來(lái)源 | 電動(dòng)學(xué)堂

電動(dòng)汽車問(wèn)世于100多年前,隨著其價(jià)格的下降和人們環(huán)保意識(shí)的提高,如今越來(lái)越受歡迎?與傳統(tǒng)電池相比,鋰離子電池因其重量輕?能量密度高?循環(huán)壽命較長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)而受到電動(dòng)汽車行業(yè)的青睞?據(jù)估計(jì),到2025年,全球電動(dòng)車市場(chǎng)將增長(zhǎng)到931億美元?然而,當(dāng)電動(dòng)汽車電池組在過(guò)熱?過(guò)充?機(jī)械碰撞?涉水等惡劣條件下,均可能引發(fā)熱失控,進(jìn)一步導(dǎo)致電動(dòng)汽車火災(zāi),給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)巨大威脅?根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),中國(guó)2021年被媒體報(bào)道的燒車事故共276起,相比2020年增長(zhǎng)了123%,其他國(guó)家也面臨著此類問(wèn)題?

國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)對(duì)車載鋰離子電池火災(zāi)危險(xiǎn)性進(jìn)行了大量研究,也不乏對(duì)電動(dòng)汽車整車的燃燒試驗(yàn),但缺乏針對(duì)在具體場(chǎng)景(比如電動(dòng)汽車庫(kù))的火災(zāi)特性研究?SOMANDEPALLIV等采用GC-MS測(cè)試鋰聚合物電池產(chǎn)生的可燃?xì)怏w成分以及釋放量,得出可燃?xì)怏w主要由CO?CO2和H2等組成?GOLUBKOVAW等使用定制設(shè)備研究3種商業(yè)的18650型鋰電池?zé)岱€(wěn)定性,得出:能量密度越高熱安全性越差?LARSSONF等通過(guò)丙烷燃料加熱不同陰極材料和不同電量的鋰離子電池組,得到電池的單位容量總釋放熱量為28~75kJ/Wh?STURKD等進(jìn)行了軟包7AhLFP和14AhNCM兩種規(guī)格的鋰離子電池的單體和模組燃燒試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)電池SOC值幾乎不影響燃燒釋放的總熱量,電池中存儲(chǔ)的化學(xué)能是燃燒熱的主要來(lái)源?PINGP等對(duì)50Ah磷酸鋰電池進(jìn)行燃燒試驗(yàn),期間共出現(xiàn)3次強(qiáng)烈的射流火,最大熱釋放速率和釋放總能量分別為49.4kW和18195kJ?RICHARDMN等試驗(yàn)測(cè)量了SEI膜在高溫環(huán)境下的熱力學(xué)性能,并得到SEI膜燃燒過(guò)程的放熱曲線,表明SEI膜燃燒時(shí)釋放的高熱量是造成電池溫度升高的重要原因?LECOCQA等通過(guò)全尺寸試驗(yàn)獲得了電動(dòng)汽車火災(zāi)的有毒氣體釋放量?OLEKSANDRL等根據(jù)全面試驗(yàn)的結(jié)果,得出撲滅電動(dòng)汽車電池所需的平均水量從2500L到6000L不等,這可能超過(guò)了一輛消防車所攜帶的水量,并且在距離帶有裝飾元件的燃燒汽車模型1.5m處,其熱輻射量在8.1kW/m2到11.9kW/m2之間?筆者通過(guò)加注鹽水模擬電池短路的方式觸發(fā)電動(dòng)汽車鋰離子電池?zé)崾Э?開(kāi)展電動(dòng)汽車火災(zāi)在車庫(kù)環(huán)境下的燃燒特性試驗(yàn)研究?針對(duì)不同工況設(shè)計(jì)兩次電動(dòng)汽車燃燒試驗(yàn),使用紅外攝像機(jī)?數(shù)碼攝像機(jī)?熱電偶?熱流計(jì)等設(shè)備研究了電動(dòng)汽車燃燒過(guò)程中的火災(zāi)蔓延情況?火場(chǎng)溫度場(chǎng)分布及輻射熱流演變規(guī)律?研究不同滅火方式對(duì)于電動(dòng)汽車火災(zāi)的抑制效果,提出電動(dòng)汽車消防安全的要求和優(yōu)化方向?

