电动汽车锂离子电池系统热失控气体毒害及爆炸特性研究

作     者：陈钦佩 王学辉 米文忠 CHEN Qinpei;WANG Xuehui;MI Wenzhong

作者机构：应急管理部天津消防研究所天津300381 工业与公共建筑火灾防控技术应急管理部重点实验室天津300381 中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室安徽合肥230026 清华大学合肥公共安全研究院安徽合肥230601 

出 版 物：《储能科学与技术》 (Energy Storage Science and Technology)

年 卷 期：2023年第12卷第7期

页      面：2256-2262页

核心收录：

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 

基　　金：“十四五”国家重点研发计划项目课题“锂离子电池储能系统清洁高效经济灭火及分级应急处置技术”(2021YFB2402003) 天津市自然科学基金面上项目“锂离子动力电池火灾危险性及关键防控技术研究”(22JCYBJC01690)。 

主　　题：电动汽车 锂离子电池 气体成分 气体爆炸危险性 

摘      要：本工作开展了全尺寸电动汽车锂离子电池系统热失控火灾气体成分及燃爆特性研究,搭建了全尺寸电动汽车火灾试验平台,设计了一种气体采集装置,利用红外傅里叶光谱分析仪、爆炸极限测试仪对毒害气体成分特征、燃爆特性进行了测量,分析了电动汽车火灾的气体释放过程,根据热失控特征将电池舱内气体释放分为四个阶段,分析了四个阶段的气体成分特征。第一阶段释放的主要为电解液蒸气;第二阶段主要为氢气;第三阶段出现了大量的二氧化硫气体,浓度达到10906.4 ppm (1 ppm=0.0001%),并分析了二氧化硫的产生机理;第四阶段驾驶舱内燃烧初期会产生氰化氢气体,最高浓度为120.4 ppm,分析驾驶舱内各种毒害气体的主要来源。测量了不同阶段电池舱内气体的爆炸极限,电池舱释放气体的爆炸极限在4.83%~73.77%。计算了各阶段的爆炸危险性,表明电池舱热失控的第二阶段爆炸危险性最大。分析了电池舱释放的混合气体爆炸特征变化规律,发现惰性气体含量主要影响混合物的爆炸下限,氢气主要影响混合物的爆炸上限。