高于 ICEV 但低于 FCEV,,,这一趋势与其重量平行。。但由于燃烧通常取决于多个方面,,,例如燃烧点的位置、火焰伸张的顺序和透风条件,,,因此很难找到pHRR与重量之间的相关性。。


图1. HRR 和 THR 的时间曲线


火灾增添水平

图2,,,图3,,,图4划分显示了火灾伸张情形,,,燃烧时温度-时间曲线以及试样状态。。视察得出以下结论:

(1) 从 LIB 电池组释放的喷射火焰导致 BEV 火灾快速增添;;;;;

(2) 只管源自 LIB 电池组的喷射火焰加速了其他 BEV 部件的燃烧和燃烧,,,但喷射火焰并不是 HRR 和 THR 的主要孝顺因素,,,相反,,,瞬间释放的大部分热量(即 pHRR)由汽车有机聚合物部件的通例燃烧爆发的火焰控制;;;;;

(3) 源自 LIB 电池组的 BEV 火灾比源自其他地方的火灾生长更快,,,也比 ICEV和FCEV火灾生长更快;;;;;

(4) 第一响应者在靠近 BEV 事故现场时应越发审慎,,,这是由于电池组外壳内部的 LIB 损坏从车辆外部无法视察到,,,并且热失控的激活是不可展望的,,,别的,,,一旦触发,,,火灾会迅速生长。。


图2. 测试3和测试4中电池和电动汽车火灾伸张情形量化剖析



图3. 测试3和4中纯电动汽车的温度-时间曲线



图4. 测试 4 中主要事务中的试样状态照片



LIB 电池组温度视察

图5 显示了BEV_2和BEV_3的锂离子电池组内部和外部的时变温度转变,,,从传热的角度来看,,,源自LIB电池组下方丙烷燃烧器的外部热量应该漫衍到合金金属外壳、内部LIB、BEV车身框架和周围情形。。若是大宗热量消逝到其他部分,,,则转达到LIB的热能数目可能会镌汰。。直接面临外部火焰的金属外壳具有相对较高的热惯性,,,该质量吸收一定量的热能以升高其温度,,,从而延缓内部 LIB 温度的升高。。在图5(a) 中视察到,,,在直接加热条件下,,,位于外壳袒露底面的热电偶的温度迅速升高,,,而 LIB 模? ??榈奈露壬呦喽越下!V谒苤,,合金金属质料由于其高导热性,,,允许热量快速转达到内部部件。。另外,,,尚有可能这种块状固体通过吸收热量,,,在有限时间内部分地为内部 LIB 提供了抵御外部加热的热;;;;;ぁ!A硪环矫妫,,一旦该质量抵达阈值温度,,,可能很难从合金外壳散热并阻止内部 LIB 的温度升高。。

图5.  LIB的时间-温度曲线



对相邻物体的热危害

图6 (a) 和 6 (b) 显示了第四次和第五次测试中抵达燃烧车辆周围预定四个点的总袒露热通量的时变转变。。两起汽车火灾在充分生长阶段纪录的各点峰值大多在 40-60 kW/m? 规模内。。只管其中一个值在 BEV 前部异常抵达 110 kW/m?,,,但需要重复更多测试来验证这一征象。。在进一步的研究中,,,使用热流计在这些点丈量的袒露热通量,,,可用于通过展望汽车外貌温度来评估相邻汽车燃烧的可能性。。

图6.  BEV_3和ICEV火灾中随时间转变的热通量转变


图7(a)和7(b)显示了从 BEV_2 和 BEV_3 爆发的、在 2270 mm高度丈量的浮力火焰羽流的时间-温度曲线。。两起火灾导致峰值温度凌驾 900℃,,,这主要包括来自汽车引擎盖和前窗上方火焰羽流的孝顺。。测试中HRR的峰值时刻与温度的峰值时刻相似。。图中的玄色虚线体现基于 20 世纪早期测试的标称温度-时间曲线,,,该曲线在修建消防工程中应用最普遍。。BEV 火灾可能危及汽车上方结构构件的耐久性至少 10 分钟,,,在此时代气体温度凌驾标准火灾曲线的温度。。在 BEV_3 的情形下,,,由于其快速增添和强烈的热量释放,,,预计其燃烧对结构构件的危害比 BEV_2 更大。。