1 汽車庫(kù)與消防安全

在過(guò)去,停車場(chǎng)相對(duì)于其他場(chǎng)所很少發(fā)生火災(zāi),因此火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低?例如,2006年英國(guó)登記的火災(zāi)事件總數(shù)為426200起,其中發(fā)生在停車場(chǎng)的火災(zāi)事件不到0.1%?相比之下,同年在英國(guó),13%的火災(zāi)發(fā)生在住宅,14%發(fā)生在道路車輛?然而,最近在停車場(chǎng)發(fā)生的重大火災(zāi),如斯塔萬(wàn)格機(jī)場(chǎng)火災(zāi),300多輛汽車被燒毀,引起了人們對(duì)停車場(chǎng)消防安全的擔(dān)憂?

以往對(duì)汽車火災(zāi)的研究認(rèn)為,停車場(chǎng)的火災(zāi)負(fù)荷小,火勢(shì)蔓延概率小,因此不會(huì)造成明顯的火災(zāi)危險(xiǎn)?BUTCHEREG等在1968年通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),火勢(shì)不太可能蔓延,在一輛普通的機(jī)動(dòng)車中,可燃材料的數(shù)量呈現(xiàn)出相對(duì)較低的火災(zāi)負(fù)荷?但是BUTCHEREG等的試驗(yàn)是在當(dāng)時(shí)可用的汽車上進(jìn)行的?正如美國(guó)國(guó)家消防協(xié)會(huì)(NFPA)關(guān)于停車場(chǎng)的研究中提到的,舊車的測(cè)試不應(yīng)該作為現(xiàn)行法規(guī)和指導(dǎo)的依據(jù)?

美國(guó)消防協(xié)會(huì)根據(jù)2003-2007年期間的火災(zāi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),提供了美國(guó)使用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)減少死亡和財(cái)產(chǎn)損失的數(shù)據(jù),給出了一些建筑類型的死亡人數(shù)和財(cái)產(chǎn)損失,但沒(méi)有對(duì)停車場(chǎng)進(jìn)行分類?黃曉家團(tuán)隊(duì)通過(guò)FDS仿真模擬研究各國(guó)自動(dòng)噴水強(qiáng)度對(duì)車庫(kù)火災(zāi)的控火效果,發(fā)現(xiàn)自動(dòng)噴水系統(tǒng)可以阻止火災(zāi)在傳統(tǒng)汽油車之間的蔓延?

在設(shè)有自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的建筑物中,死亡?受傷和財(cái)產(chǎn)損失的數(shù)量有所減少?停車場(chǎng)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)性能試驗(yàn)結(jié)果表明,自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)能有效地控制火災(zāi),防止火勢(shì)蔓延?但是現(xiàn)有試驗(yàn)數(shù)據(jù)和停車場(chǎng)測(cè)試大都基于傳統(tǒng)油車,對(duì)新能源汽車研究較少?筆者開(kāi)展地下車庫(kù)場(chǎng)景下電動(dòng)汽車火災(zāi)蔓延情況?火場(chǎng)溫度場(chǎng)分布及輻射熱流演變規(guī)律研究以及不同滅火方式對(duì)于電動(dòng)汽車火災(zāi)的抑制效果研究,研究結(jié)果對(duì)電動(dòng)汽車火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估?隧道和地下停車場(chǎng)火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?消防隊(duì)員和居民免受熱危害的保護(hù)?汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防安全優(yōu)化具有指導(dǎo)意義?

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 單車試驗(yàn)

單車試驗(yàn)場(chǎng)地為臨時(shí)搭建的地上車庫(kù),車庫(kù)三面維護(hù)結(jié)構(gòu)采用輕質(zhì)砌塊磚及水泥砂漿搭建,頂部采用鋼架及鋼板搭建,現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置800mm的擋煙垂壁?依據(jù)GB50067-2014《汽車庫(kù)?修車庫(kù)?停車場(chǎng)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》,機(jī)械排煙設(shè)計(jì)排煙量為30000m3/h?排煙風(fēng)機(jī)采用軸流式消防排煙風(fēng)機(jī),設(shè)計(jì)風(fēng)速為18.93m/s,如圖1所示?試驗(yàn)車位于圖1的2號(hào)車位,以加注質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的鹽水使電池短路的方式觸發(fā)動(dòng)力電池?zé)崾Э?試驗(yàn)車為四門(mén)三廂五座車,長(zhǎng)?寬?高分別為4.765?1.837?1.515m?電池類型為磷酸鐵鋰電池?

試驗(yàn)在車后輪兩側(cè)外1.2m,高0.6m處設(shè)置熱流計(jì)測(cè)量輻射熱流,另采用99個(gè)直徑為6mm的K型鎧裝熱電偶(耐溫0~1300℃)測(cè)量車內(nèi)和車外典型位置的溫度變化,建立溫度場(chǎng)模型?熱流計(jì)與熱電偶均接入多通道數(shù)據(jù)采集模塊,根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)判斷火災(zāi)蔓延情況和汽車燃燒情況?一臺(tái)高清攝像機(jī)設(shè)置在車前,一臺(tái)紅外攝像機(jī)設(shè)置在車側(cè),在保持安全距離的情況下拍攝汽車燃燒過(guò)程?同時(shí)測(cè)試了自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)車火災(zāi)的滅火效果,自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)采用閉式系統(tǒng),噴頭設(shè)置為車位居中上噴,間距滿足地下車庫(kù)危險(xiǎn)級(jí)中危II級(jí)要求,自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)噴水強(qiáng)度為8L/(min.m2)?系統(tǒng)通過(guò)消防車供水,供水壓力為0.22MPa,系統(tǒng)布置如圖2所示?

2.2 雙車試驗(yàn)

雙車試驗(yàn)研究燃燒車輛對(duì)相鄰?fù)７跑囕v的影響,并驗(yàn)證水基滅火器?雨淋系統(tǒng)?細(xì)水霧系統(tǒng)?地面噴水系統(tǒng)對(duì)于燃燒車輛及周圍環(huán)境的火災(zāi)抑制作用及影響?

試驗(yàn)車位上方及毗鄰區(qū)域頂棚?設(shè)備支架?結(jié)構(gòu)柱刷涂防火涂料3mm?本次驗(yàn)證試驗(yàn)4號(hào)車位停放燃燒車輛,5號(hào)車位停放鄰車?燃燒車輛與停放車輛均對(duì)車輪進(jìn)行放氣處理?燃燒車輛連接電池信息采集數(shù)據(jù)線,電池倉(cāng)下方開(kāi)口安裝鹽水注入軟管?同時(shí)在底盤(pán)開(kāi)設(shè)另一泄壓口,用于排出電池?zé)崾Э貢r(shí)的氣體?燃燒車輛電池為168節(jié)串聯(lián)的三元鋰電池,剩余電量為86%,電量為56.4kW.h?停放車輛電池為132節(jié)串聯(lián)的磷酸鐵鋰電池,剩余電量為74%?熱電偶布置如圖3所示?