图7.  BEV_2和BEV_3火中火羽流的时间-温度漫衍


另外,,,平均有用燃烧热被用于评估目今 BEV 火灾危害,,,这种要领可以为清静步伐的进一步研究。。研究数据效果显示,,,汽车火灾中通常燃烧总重量的17.6-26%。。从目今BEV火灾中纪录到约 30 MJ/kg 的平均有用燃烧热,,,大于 ICEV 和 FCEV 火灾的值,,,也大于 BEV 车身单独燃烧的值。。这是由于与消耗的质量(28 kg)相比,,,LIB 电池组爆发的总热量(1.3 GJ)相对较大,,,因此 BEV 火灾中每单位质量释放的总热强度增添。。关于单独的 LIB 电池组,,,预计为 45.9 MJ/kg的平均有用燃烧热,,,与易燃燃料和高度可燃聚合物如正戊烷(45.69 MJ/kg)和聚丙烯(42.66 MJ/kg)相当。。别的,,,效果批注,,,平均有用燃烧热的盘算高度依赖于用于丈量 HRR 的测试要领和相关测试情形,,,这使得归纳综合质量清静均有用燃烧热之间的相关性具有挑战性。。


结论

研究对 BEV 及其拆解后的锂离子电池(LIB)组和车身划分开展了一系列全尺寸火灾测试。。同时,,,为举行比照剖析,,,还对内燃机汽车(ICEV)和氢燃料电池电动汽车 (FCEV) 等其他类型车辆举行了测试。。在实验,,,BEV火灾一连时间长达70分钟。。其峰值热释放速率 (pHRR) 丈量值规模为 6.51-7.25 MW,,,略低于 ICEV 的 7.66 MW,,,但高于 FCEV 的 5.99 MW;;;;;BEV 火灾的总释热量(THR)丈量值规模为 8.45-9.03 GJ,,,同样介于 ICEV(8.08 GJ)和 FCEV(10.82 GJ)之间。。

在BEV火灾中,,,热释放速率的主要孝顺来自BEV车身古板质料的燃烧(pHRR:7.81 MW,,,THR:7.53 GJ),,,而非LIB电池组的燃烧(pHRR:1.54 MW,,,THR:1.30 GJ)。。然而,,,LIB 电池组会强烈喷出喷射火焰,,,这种火焰加速了火焰向相邻可燃部件的伸张,,,进而导致整车火灾快速生长。。本研究所得结论主要可为BEV火灾事故的第一响应者提供参考,,,其次也有助于重新审阅现有或新建停车场相关结构的清静性。。关于第一响应者而言,,,由 LIB 电池组热失控引发的BEV火灾比其他缘故原由引发的火灾更具危险性,,,这是由于人们对这类火灾的火焰察觉较晚,,,且一旦点燃,,,火势生长迅速。。在清静性重新评估方面,,,可接纳约 30 MJ/kg 的平均有用燃烧热来量化BEV火灾的热强度。。值得注重的是,,,LIB电池组的平均有用燃烧热极高(约 45.9 MJ/kg),,,与易燃燃料(如正戊烷,,,其燃烧热为 45.69 MJ/kg)相当。。


参考文献

Sungwook Kang, Minjae Kwon, Joung Yoon Choi.,,,Full-scale fire testing of battery electric vehicles[J], Applied Energy, 2023, 332, 120497,

研究历程使用 FTT 10 MW 级耗氧量热系统对汽车举行了测试。。FTT 作为阻燃装备行业的开拓者和向导者,,,提供了可以测试热释放,,,烟气浓度,,,火灾伸张情形等诸多阻燃测试装备,,,以下为 FTT 的几款中型,,,大型耗氧量热仪展示,,,点击图片相识详情。。

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