3 燃燒特征

3.1 燃燒現(xiàn)象

3.1.1 單車試驗(yàn)

以開(kāi)始加注鹽水為起始時(shí)間,8min后電池包發(fā)出異響,10min時(shí)注水軟管出現(xiàn)劇烈振動(dòng)現(xiàn)象,證明電池包內(nèi)有大量氣體生成,11min左右車頭右側(cè)第一次噴出火花和黑煙,13min時(shí)在同樣位置噴出耀眼火花與白煙,隨后是持續(xù)的電火花爆炸及煙霧釋放,14min左右火焰沿電池包空隙向前部動(dòng)力機(jī)艙和后部輪胎處蔓延燃燒,火勢(shì)巨大并伴有滾滾黑煙?14min40s車正上方噴頭爆裂,30s后其他噴頭相繼爆裂?16min50s時(shí)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)已全面啟動(dòng),但火勢(shì)依舊巨大,從底盤(pán)兩側(cè)竄出的火焰高度超過(guò)2m,21min后,后輪及前部動(dòng)力艙處火勢(shì)依舊肉眼可見(jiàn)?最后使用消防水槍對(duì)火災(zāi)進(jìn)行撲滅,但在撤去消防水槍一段時(shí)間后,電池包部位出現(xiàn)復(fù)燃現(xiàn)象,由此可見(jiàn),電動(dòng)汽車火災(zāi)的核心是電池包燃燒,對(duì)此類火災(zāi)進(jìn)行撲滅時(shí)要謹(jǐn)防復(fù)燃?如圖4所示?

3.1.2 雙車試驗(yàn)

以開(kāi)始加注鹽水為起始時(shí)間,4min40s時(shí)漏電報(bào)警,17min10s時(shí)發(fā)生爆響,持續(xù)產(chǎn)生白色煙霧,47min33s時(shí)車輛右后輪處率先噴出火焰,火焰高度高于車頂,49min時(shí)火焰迅速通過(guò)電池包與車體之間的縫隙蔓延到前部電機(jī)艙,58min10s時(shí)使用水基滅火器對(duì)車頭部位開(kāi)始滅火效果驗(yàn)證,持續(xù)時(shí)間2min,車頭部位火勢(shì)得到控制?

61min30s啟用細(xì)水霧滅火系統(tǒng),66min40s雨淋系統(tǒng)啟動(dòng),67min20s地噴系統(tǒng)啟動(dòng),直至整車火焰熄滅,為防止復(fù)燃,火焰熄滅后使用消防水槍對(duì)電池包位置進(jìn)行持續(xù)沖水降溫?如圖5所示?

對(duì)比單車與雙車試驗(yàn)現(xiàn)象,兩次試驗(yàn)電動(dòng)汽車起火初期都呈現(xiàn)出相同的特征,即底盤(pán)位置出現(xiàn)煙氣,隨后有火焰從側(cè)方噴出,之后引起猛烈燃燒,火焰都是從電池包部分沿空隙向前部動(dòng)力機(jī)艙與后部輪胎處蔓延?但雙車試驗(yàn)中,汽車從出現(xiàn)煙霧到持續(xù)噴出火焰的時(shí)間遠(yuǎn)大于單車試驗(yàn),火焰噴出位置也不同,推測(cè)是鹽水灌注位置不同導(dǎo)致,可見(jiàn)電動(dòng)汽車火災(zāi)蔓延方向因起火位置不同而不同?

3.2 熱流及溫度特征

3.2.1 單車試驗(yàn)

圖6清晰地展示了電動(dòng)汽車后輪兩側(cè)輻射熱流的變化規(guī)律?試驗(yàn)中,隨著鹽水的不斷加入,電池發(fā)生短路引發(fā)熱失控開(kāi)始升溫,汽車底部噴出大量白煙觸發(fā)煙霧報(bào)警裝置,輻射熱在第一次爆燃約3min40s后開(kāi)始瞬間升高,快速達(dá)到峰值8.05kW/m2 (1號(hào)車位側(cè)),9.08kW/m2(2號(hào)車位側(cè)),足見(jiàn)電動(dòng)汽車火災(zāi)發(fā)展之迅速,之后因?yàn)樽詣?dòng)噴水滅火系統(tǒng)打開(kāi),輻射熱流在1.5~7.0kW/m2之間劇烈波動(dòng),20min后降至較低水平且波動(dòng)相對(duì)較緩,這也說(shuō)明了自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)不能撲滅電動(dòng)車火災(zāi),且抑制作用的發(fā)揮需要一定時(shí)間?

為探究電動(dòng)汽車燃燒過(guò)程中車輛周圍溫度場(chǎng)分布情況,單車試驗(yàn)分別在車兩側(cè)?車后墻?車頂天花板?車底?車體上布置了共99路熱電偶,溫度曲線如圖7所示,虛線表示噴頭爆裂時(shí)間?車后墻上共布置13只熱電偶,上面兩排溫度較高,符合火焰向上?向外噴射的特點(diǎn),噴頭爆裂后,溫度上升趨勢(shì)不減,在1200s左右達(dá)到峰值?天花板上7個(gè)測(cè)點(diǎn)呈“十”字形分布,溫度分布特點(diǎn)為中間低,兩側(cè)高,溫度明顯上升的位置是車側(cè)上方,同樣解釋了車左側(cè)上方噴頭最先噴水的現(xiàn)象,驗(yàn)證了電池火焰從車側(cè)噴出的事實(shí)?由于同時(shí)受下方火焰炙烤和上方噴頭噴水的作用,車玻璃以及車外殼上的測(cè)點(diǎn)溫度曲線呈不規(guī)則振蕩狀態(tài)?車后兩側(cè)車輪靠近電池處升溫迅速,51號(hào)測(cè)點(diǎn)在16min30s時(shí)達(dá)到峰值672.8℃,88號(hào)測(cè)點(diǎn)在15min36s到達(dá)峰值645.1℃,噴頭打開(kāi)后溫度沒(méi)有繼續(xù)上升,但是也保持在350~650℃?車頭左側(cè)車輪52號(hào)測(cè)點(diǎn)在15min44s溫度達(dá)到峰值384℃,在噴頭打開(kāi)后溫度迅速下降?車頭右側(cè)89號(hào)測(cè)點(diǎn)溫度曲線較為平緩,最高溫度只有102.2℃,推測(cè)這兩點(diǎn)受噴淋影響較大?車底電池左車頭處最先噴出火焰,其測(cè)量點(diǎn)為底部溫度最高,在18min時(shí)達(dá)到最高溫度860.1℃,由于測(cè)點(diǎn)均位于車下,測(cè)點(diǎn)溫度在噴淋打開(kāi)后未受過(guò)多影響?車的兩側(cè)對(duì)稱布置了從下到上數(shù)量依次減少的3層共56只熱電偶,3層測(cè)點(diǎn)距離車體較遠(yuǎn)且直接受噴淋影響,最高溫度均未超過(guò)100℃,故不做分析?車內(nèi)座椅上方共布置4個(gè)測(cè)點(diǎn),54號(hào)測(cè)點(diǎn)設(shè)備出現(xiàn)接觸不良,數(shù)據(jù)波動(dòng)大且不規(guī)律,由于自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)延緩了火焰蔓延至車內(nèi)的速度,內(nèi)飾并沒(méi)有完全燃燒,所以測(cè)點(diǎn)溫度上升比較緩慢且峰值較低,直到35min左右才達(dá)到最高283.4℃?

可以看出,電動(dòng)汽車火災(zāi)從初起階段到發(fā)展階段不到2min,火災(zāi)從起火部位迅速向相鄰電池及車頭和車尾蔓延,測(cè)點(diǎn)溫度在自動(dòng)噴淋系統(tǒng)工作的情況下迅速升高?

3.2.2 雙車試驗(yàn)

雙車試驗(yàn)熱流變化曲線如圖8所示,此次試驗(yàn)?zāi)康氖瞧囍g的火災(zāi)蔓延規(guī)律,因此沒(méi)有設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)?由數(shù)據(jù)可知,雙車試驗(yàn)中,燃燒車輛兩側(cè)的輻射熱流明顯比單車試驗(yàn)高,峰值分別達(dá)到25.25kW/m2 (車左)?18.93kW/m2 (車右)值急劇下降?

鄰車車輪處測(cè)點(diǎn)試驗(yàn)最高溫度為劇烈燃燒階段且無(wú)滅火措施時(shí)的后輪為85.6℃,遠(yuǎn)低于橡膠輪胎燃點(diǎn)289℃?車左后輪左側(cè)0.6m處輻射熱最高值為24.67kW/m2?根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可知,橡膠輪胎能在短時(shí)間被點(diǎn)燃的最大熱輻射約為20kW/m2?試驗(yàn)中左側(cè)無(wú)停放車輛,但輻射熱理論上可引燃,鄰車車輪?雖然鄰車后車輪測(cè)點(diǎn)處輻射熱最高值為18.926kW/m2,略低于20kW/m2,試驗(yàn)中鄰車車輪未被引燃,但發(fā)生表面熔融現(xiàn)象,仍存在燃燒車輛通過(guò)熱輻射形式引燃鄰車車輪的風(fēng)險(xiǎn)?輻射熱公式和火災(zāi)增長(zhǎng)系數(shù)公式見(jiàn)式(1)和式(2)?

式中:R為距離火源中心距離,m;Q為火源熱釋放速率,kW;q為輻射熱流,kW/m2;α為火災(zāi)增長(zhǎng)系數(shù);q為熱釋放速率,kW;t為所需時(shí)間,s?

根據(jù)公式計(jì)算得出燃燒車輛后輪距地0.6m高處熱釋放速率為11212.06kW,燃燒車輛車側(cè)正中距地0.6m處火災(zāi)經(jīng)過(guò)5min6s到達(dá)最高熱釋放速率時(shí),火災(zāi)增長(zhǎng)系數(shù)為0.1197kW/s2,介于快速火和超快速火之間?

輪胎短時(shí)間點(diǎn)燃所需熱輻射20kW/m2,通過(guò)輻射熱公式推算出鄰車輪胎易燃距離為3.85m?根據(jù)現(xiàn)有地下車庫(kù)車位設(shè)計(jì)尺寸,已知車輛間隔停放距離約為0.6~1.2m,因此在沒(méi)有滅火設(shè)施啟動(dòng)的情況下,鄰車輪胎容易被燃燒車輛引燃?

雙車試驗(yàn)對(duì)熱電偶的數(shù)量和位置進(jìn)行了增加和優(yōu)化,通過(guò)搭設(shè)如圖3所示的熱電偶支架布置124只熱電偶,為了更好地契合火焰向上向外噴射的特點(diǎn),熱電偶數(shù)量從下到上依次增加,車側(cè)熱電偶呈倒梯形,車上方三層熱電偶呈矩形均勻分布?根據(jù)熱電偶監(jiān)測(cè)所得數(shù)據(jù)繪制溫度切片云圖,如圖9所示?

根據(jù)0.05m高度切片云圖,在劇烈燃燒段燃燒車輛正后方墻壁處達(dá)到最高溫度點(diǎn)160.8℃,高溫主要集中在燃燒車輛后輪處?根據(jù)0.60m高度切片云圖,溫度分布與0.05m切片相仿,最高溫度點(diǎn)仍為車輛正后方墻壁處,達(dá)218.9℃?根據(jù)1.2m高度切片云圖,燃燒車輛正后方墻壁處達(dá)到最高溫度點(diǎn)為222.7℃?溫度分布與0.05?0.60m切片相仿?根據(jù)車頂距地1.8m高度切片云圖,溫度最高點(diǎn)位于車后部上方,達(dá)718.3℃?在劇烈燃燒段溫度分布為車后方高,往四周逐漸降低,車上方溫度高,向兩側(cè)逐漸降低?在3300s后,車輛兩側(cè)溫度超過(guò)車輛上方溫度,且車輛上方溫度急劇下降?根據(jù)1.8~2.8m高度切片和后輪縱切片溫度數(shù)據(jù)可知,煙氣層瞬時(shí)最高溫度分別為844.0℃和802.2℃?熱空氣上升,周圍冷空氣在燃燒區(qū)上方形成對(duì)流煙柱,最高溫度區(qū)隨切片高度向車后側(cè)墻處偏移?車側(cè)高溫區(qū)存在于后輪周圍,且隨高度增加而溫度上升?整個(gè)溫度場(chǎng)體現(xiàn)熱流向上向外的流動(dòng)特性,符合火災(zāi)蔓延熱對(duì)流的規(guī)律?

4 燃燒痕跡特征

4.1 車體燃燒痕跡特征

電動(dòng)汽車整車的能量來(lái)源均為位于底盤(pán)位置的動(dòng)力電池包,鋰電池?zé)崾Э睾蠡鹧鏁?huì)沿著電池包與車體的空隙處向車體蔓延,并在底盤(pán)區(qū)域形成長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定燃燒?如圖10所示,通過(guò)觀察兩次試驗(yàn)后車體燃燒痕跡發(fā)現(xiàn),車外燃燒痕跡集中于前部動(dòng)力艙和后輪這兩個(gè)部位,單車試驗(yàn)中內(nèi)部燃燒痕跡集中于后排座位底部且燃燒起點(diǎn)為坐墊中間部位,證明火焰是從座位下方預(yù)留孔蔓延進(jìn)乘員艙內(nèi)的,因自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)作用,前排座位基本完好,未見(jiàn)明顯燃燒痕跡,車窗玻璃沒(méi)有爆裂?雙車試驗(yàn)中,由于手動(dòng)開(kāi)啟滅火措施時(shí)間較晚,整車燃燒程度明顯大于單車試驗(yàn),車前后部分燃燒殆盡,車窗玻璃全部爆裂?與單車試驗(yàn)不同的是,雙車試驗(yàn)中車內(nèi)部燃燒程度前排大于后排,說(shuō)明電池包熱失控后火焰蔓延的方向主要是車前動(dòng)力艙和車尾部分,但哪個(gè)方向更為劇烈是隨機(jī)的,跟起火部位和車體結(jié)構(gòu)存在一定的聯(lián)系?

鄰車表面溫度最高點(diǎn)位于靠近燃燒側(cè)的車門(mén)車窗處,溫度最高時(shí)為劇烈燃燒階段且無(wú)滅火措施時(shí)的的情況下,鄰車玻璃大概率不會(huì)被破壞?車窗窗框存在塑料覆蓋件,經(jīng)過(guò)高溫發(fā)生熔融現(xiàn)象,產(chǎn)生刺激性氣味?

鄰車后保險(xiǎn)杠和尾燈存在融化現(xiàn)象,根據(jù)測(cè)點(diǎn)熱電偶數(shù)據(jù)可知,鄰車后保險(xiǎn)杠處溫度最高為92.6℃?而前保險(xiǎn)杠處的最高溫度為65.7℃,試驗(yàn)結(jié)果顯示前保險(xiǎn)杠受到影響較小?鄰車靠近燃燒車側(cè)表面油漆呈黃土色,靠近車位區(qū)域呈現(xiàn)大面積焦黑色?因此,鄰車距燃燒車輛0.6m時(shí),在沒(méi)有滅火設(shè)施干預(yù)的情況下,火災(zāi)很有可能會(huì)蔓延到相鄰車輛?

4.2 動(dòng)力電池包燃燒痕跡

由于底盤(pán)的動(dòng)力電池包是電動(dòng)汽車火災(zāi)的重點(diǎn)燃燒區(qū)域,在后期調(diào)查過(guò)程中,將雙車試驗(yàn)電池包拆卸,觀察其燃燒程度并使用萬(wàn)用表測(cè)量單個(gè)電池帶電情況,調(diào)查發(fā)現(xiàn),車尾部分有上下兩層電池,其中上層電池完全燒毀,下層電池大部分外殼被燒毀,使用萬(wàn)用表測(cè)量發(fā)現(xiàn)有電;中間電池部分完全燒毀,其他完整有電;車頭部分電池包防火墊層損壞,但電池外殼完好無(wú)損,電表顯示有電?電池包的整體燃燒痕跡如圖11所示,單電池較為完整且?guī)щ姅?shù)量為57塊(綠色),外殼損壞但仍有電壓的單電池?cái)?shù)量為20塊(黃色),完全燒毀的電池?cái)?shù)量為35塊(紅色)?電池包整體燒毀率為49.1%?根據(jù)電池包燒毀情況判斷起火部位為車尾,電池?zé)龤收f(shuō)明電動(dòng)車火災(zāi)是可控的?

5 結(jié)論

電動(dòng)汽車電池儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)存巨大的能量,有極大的火災(zāi)危險(xiǎn)性?如何在火災(zāi)發(fā)生時(shí)抑制火災(zāi)蔓延,減少人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損失是一個(gè)重要課題?本課題搭建電動(dòng)汽車整車燃燒試驗(yàn)平臺(tái),設(shè)計(jì)兩次燃燒試驗(yàn),使用熱電偶?熱流計(jì)等設(shè)備構(gòu)建全方位溫度場(chǎng)探測(cè)體系,實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車燃燒過(guò)程溫度場(chǎng)探測(cè)分析和精準(zhǔn)定位?在現(xiàn)有汽車庫(kù)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)上增加多種火災(zāi)抑制技術(shù),觀察了各自在電動(dòng)汽車火災(zāi)防火滅火中的優(yōu)劣?

1)電動(dòng)汽車火災(zāi)蔓延方式與傳統(tǒng)汽車火災(zāi)不同,當(dāng)電動(dòng)汽車內(nèi)部電池包發(fā)生熱失控時(shí),從汽車底盤(pán)釋放出來(lái)的白煙是電動(dòng)汽車火災(zāi)的前兆,從最早出現(xiàn)白煙到起火燃燒有一定的時(shí)間間隔,兩次試驗(yàn)起火位置分別為電池包前部和后部,火焰沿電池包與車體之間的間隙向四周蔓延,且向其他電池蔓延的速度快于向乘員艙的蔓延速度?

2)起火燃燒后火焰迅速升溫,電池包周圍溫度經(jīng)過(guò)4min便達(dá)到600~800℃的峰值,電池包內(nèi)部溫度則可以達(dá)到1000℃以上,越靠近熱失控電池的車身部位溫度越高?

3)現(xiàn)有汽車庫(kù)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)不能撲滅起火車輛的火災(zāi),但是可以阻止火災(zāi)在汽車之間的蔓延;水基滅火劑可以抑制明火燃燒,但需要人工近距離操作且難以作用到底部電池包;細(xì)水霧對(duì)煙氣有清洗作用,但無(wú)法撲滅電動(dòng)汽車火災(zāi);雨淋系統(tǒng)難以作用到起火核心部位;地噴系統(tǒng)由于設(shè)置在地面且在車兩側(cè),能直接作用于電池包部位,對(duì)抑制火焰蔓延及降低溫度效果明顯?

4)觀察燃燒過(guò)后的電池包動(dòng)力電池單體,根據(jù)電池包殼體形變?變色程度?缺失程度和電表測(cè)量來(lái)判斷電池包的燒損程度,僅一半的電池燃燒已經(jīng)釋放出巨大的能量,同時(shí)也證明電動(dòng)汽車火災(zāi)是可控的?

文章來(lái)源1.南華大學(xué)2.中國(guó)中元國(guó)際工程有限公司3.深圳市消防救援支隊(duì)